KARANGAN ILMIAH

RANGKAIAN ALU 4 BIT DENGAN IC 74LS181

MENGGUNAKAN TOOLS LOGISIM

Disusun Untuk Melengkapi Tugas Mata kuliah

Arsitektur Dan Organisasi Komputer

Dosen : Prof. Dr. Jazi Eko Istiyanto

Disusun Oleh :

KELOMPOK XC BOGOR

Nama NIM

1. Riza Dewa Santosa 1411600875

2. M. Faiz Syughli 1411600867

3. Husin Sanusi 1411600909

4. Dadi Jaenudin 1411600883

Magister Ilmu Komputer

Program Pasca Sarjana - Universitas Budi Luhur

2014

DAFTAR ISI

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................................................... 3

1.1.Latar Belakang .............................................................................................................................. 3

1.2. Tujuan .......................................................................................................................................... 3

1.3. Rumusan Masalah ........................................................................................................................ 3

BAB II TEORI DASAR ......................................................................................................................... 4

2.1. Integrated Circuit (IC) .................................................................................................................. 4

2.1.1. Pengertian Integrated Circuit (IC) ......................................................................................... 4

2.1.2. Keunggulan IC (Advantages) ................................................................................................ 4

2.1.3. Kelemahan IC (Disanvantages) ............................................................................................ 5

2.1.4. Jenis Jenis IC (Packages) .................................................................................................. 5

2.1.4.1. TTL (Transistor Transistor Logic) ................................................................................. 6

2.1.4.2. IC- CMOS ...................................................................................................................... 7

2.1.4.3. IC Linear (Linear IC's) ................................................................................................... 7

2.2. Gerbang Logika ........................................................................................................................... 8

2.2.1. Pengertian Gerbang Logika .................................................................................................. 8

2.2.2. Jenis Jenis Gerbang Logika ................................................................................................ 9

2.2.2.1. Gerbang logika AND ................................................................................................... 9

2.2.2.2. Gerbang logika OR ....................................................................................................... 9

2.2.2.3. Gerbang Logika NOT .................................................................................................. 9

2.2.2.4. Gerbang Logika NAND ............................................................................................. 10

2.2.2.5. Gerbang NOR ............................................................................................................ 10

2.2.2.6. Gerbang Ex-Or .......................................................................................................... 10

2.2.2.7. Gerbang Ex-Nor ......................................................................................................... 10

2.3. Arithmatic and Logic Unit (ALU) ............................................................................................ 12

2.3.1. Pengertian Arithmatic and Logic Unit (ALU) .................................................................... 12

2.3.2. Sejarah ALU ...................................................................................................................... 12

2.3.3. Operasi Pada ALU ............................................................................................................. 13

2.3.4. Tugas Dan Fungsi ALU .................................................................................................... 14

2.3.5. Struktur Dan Cara Kerja Pada ALU .............................................................................. 15

2.4. ADDER ................................................................................................................................. 16

2.5 Logisim ................................................................................................................................. 26

BAB III PERCOBAAN ........................................................................................................................ 27

3.1 Rangkaian ALU Dengan IC 74LS181 Menggunakan LOGISIM ............................................. 27

BAB IV PENUTUP .............................................................................................................................. 32

4.1 Kesimpulan ................................................................................................................................. 32

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................................... 33

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Komputer merupakan alat modern yang tidak bisa dilepaskan dari kehidupan sehari-

hari. Mulai dari mengerjakan pekerjaan kantor, multimedia, bahkan hiburan. Perkembangan

komputer semakin berkembang dan masih akan berkembang tanpa batas. Semakin

berkembang suatu komponen komputer maka otomatis kecepatan processor semakin besar

dan semakin cepat proses eksekusi pada komputer. Processor juga disebut dengan otak dari

suatu computer. Dalam processor itulah ALU dan segala prosesnya terjadi. Tujuan serta cara

kerja ALU dalam suatu processor akan sama jika processor itu dibuat oleh perusahaan yang

sama.

ALU atau juga sering disebut Arithmetic and Logic Unit adalah suatu komponen yang

terdapat didalam computer. ALU merupakan pusat untuk menghitung operasi aritmatika dan

logika. Untuk itu kami mencoba untuk menulis beberapa hal mengenai ALU. Agar dapat

mengetahui lebih banyak tentang alu silahkan baca pada BAB II mengenai pembahasan.

1.2. Tujuan

Penulisan makalah ini untuk melengkapi tugas dari mata kuliah Arsitektur dan

Organisasi Komputer yang dibina oleh bapak Prof. Dr. Jazi Eko Istiyanto. Selain itu pula

penulisan makalah ini secara umum bertujuaan untuk menambah wawasan tentang

Arithmetic and Logic unit.

