Rangkaian ALU

Andang, Elektronika Komputer Digital 1

Rangkaian ALU

Mikrokomputer adalah interkoneksi antara mikroprosesor (CPU) dengan memori utama (main memory) dan antarmuka input/output (I/O interface) yang dilakukan dengan menggunakan sistem interkoneksi bus. Definisi ini mengacu pada konsep arsitektur mesin Von Neumann yang merupakan dasar bagi pengembangan mesin-mesin komputer modern.

Mikroprosesor diartikan sebagai suatu chip yang didalamnya terkandung rangkaian Aritmethic Logic Unit (ALU), rangkaian Control Unit (CU) dan beberapa register. Mikroprosesor disebut juga dengan CPU (Central Processing Unit). Rangkaian ALU memegang peranan yang amat penting dalam keseluruhan kerja sistem mikrokomputer, karena bagian ini mengemban tugas yang paling utama yakni melakukan proses komputasi.

Aritmethic Logic Unit (ALU) : menyediakan fungsi pengolahan.

Control Unit (CU) : mengontrol fungsi prosesor.

Register : penyimpan sementara dalam mikroprosesor.


Rangkaian ALU

C

P

Interconection system

MainMemori

I/OInterface

peripheral

peripheral

Sistem Mikrokomputer:


Rangkaian ALU

Sistem Mikrokomputer:

Monitor

(Periferal Output)

Keyboard

(Periferal Input)

Board

Sistem Interkoneksi

Disk Drive

(Periferal Input/Output)CD-ROM

Drive

(Periferal Input)

Harddisk

(Periferal Input/Output)


Rangkaian ALU

Sistem Interkoneksi Bus pada Mikrokomputer:

MP ROM RAM I/O Interface

Bus Alamat

Bus Data

Bus Kontrol


Rangkaian ALU

Sistem Interkoneksi Bus pada Mikrokomputer:

Bus adalah kumpulan konduktor, yang membawa sinyal-sinyal seperti alamat, data, dan kontrol.

Bus alamat adalah kumpulan konduktor, yang membawa kode-kode alamat dari mikroprosesor ke unit-unitnya, dan memiliki sifat aliran satu arah.

Bus data adalah kumpulan konduktor, yang membawa kode-kode instruksi atau data dari mikroprosesor ke unit-unitnya atau sebaliknya, dan memiliki sifat aliran dua arah.

Bus kontrol adalah kumpulan konduktor, yang membawa sinyal-sinyal kontrol.


Rangkaian ALU

Sistem Mikroprosesor:


Rangkaian ALU

1. Rangkaian Aritmetika

Secara umum ALU terdiri dari rangkaian aritmetika dan rangkaian logika. Rangkaian aritmetika dibangun dari rangkaian full adder yang dilengkapi dengan beberapa rangkaian pemilih fungsi. Kemampuan ALU dalam melaksanakan fungsi komputasi sangat tergantung dari kerumitan rangkaian pemilih fungsi ini. Pada contoh berikut akan ditunjukkan rangkaian aritmetika yang mampu melaksanakan 7 operasi aritmetika. Untuk membangun rangkaian aritmetika n-bit, dimulai dari rangkaian aritmetika 1-bit.

RANGKAIANFULL ADDER

1-BIT

B

A

S

B i

A i

S 1 S 0

C i

C i+1

F i

Rangkaian

RANGKAIANARITMETIKA

1-BIT

C i

C i+1

F i

A i

B i

S 1

S 0

Simbol


Rangkaian ALU

Tabel fungsi rangkaian aritmetika dari rangkaian sebelumnya :

PEMILIH FUNGSI OUTPUT NAMA OPERASI

S1 S0 Ci F

0 0 0 F=A Transfer A

0 0 1 F=A+1 Increment A

0 1 0 F=A+not B Penjumlahan A dengan not B

0 1 1 F=A-B Pengurangan

1 0 0 F=A+B Penjumlahan

1 0 1 F=A+B+1 Penjumlahan dengan carry

1 1 0 F=A-1 Decrement A

1 1 1 F=A Transfer A


Rangkaian ALU

2. Rangkaian Logika

Selain rangkaian aritmetika, dalam ALU terdapat pula rangkaian logika. Rangkaian logika ini merupakan gabungan dari beberapa gerbang logika dasar dan rangkaian pemilih fungsi. Contoh rangkaian logika 1-bit ditunjukkan di bawah ini:

RANGKAIANLOGIKA

1-BIT

G i

A i

B i

S 1

S 0

SimbolRangkaian

MUX4 KE 1

0

1

2

3

1 0

A iB i

S 1

S 0

G i


Rangkaian ALU

Tabel fungsi rangkaian logika dari rangkaian sebelumnya :

PEMILIH FUNGSI

OUTPUTNAMA OPERASI

S1 S0 G

0 0 G=A.B AND0 1 G=A+B OR1 0 G=AB XOR1 1 G=not A NOT


Rangkaian ALU

3. Rangkaian ALU 1-bit

Rangkaian ALU 1-bit dibangun dengan menggabungkan rangkaian aritmetika 1-bit dan rangkaian logika, seperti yang ditunjukkan gambar berikut ini:

RANGKAIANALU 1-BITC i

C i+1

Y i

A i

B i

S 1

S 0

S 2

Simbol

RANGKAIANLOGIKA

1-BIT

G i

A i

B i

S 1

S 0

RANGKAIANARITMETIKA

1-BITC i

C i+1

F i

A i

B i

S 1

S 0

MUX2 KE 1

0

1

S 1

S 0

S 2

C i

A i

B i

Y i

C i+1

Rangkaian


Rangkaian ALU

Tabel fungsi rangkaian ALU 1-bit dari rangkaian sebelumnya :

PEMILIH FUNGSI OUTPUT NAMA OPERASIS2 S1 S0 Ci Y0 0 0 0 Y=A Transfer A0 0 0 1 Y=A+1 Increment A0 0 1 0 Y=A+not B Penjumlahan A dengan not B0 0 1 1 Y=A-B Pengurangan

0 1 0 0 Y=A+B Penjumlahan0 1 0 1 Y=A+B+1 Penjumlahan dengan carry0 1 1 0 Y=A-1 Decrement A0 1 1 1 Y=A Transfer A1 0 0 X Y=A.B AND1 0 1 X Y=A+B OR1 1 0 X Y=AB XOR1 1 1 X Y=not A NOT


Rangkaian ALU

4. Rangkaian ALU n-bit

Rangkaian ALU paralel dengan input dan output n-bit dibangun dengan menggunakan rangkaian ALU 1-bit yang disusun seperti rangkaian full adder paralel. Misal akan dibangun rangkaian ALU paralel 4-bit maka rangkaiannya adalah:

RANGKAIANALU 1-BIT C i

C i+1

Y i

A i

B i

S 1

S 0

S 2


C i+1

Y i

A i

B i

S 1

S 0

S 2


C i+1

Y i

A i

B i

S 1

S 0

S 2


C i+1

Y i

A i

B i

S 1

S 0

S 2

Y3Y2 Y1 Y0

A 3

B 3

A 2

B 2

A 1

B 1

A 0

B 0

S 1

S 0

S 2

C i

C 0

C 4 C 3 C 2 C 1

Rangkaian


Rangkaian ALU

Simbol rangkaian ALU 4-bit dengan register bendera:

ALU4 BIT

C iS 0

S 1S 2

A 0

A 1A 2A 3

B 0B 1B 2B 3

Y0

Y1Y2Y3

C 3C 4

VCZS

Y0

Y1Y2Y3

FLAGS REGISTER

C iS 0

S 1S 2

A 0

A 1A 2A 3

B 0B 1B 2B 3


Rangkaian ALU

Rangkaian ALU 4-bit dengan register bendera:

Fungsi register bendera adalah untuk menunjukkan hasil komputasi oleh ALU. Pada rangkaian di atas terdapat register bendera 4 bit terdiri atas bit sign (S), bit zero (Z), bit carry (C), dan bit overflow (V). Bit S akan set (S=1) jika hasil perhitungan ALU negatif dan sebaliknya akan reset (S=0) jika hasil perhitungan ALU positif. Bit Z akan set (Z=1) jika hasil pemrosesan ALU nol, dan Z akan reset (Z=0) jika hasilnya tidak nol. Bit C set (C=1) jika perhitungan ALU menghasilkan carry dan reset (C=0) jika tak menghasilkan carry. Bit V akan set (V=1) jika hasil perhitungan ALU overflow, dan reset (V=0) jika tak overflow.

Rangkaian ALU

Documents

Transcript of Rangkaian ALU