1.3. Rumusan Masalah

Dalam makalah ini, penulis akan membahas tentang :

a. Pengertian Arithmetic and Logic Unit

b. Sejarah ALU

c. Operasi Pada ALU

d. Tugas dan Fungsi ALU

e. Struktur dan Cara Kerja Pada ALU

f. ADDER

BAB II

TEORI DASAR

2.1. Integrated Circuit (IC)

2.1.1. Pengertian Integrated Circuit (IC)

Integrated Circuit (IC) adalah suatu komponen elektronik yang dibuat dari bahan semi

conductor, dimana IC merupakan gabungan dari beberapa komponen seperti Resistor,

Kapasitor, Dioda dan Transistor yang telah terintegrasi menjadi sebuah rangkaian berbentuk

chip kecil, IC digunakan untuk beberapa keperluan pembuatan peralatan elektronik agar

mudah dirangkai menjadi peralatan yang berukuran relatif kecil.

2.1.2. Keunggulan IC (Advantages)

IC telah digunakan secara luas diberbagai bidang, salah satunya dibidang industri,

dimana rangkaian kontrol elektroniknya akan semakin ringkas dan kecil sehingga dapat

mengurangi berat Satelit, Misil dan jenis-jenis pesawat ruang angkasa lainnya. Desain

komputer yang sangat kompleks dapat dipermudah, sehingga banyaknya komponen dapat

dikurangi dan ukuran motherboardnya dapat diperkecil. Contoh lain misalnya IC digunakan

di dalam mesin penghitung elektronik (kalkulator), juga telepon seluler (ponsel) yang

bentuknya relatif kecil.

Di era teknologi canggih saat ini, peralatan elektronik dituntut agar mempunyai

ukuran dan beratnya seringan dan sekecil mungkin, dan hal itu dapat dimungkinkan dengan

penggunaannya IC.

Selain ukuran dan berat IC yang kecil dan ringan, IC juga memberikan keuntungan

lain yaitu bila dibandingkan dengan sirkuit-sirkuit konvensional yang banyak menggunakan

komponen, IC dengan sirkuit yang relatif kecil hanya mengkonsumsi sedikit sumber tenaga

dan tidak menimbulkan panas berlebih sehingga tidak membutuhkan pendinginan (cooling

system).

2.1.3. Kelemahan IC (Disanvantages)

Pada uraian sebelumnya nampak seolah-olah IC begitu sempurna dibanding komponen

elektronik konvensional, padalah tak ada sesuatu komponen yang tidak memiliki kelemahan.

Kelemahan IC antara lain adalah keterbatasannya di dalam menghadapi kelebihan

arus listrik yang besar, dimana arus listrik berlebihan dapat menimbulkan panas di dalam

komponen, sehingga komponen yang kecil seperti IC akan mudah rusak jika timbul panas

yang berlebihan.

Demikian pula keterbatasan IC dalam menghadapi tegangan yang besar, dimana

tegangan yang besar dapat merusak lapisan isolator antar komponen di dalam IC Contoh

kerusakan misalnya, terjadi hubungan singkat antara komponen satu dengan lainnya di dalam

IC, bila hal ini terjadi, maka IC dapat rusak dan menjadi tidak berguna.

2.1.4. Jenis Jenis IC (Packages)

Kemasan IC dibuat dari bahan ceramic dan plastik, serta didesain untuk

memudahkan dalam pemasangan dan penyambungannya. Ada berbagai jenis kemasan IC dan

yang paling populer dan umum digunakan, antara lain :

- DIP (Duel in- line Packages)

- SIP (Single in-line Packages)

- QIP (Quad in-line Packages)

- SOP (Small Outline Packages)

- Flat Packs

- TO-5, TO-72,TO-202 dan TO-220 style Packages

2.1.4.1. TTL (Transistor Transistor Logic)

IC yang paling banyak digunakan secara luas saat ini adalah IC digital yang

dipergunakan untuk peralatan komputer, kalkulator dan system kontrol elektronik. IC digital

bekerja dengan dasar pengoperasian bilangan Biner Logic (bilangan dasar 2) yaitu hanya

mengenal dua kondisi saja 1(on) dan 0(off).

Jenis IC digital terdapat 2(dua) jenis yaitu TTL dan CMOS. Jenis IC-TTL dibangun

dengan menggunakan transistor sebagai komponen utamanya dan fungsinya dipergunakan

untuk berbagai variasi Logic, sehingga dinamakan Transistor Transistor Logic

Dalam satu kemasan IC terdapat beberapa macam gate (gerbang) yang dapat

melakukan berbagai macam fungsi logic seperti AND, NAND, OR, NOR, XOR serta

beberapa fungsi logic lainnya seperti Decoder, Encoder, Multiflexer dan Memory sehingga

pin (kaki) IC jumlahnya banyak dan bervariasi ada yang 8,14,16,24 dan 40.

Pada gambar diperlihatkan IC dengan gerbang NAND yang mengeluarkan output 0

atau 1 tergantung kondisi kedua inputnya.

IC TTL dapat bekerja dengan diberi tegangan 5 Volt.

2.1.4.2. IC- CMOS

Selain TTL, jenis IC digital lainnya adalah C-MOS (Complementary with MOSFET)

yang berisi rangkaian yang merupakan gabungan dari beberap komponen MOSFET untuk

membentuk gate-gate dengan fungsi logic seperti halnya IC-TTL. Dalam satu kemasan IC C-

MOS dapat berisi beberapa macam gate(gerbang) yang dapat melakukan berbagai macam

fungsi logic seperti AND,NAND,OR,NOR,XOR serta beberapa fungsi logic lainnya seperti

Decoders, Encoders, Multiflexer dan Memory.

Pada gambar diperlihatkan IC dengan gerbang NOR yang mengeluarkan output 0

atau 1 tergantung kondisi kedua inputnya.

IC C-MOS dapat bekerja dengan tegangan 12 Volt.

2.1.4.3. IC Linear (Linear IC's)

Perbedaan utama dari IC Linear dengan Digital ialah fungsinya, dimana IC digital

beroperasi dengan menggunakan sinyal kotak (square) yang hanya ada dua kondisi yaitu 0

atau 1 dan berfungsi sebagai switch/saklar, sedangkan IC linear pada umumnya

menggunakan sinyal sinusoida dan berfungsi sebagai amplifier (penguat). IC linear tidak

melakukan fungsi logic seperti halnya IC-TTL maupun C-MOS dan yang paling populer IC

linier didesain untuk dikerjakan sebagai penguat tegangan.

Dalam kemasan IC linier terdapat rangkaian linier, diman kerja rangkaiannya akan

bersifat proporsional atau akan mengeluarkan output yang sebanding dengan inputnya. Salah

satu contoh IC linear adalah jenis Op-Amp.

2.2. Gerbang Logika

2.2.1. Pengertian Gerbang Logika

Gerbang logika atau gerbang logik adalah suatu entitas dalam elektronika dan

matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah

sinyal keluaran logik. Gerbang logika terutama diimplementasikan secara elektronis

menggunakan diode atau transistor, akan tetapi dapat pula dibangun menggunakan susunan

komponen- komponen yang memanfaatkan sifat-sifat elektromagnetik (relay), cairan, optik

dan bahkan mekanik.

Elektronika digital adalah sistem elektronik yang menggunakan signal digital.

Signal digital didasarkan pada signal yang bersifat terputus-putus. Biasanya dilambangkan

dengan notasi aljabar 1 dan 0. Notasi 1 melambangkan terjadinya hubungan dan notasi 0

melambangkan tidak terjadinya hubungan. Contoh yang paling gampang untuk memahami

pengertian ini adalah saklar lampu. Ketika kalian tekan ON berarti terjadi hubungan

sehingga dinotasikan 1. Ketika kalian tekan OFF maka akan berlaku sebaliknya.

Elektronik digital atau atau rangkaian digital apapun tersusun dari apa yang disebut

sebagai gerbang logika. Gerbang logika melakukan operasi logika pada satu atau lebih

input dan menghasilkan ouput yang tunggal. Output yang dihasilkan merupakan hasil dari

serangkaian operasi logika berdasarkan prinsip prinsip aljabar boolean. Dalam pengertian

elektronik, input dan output ini diwujudkan dan voltase atau arus (tergantung dari tipe

elektronik yang digunakan). Setiap gerbang logika membutuhkan daya yang digunakan

sebagai sumber dan tempat buangan dari arus untuk memperoleh voltase yang sesuai.

Dasar pembentukan gerbang logika adalah tabel kebenaran (truth table). Ada tiga

bentuk dasar dari tabel kebenaran yaitu AND, OR, dan NOT. Berikut penjelasan masing-

masing gerbang logika.

2.2.2. Jenis Jenis Gerbang Logika

Untuk membangun sistem logika yang berfungsi secara penuh, relay, tabung hampa, atau

transistor dapat digunakan. Contoh gerbang logika yaitu logika resistor-transistor (resistor-

transistor logic / RTL), logika diodetransistor (diode-transistor logic / DTL), logika transistor-

transistor (transistor-transistor logic / TTL), dan logika complementary metaloxidesemiconductor

(CMOS).

2.2.2.1. Gerbang logika AND

Gerbang AND mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal input tetapi hanya satu

sinyal output. Dalam gerbang AND, untuk menghasilkan sinyal keluaran berlogika high

maka semua sinyal masukan harus bernilai high. Gerbang logika AND pada Datasheet nama

lainnya IC TTL 7408.

2.2.2.2. Gerbang logika OR

Gerbang OR mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal input tetapi hanya satu sinyal

output. Dalam gerbang OR, untuk menghasilkan sinyal keluaran berlogika high hanya butuh

salah satu saja input berlogika high. Gerbang logika OR pada Datasheet nama lainnya IC

TTL 7432.

2.2.2.3. Gerbang Logika NOT

Gerbang NOT hanya mempunyai satu sinyal input dan satu sinyal output. Dalam

gerbang NOT, untuk menghasilkan sinyal keluaran berlogika high sinyal masukan justru

harus bernilai low. Gerbang logika NOT pada Datasheet nama lainnya IC TTL 7404.

2.2.2.4. Gerbang Logika NAND

Gerbang NAND mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal input tetapi hanya satu

sinyal output. Dalam gerbang NAND, apabila salah satu input berlogika low maka output

akan berlogika high. Gerbang logika NAND pada Datasheet nama lainnya IC TTL 7400.

2.2.2.5. Gerbang NOR

Gerbang NOR mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal input tetapi hanya satu

sinyal output. Dalam gerbang NOR, untuk menghasilkan sinyal keluaran berlogika high

maka semua inputnya harus berlogika low. Gerbang logika NOR pada Datashhet nama

lainnya IC TTL 7402.

2.2.2.6. Gerbang Ex-Or

Gerbang Ex-Or mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal input tetapi hanya satu

sinyal output. Dalam gerbang Ex-Or, untuk menghasilkan sinyal keluaran berlogika high

maka semua sinyal masukan harus bernilai berbeda. Gerbang logika Ex-Or pada Datashhet

nama lainnya IC TTL 7486.

2.2.2.7. Gerbang Ex-Nor

Gerbang Ex-Nor mempunyai dua atau lebih dari dua sinyal input tetapi hanya satu

sinyal output. Dalam gerbang Ex-Nor, untuk menghasilkan sinyal keluaran berlogika high

maka semua sinyal masukan harus bernilai sama. Gerbang logika Ex-Nor pada Datashhet

nama lainnya IC TTL 74266.

Nama Fungsi Lambang dalam rangkaian Tabel kebenaran

IEC 60617-12 US-Norm DIN 40700

(sebelum 1976)

Gerbang-

AND (AND)

A B Y

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Gerbang-OR (OR)

A B Y

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Gerbang-

NOT (NOT,

Gerbang-

komplemen,

Pembalik(Inve

rter))

\

A Y

0 1

1 0

Gerbang-

NAND (Not-AND)

A B Y

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Gerbang-

NOR (Not-OR)

A B Y

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

Gerbang-

XOR (Antivalen,

Exclusive-OR)

atau

A B Y

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Gerbang-

XNOR (Ekuivalen,

Not-Exclusive-

OR)

atau

A B Y

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 1

2.3. Arithmatic and Logic Unit (ALU)

2.3.1. Pengertian Arithmatic and Logic Unit (ALU)

Arithmatic and Logic Unit (ALU) adalah salah satu bagian/komponen dalam sistem

didalam sistem komputer yang berfungsi melakukan operasi/perhitungan aritmatika dan

logika (seperti penjumlahan, pengurangan dan beberapa logika lain). ALU bekerja sama

dengan memori, dimana hasil dari perhitungan di dalam ALU di simpan ke dalam memori.

Perhitungan dalam ALU menggunakan kode biner, yang merepresentasikan instruksi yang

akan dieksekusi (opcode) dan data yang diolah (operand). ALU biasanya menggunakan

sistem bilangan biner (twos complement). ALU mendapat data dari register. Kemudian data

tersebut diproses dan hasilnya akan disimpan dalam register tersendiri yaitu ALU.

2.3.2. Sejarah ALU

Aritmetika yang terbatas pada jumlah yang sangat kecil artifak kecil yang

menunjukkan konsep yang jelas penambahan (+) dan pengurangan (-), yang paling terkenal

menjadi tulang Ishango dari Afrika tengah, datang dari suatu tempat antara 20.000 dan

18.000 SM.

Jelas bahwa Babel memiliki pengetahuan yang kokoh dari hampir semua aspek

aritmetika dasar oleh 1800 SM, sejarawan meskipun hanya bisa menebak metode yang

digunakan untuk menghasilkan hasil aritmetika, seperti yang ditunjukkan. Misalnya, dalam

tablet tanah liat Plimpton 322, yang muncul menjadi daftar Pythagoras tiga kali lipat, tetapi

tanpa kerja untuk menunjukan bagaimana daftar ini awalnya diproduksi. Demikian pula,

Mesir Rhin Mathematical Papyrus (berasal dari sekitar 1650 SM, meskipun jelas salinan

teks yang lebih tua dari sekitar 1850 SM) menunjukan bukti penambahan (+), pengurangan

(-), perkalian (x), dan pembagian (/) yang digunakan dalam sebagian unit sistem.

Nicomachus merangkum filsafat Pythagoras pendekatan angka, dan hubungan mereka

satu sama lain, dalam Pengenalan aritmatika. Pada saat ini, operasi aritmatika dasar adalah

urusan yang sangat rumit, itu adalah metode yang dikenal sebagai Metode orang-orang

Indian (Latin Modus Indorum) yang menjadi aritmatika yang kita kenal sekarang.

Aritmatika India jauh lebih sederhana daripada aritmatika Yunani karena kesederhanaan

system angka India, yang memiliki nol dan notasi nilai tempat. Abad ke - 7 Syria Severus

Sebokht uskup disebutkan metode ini dengan kekaguman, namun menyatakan bahwa

Metode dari India ini tak tertuliskan. Orang-orang Arab belajar metode baru ini dan

menyebutkan Fibonacci (juga dikenal dengan Leonardo dari Paris) memperkenalkan

Metode dari Indian ke Eropa pada 1202. Dalam bukunya Liber Abaci, Fibonacci

mengatakan bahwa dibandingkan dengan metode baru ini, semua metode lain telah

kesalahan. Dalam Abad Pertengahan. Aritmatika adalah satu dari tujuh seni liberal diajarkan

di universitas.

2.3.3. Operasi Pada ALU

Operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh

operasi logika adalah logika AND dan OR. ALU melakukan operasi aritmatika yang lainnya

seperti pengurangan, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. Sehingga sirkuit

elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi aritmatika ini disebut adder.

ALU melakukan operasi aritmatika dengan dasar pertambahan, sedang operasi aritmatika

yang lainnya, seperti pengurangan, perkalian, dan pembagian dilakukan dengan dasar

penjumlahan. sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan

operasi arithmatika.

2.3.4. Tugas Dan Fungsi ALU

Tugas dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan

instruksi program. Operasi logika (logical operation) meliputi perbandingan dua buah

elemen logika dengan menggunakan operator logika, yaitu :

a. sama dengan (=)

b. tidak sama dengan ()

c. kurang dari (=)

Arithmatic Logical Unit (ALU) Juga Bertugas membentuk fungsi fungsi

pengolahan data komputer. ALU sering disebut mesin bahasa (machine language) karena

bagian ini mengerjakan instruksi instruksi bahasa mesin yang diberikan padanya. ALU

terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing

masing memiliki spesifikasi dan tugas tersendiri. Fungsi-fungsi yang didefinisikan pada

ALU adalah Add (penjumlahan), Addu (penjumlahan tidak bertanda), Sub (pengurangan),

Subu (pengurangan tidak bertanda), and, or, xor, sll (shift left logical), srl (shift right

logical), sra (shift right arithmetic), dan lain-lain.

Arithmetic Logical Unit (ALU) merupakan unit penalaran secara logic. ALU ini

merupakan Sirkuit CPU berkecepatan tinggi yang bertugas menghitung dan

membandingkan. Angka-angka dikirim dari memori ke ALU untuk dikalkulasi dan

kemudian dikirim kembali ke memori. Jika CPU diasumsikan sebagai otaknya komputer,

maka ada suatu alat lain di dalam CPU tersebut yang kenal dengan nama Arithmetic Logical

Unit (ALU), ALU inilah yang berfikir untuk menjalankan perintah yang diberikan kepada

CPU tersebut.

ALU sendiri merupakan suatu kesatuan alat yang terdiri dari berbagai komponen

perangkat elektronika termasuk di dalamnya sekelompok transistor, yang dikenal

dengan nama logic gate, dimana logic gate ini berfungsi untuk melaksanakan perintah dasar

matematika dan operasi logika. Kumpulan susunan dari logic gate inilah yang dapat

melakukan perintah perhitungan matematika yang lebih komplit seperti perintah add untuk

menambahkan bilangan, atau devide atau pembagian dari suatu bilangan. Selain perintah

matematika yang lebih komplit, kumpulan dari logic gate ini juga mampu untuk

melaksanakan perintah yang berhubungan dengan logika, seperti hasil perbandingan dua

buah bilangan.

Instruksi yang dapat dilaksanakan oleh ALU disebut dengan instruction set. Perintah

yang ada pada masing-masing CPU belum tentu sama, terutama CPU yang dibuat oleh

pembuat yang berbeda, katakanlah misalnya perintah yang dilaksanakan oleh CPU buatan

Intel belum tentu sama dengan CPU yang dibuat oleh Sun atau perusahaan pembuat

mikroprosesor lainnya. Jika perintah yang dijalankan oleh suatu CPU dengan CPU lainnya

adalah sama, maka pada level inilah suatu sistem dikatakan compatible. Sehingga sebuah

program atau perangkat lunak atau software yang dibuat berdasarkan perintah yang ada pada

Intel tidak akan bisa dijalankan untuk semua jenis prosesor,kecuali untuk prosesor yang

compatible dengannya.

Seperti halnya dalam bahasa yang digunakan oleh manusia, instruction set ini juga

memiliki aturan bahasa yang bisa saja berbeda satu dengan lainnya. Bandingkanlah beda

struktur bahasa Inggris dengan Indonesia, atau dengan bahasa lainnya, begitu juga dengan

instruction set yang ada pada mesin, tergantung dimana lingkungan instruction set itu

digunakan.

2.3.5. Struktur Dan Cara Kerja Pada ALU

ALU akan bekerja setelah mendapat perintah dari Control Unit yang terletak

pada processor. Contorl Unit akan memberi perintah sesuai dengan komando yang

tertulis(terdapat) pada register. Jika isi register memberi perintah untuk melakukan proses

penjumlahan, maka PC akan menyuruh ALU untuk melakukan proses penjumlahan. Selain

perintah, register pun berisikan operand-operand. Setelah proses ALU selesai, hasil yang

terbentuk adalah sebuah register yang berisi hasil atau suatuperintah lainnya. Selain register,

ALU pun mengeluarkan suatu flag yang berfungsi untuk memberi tahu kepada kita tentang

kondisi suatu processor seperti apakah processor mengalami overflow atau tidak.

Perhitungan pada ALU adalah bentuk bilangan integer yang direpresentasikan

dengan bilangan biner. Namun, untuk saat ini, ALU dapat mengerjakan bilangan floating

point atau bilangan berkoma, tentu saja dipresentasikan dengan bentuk bilangan biner. ALU

mendapatkan data (operand, operator, dan instruksi) yang akan disimpan dalam register.

Kemudian data tersebut diolah dengan aturan dan sistem tertentu berdasarkan perintah

control unit. Setelah proses ALU dikerjakan, output akan disimpan dalam register yang

dapat berupa sebuah data atau sebuah instruksi. Selain itu, bentuk output yang dihasilkan

oleh ALU berupa flag signal. Flag signal ini adalah penanda status dari sebuah CPU.

Bilangan integer (bulat) tidak dikena oleh komputer dengan basis 10. Agar komputer

mengenal bilangan integer, maka para ahli komputer mengkonversi basis 10 menjadi basis 2.

Seperti kita ketahui, bahwa bilangan berbasis 2 hanya terdiri atas 1 dan 0. Angka 1 dan 0

melambangkan bahwa 1 menyatakan adanya arus listrik dan 0 tidak ada arus listrik. Namun,

untuk bilangan negatif, computer tidak mengenal simbol (-). Komputer hanya mengenal

simbol 1 dan 0. Untuk mengenali bilangan negatif, maka digunakan suatu metode yang

disebut dengan Sign Magnitude Representation. Metode ini menggunakan simbol 1 pada

bagian paling kiri (most significant) bit. Jika terdapat angka 18 = (00010010)b, maka -18

adalah (10010010)b. Akan tetapi, penggunaan sign-magnitude memiliki 2 kelemahan. Yang

pertama adalah terdaptnya -0 pada sign magnitude[0=(00000000)b; -0=(10000000)b].

Seperti kita ketahui, angka 0 tidak memiliki nilai negatif sehingga secara logika, sign-

magnitude tidak dapat melakukan perhitungan aritmatika secara matematis.

Yang kedua adalah, tidak adanya alat atau software satupun yang dapat mendeteksi

suatu bit bernilai satu atau nol karena sangat sulit untuk membuat alat seperti itu. Oleh

karena itu, penggunaan sign magnitude pada bilangan negatif tidak digunakan, akan tetapi

diganti dengan metode 2s complement. Metode 2s complement adalah metode yang

digunakan untuk merepresentasikan bilangan negatif pada komputer. Cara yang digunakan

adalah dengan nilai terbesar dari biner dikurangin dengan nilai yang ingin dicari negatifnya.

Contohnya ketika ingin mencari nilai -18, maka lakukan cara berikut:

1. ubah angka 18 menjadi biner (00010010)b

2. karena biner tersebut terdiri dari 8 bit, maka nilai maksimumnya adalah 11111111

3. kurangkan nilai maksimum dengan biner 18 -> 11111111 00010010 = 11101101

4. kemudian, dengna sentuhan terakhir, kita tambahkan satu ->

11101101 + 00000001 = 11101110

Dengan metode 2s complement, kedua masalah pada sign magnitude dapat

diselesaikan dan komputer dapat menjalankan. Namun, pada 2s complement, nilai -128

pada biner 8 bit tidak ditemukan karena akan terjadi irelevansi.

2.4. ADDER

Adder merupakan rangkain ALU (Arithmetic and Logic Unit) yang digunakan untuk

menjumlahkan bilangan. Karena adder digunakan untuk memproses operasi aritmatika,

maka adder juga sering disebut rangkaian kombinasional aritmatika. Ada 3 jenis Adder,

yaitu:

1. Rangkaian adder yang hanya menjumlahkan dua bit disebut Half Adder.

2. Rangkaian adder yang hanya menjumlahkan tiga bit disebut Full Adder.

3. Rangkaian adder yang menjumlahkan banyak bit disebut Paralel Adder.

Rangkaian digital yang dapat melakukan operasi aritmetika yang hasil keluarannya

seperti tabel di bawah disebut Half adder.

Tabel 1 Tabel Kebenaran Half Adder

Gambar 2 Diagram blok Half adder.

Dari tabel kebenaran dapat diperoleh persamaan fungsi logika untuk keluaran

penjumlah dan carry U sebagai berikut :

Dari persamaan di atas dapat ditemukan gambar rangkaian digital seperti

diperlihatkan pada Gambar 3.

Gambar 3 Rangkaian digital half adder

Jika jumlah bit lebih banyak kombinasi (disebut word), penggunaan half adder tidak

dapat dilakukan karena tidak ada masukan carry. Untuk itu kita harus menambahkan

masukan carry pada half adder. Rangkaian penjumlah yang dengan tambahan masuak carry

ini disebut full adder.

Tabel 2 Tabel Kebenaran Full Adder

Persamaan fungsi logika untuk keluaran jumlah full adder adalah

Gambar 4 Rangkaian digital full adder

Gambar 5 Diagram blok full adder

Jika dua n-bit word dijumlahkan diperlukan beberapa full adder yang saling

disambungkan, sebagai contoh sederhana penjumlahan 3 bit word diperlihatkan di bawah ini

:

Pada prakteknya penjumlahan 3 bit word memerlukan tiga buah full adder yang

disambungkan secara berurutan dan masukan carry C0 diset = 0.

Gambar 6. Penjumlah biner 3-bit

Apabila masukan C0 kita set = 1 maka hasil penjumlahan akan bertambah 1. Dalam

praktek penambahan satu ini sangat penting untuk bererapa aplikasi. Masukan carry C0

digunakan untuk masukan increment (INC) dan suatu rangkaian penjumlah digital yang

dilengkapi dengan sebuah masukan incremen disebut ripple-carry adder.

Gambar 7.. Diagram blok ripple-carry adder

Gambar 8. Rangkaian digital ripple-carry adder

Rangkaian penjumlah Gambar 10 dapat dikembangkan dengan menambahkan

gerbang AND dan EXOR pada masukannya sehingga beberapa fungsi rangkaian berkembang

tidak hanya sebagai penjumlah melainkan berfungsi pula sebagai rangkaian pengurang,

sehingga rangkaian ini disebut adder/substractor.

Gambar 9. Rangkaian adder/subtractor 4-bit

Rangkaian adder/subtractor di atas memiliki 5 masukan kontrol S4 sampai S0 yang

dipergunakan untuk memilih operasi. Tabel 4 memperlihatkan variasi masukan kontrol S4

sampai S0 dan fungsi keluaran.

Tabel 3. Fungsi keluaran adder/subtractor

Dari tabel di atas terdapat 32 kemungkinan fungsi yang dapat dioperasikan. Kita

ambil salah satu contoh dari kemungkinan yang diperlihtakan pada tabel diatas misalnya

fungsi kontrol S4 sampai dengan S0 = 1 1 0 0 0 menghasilkan fungsi A + B.

Jika S3 dan S4 diset pada 0 maka masukan A dan B akan mati karena setiap gerbang

AND tersambung pada setiap masukan A dan B sedangkan amsukan gerbang lainnya

tersambung ke saklar masukan kontrol S3 untuk masukan A dan S2 untuk masukan B,

sehingga ketika S3 = 0 maka apapun masukan A akan diset = o dana ketika S2 = 0 maka

masukan B akan diset = 0.

Dengan demikian fungsi kontrol S3 dan S2 adalah untuk meloloskan data masukan ke tahap

berikutnya untuk diproses atau tidak oleng blok penjumlah.

Setelah keluar dari gerbang AND sebagai pelolos data, setiap keluaran AND tersambung

pada gerbang XOR yang mana setiap gerbang XOR tersebut salah satu masukan lainnya

tersambung pada saklar masukan kontrol S2 dan S1. S2 dipergunakan untuk mengontrol

masukan A dan S1 dipergunakan untuk mengontrol masukan B.

Jika S2 = 0 maka keluaran gerbang EXOR adalah A XOR 0 = A dan jika S2 = 1 maka

keluaran gerbang EXOR adalah A XOR 1 = A. dengan demikian ketika S2 = 1 masukan A

akan dibalik (komplemen satu).

Hal yang sama berlaku juga untuk masukan S1 yang mengontrol masukan B untuk fungsi

komplemen satu.

Saklar S0 merupakan masukan carry untuk rangkaian penjumlah yang berfungsi sebagai

masukan incremen (INC). S0 sangat diperlukan pada operasi pengurangan untuk

mendapatkan komplemen dua.

Selanjutnya dari Gambar 9 Rangkaian adder/subtractor 4-bit akan dikembangkan menjadi 8

bit dengan variabel yang disiapkan sebagai berikut :

Variabel masukan B B,B7,B6,B5,B4,B3,B2,B1,B0

Variabel masukan A A,A7,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0

Variabel kontrol C4,C3,C2,C1,C0

Variabel hasil penjumlahan R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,R0

Variabel carry input C,cri7,cri6,cri5,cri4,cri3,cri2,cri1,cri0

Variabel carry input cro7,cro6,cro5,cro4,cro3,cro2,cro1,cro0

Berikutnya adalah menentukan membaca data masing-masing saklar apakah dalam kondisi

logika 1 atau 0 dengan menggunakan pernyataan sebagai berikut :

Contoh membaca data masukan dari saklar B0

IF BiSwitch1.pOn=true then B0:=1;

IF BiSwitch1.pOn=false then B0:=0;

Untuk mengeluarkan data menyalakan indikator LED R0

if R0=0 then shape8.Brush.color:=clgray else shape8.Brush.color:=clred;

Apabila variabel R0 berisi data 1 maka Shape8 yang berbentuk bulat akan berwarna

merah dan jika R0 berisi data 0 maka Shape8 akan berwarna abu-abu.

Berikut ini adalah bagian yang paling penting yaitu menerjemahkan Gambar 9

Rangkaian adder/subtractor menjadi persamaan fungsi logika untuk setiap bit keluaran sesuai

dengan inputnya.

Contoh fungsi logika dengan keluaran R0

Data masukan B0 dan A0, kontrol C0, C1, C2, C3 dan C4, keluaran hasil

penjumlahan R0 dan kelauaran carry cro0

Gambar 10 Rangkaian adder/subtracter 1 bit

Gambar diatas dapat diterjemahkan menjadi persamaan fungsi logika sebagai

berikut :

A:=(A0 and C4) xor C2;

B:=(B0 and C3) xor C1;

C:=C0;

R0:= A xor B xor C;

cro0:=(A and B) or (B and C) or (A and C);

2.5 Logisim

Logisim adalah simulator logika yang memungkinkan sirkuit yang akan dirancang

dan disimulasikan dengan menggunakan antarmuka pengguna grafis. Dirilis di bawah GNU

Public License , Logisim adalah perangkat lunak bebas yang dirancang untuk berjalan di

bawah Microsoft Windows , OS X, dan GNU / Linux platform. Kodenya adalah sepenuhnya

di Java menggunakan swing grafis perpustakaan user interface. Pengembang utama Carl

Burch, telah bekerja di Logisim sejak didirikan pada tahun 2001.

Perangkat lunak yang paling sering digunakan oleh siswa dalam ilmu computer kelas

untuk merancang dan bereksperimen dengan sirkuit digital dalam simulasi. Sirkuit dirancang

di Logisim menggunakan antarmuka pengguna grafis yang mirip dengan program

menggambar tradisional, antarmuka juga ditemukan di banyak simulator lain. Tidak seperti

kebanyakan simulator lain kecanggihan Logisim itu, Logisim memungkinkan pengguna

untuk mengedit sirkuit selama simulasi. Kesederhanaan relatif antarmuka membuatnya

bekerja dengan baik untuk kursus survei. Desain fitur untuk sirkuit yang lebih canggih,

seperti "subcircuits" dan "kawat bundel" ditemukan di Logisim, tersedia dalam beberapa alat

grafis open source lainnya.

Sementara pengguna dapat merancang lengkap implementasi CPU dalam Logisim,

perangkat lunak ini dirancang terutama untuk penggunaan pendidikan. Profesional biasanya

desain seperti sirkuit skala besar menggunakan bahasa deskripsi perangkat

keras seperti Verilog atau VHDL .Logisim tidak mampu menampung komponen analog.

Screen layout pada LOGISIM

Gambar 1 Screen Layout pada LOGIS

BAB III

PERCOBAAN

3.1 Rangkaian ALU Dengan IC 74LS181 Menggunakan LOGISIM

Berikut adalah rangkaian alu dengan IC 74LS181 menggunakan tools LOGISIM

Gambar 11 Rangkaian ALU menggunakan LOGISIM

Mode select input

S3 S2 S1 S0 M=L Cn=H

L L L L A

Gambar 12. Hasil Uji Coba 1

Mode select input

S3 S2 S1 S0 M=L Cn=H

L L L H A+B

Gambar 13. Hasil Uji Coba 2

Mode select input

S3 S2 S1 S0 M=L Cn=H

H L L H A plus B

Gambar 14 Hasil Uji Coba 3

Mode select input

S3 S2 S1 S0 M=L Cn=H

L H H L A minus B minus 1

Gambar 15 Hasil Uji Coba 4

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Arithmetic And Logic Unit adalah salah satu bagian dalam dari sebuah mikroprocessor

yang berfungsi untuk melakukan operasi hitungan aritmatika dan logika. ALU bekerja sama

dengan memori, dimana hasil dari perhitungan di dalam ALU di simpan ke dalam memori.

Perhitungan dalam ALU menggunakan kode biner, yang merepresentasikan instruksi yang akan

dieksekusi (opcode) dan data yang diolah (operand). ALU biasanya menggunakan sistem bilangan

biner (twos complement). ALU mendapat data dari register. Kemudian data tersebut diproses dan

hasilnya akan disimpan dalam register tersendiri yaitu ALU.

ALU melakukan operasi arithmatika dengan dasar pertambahan, sedang operasi

arithmatika yang lainnya, seperti pengurangan, perkalian, dan pembagian dilakukan dengan dasar

penjumlahan. sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi

arithmatika ini disebut adder.

Tugas utama dari ALU (Arithmetic And Logic Unit) adalah melakukan semua perhitungan

aritmatika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi program.

DAFTAR PUSTAKA

http:// cahyomuhajir.blogspot.com/2012/01/aritmetic-logic-unit.html?m=1 https://

http://www.softpedia.com/get/Others/Home-Education/Logisim.shtml

http://yogiearieffadillah.wordpress.com/2013/12/30/pengertian-dan-cara-kerja-arithmatic-

logical-unit-alu/

http://id.wikipedia.org/wiki/Gerbang_logika#Jenis-jenis_gerbang_logika