1. Pendahuluan[kembali]
Dalam dunia digital, perangkat logika skala menengah (MSI) seperti IC 74382 berperan penting sebagai blok bangunan utama berbagai sistem komputasi. IC 74382 merupakan unit logika aritmetika (ALU) yang mampu melakukan operasi-operasi dasar aritmatika dan logika secara efisien. Meskipun merupakan komponen lama, perangkat ini tetap relevan karena prinsip dasarnya masih digunakan dalam desain sistem digital modern, termasuk dalam pemrograman perangkat logika seperti PLD. Dengan memanfaatkan dua IC 74382, kita dapat membentuk ALU 8-bit yang cukup kompleks untuk digunakan sebagai bagian inti dari sistem pemrosesan mikro.
Penggunaan IC ini dalam pemodelan digital sangat mendukung proses pembelajaran tentang struktur sistem komputer dan pengolahan data. Salah satu pendekatan untuk memanfaatkannya adalah dengan menyusun makrofungsi menggunakan pustaka logika grafis seperti pada sistem pengembangan Altera. Diagram rangkaian menunjukkan bagaimana dua IC 74382 dihubungkan untuk memproses masukan 8-bit dan menghasilkan keluaran yang terstruktur. Pendekatan ini tidak hanya memperkuat pemahaman terhadap kerja ALU, tetapi juga mengajarkan cara mengintegrasikan komponen logika standar dalam sistem digital modern.
2. Tujuan[kembali]
- Memahami prinsip kerja IC 74382 sebagai unit logika aritmetika (ALU) 4-bit.
- Menjelaskan cara menghubungkan dua IC 74382 untuk membentuk ALU 8-bit.
- Mempelajari penerapan makrofungsi dan diagram skematik dalam pemodelan sistem digital.
- Melatih kemampuan membaca dan menginterpretasi koneksi antar pin masukan dan keluaran pada IC TTL.
- Mengembangkan pemahaman tentang integrasi komponen logika MSI dalam rangkaian digital kompleks.
3. Alat dan Bahan[kembali]
1. IC 74382
IC 74382 adalah 4-bit arithmetic logic unit (ALU) yang mampu melakukan berbagai operasi aritmetika dan logika terhadap dua buah input data biner 4-bit (A0–A3 dan B0–B3). IC ini memiliki empat buah input kontrol (S0–S3) untuk menentukan jenis operasi, serta satu input carry-in (CIN) dan menghasilkan output 4-bit (F0–F3), carry-out (CN4), dan overflow (OVR). IC ini dapat di-cascade untuk membentuk ALU dengan lebar bit lebih besar, seperti 8-bit atau 16-bit. Cocok digunakan dalam sistem digital sebagai pusat pemrosesan data, seperti pada prosesor sederhana, kalkulator digital, dan perangkat logika terprogram.
2. Gerbang And
Gerbang AND digunakan untuk menghasilkan logika 1 jika semua masukan berlogika 1, jika tidak maka output yang dihasilkan akan berlogika 0.
2. Gerbang Nor
Gerbang NOR (Not-OR) adalah gerbang logika digital yang menghasilkan output rendah (0) jika salah satu atau lebih inputnya bernilai tinggi (1), dan hanya menghasilkan output tinggi (1) jika semua inputnya bernilai rendah (0). Gerbang NOR merupakan kombinasi dari operasi logika OR yang hasilnya kemudian di-NOT (dibalik).
3. Gerbang Not
Gerbang NOT, atau disebut juga inverter, adalah gerbang logika dasar yang hanya memiliki satu input dan satu output. Fungsinya adalah membalik nilai input: jika input bernilai 1, maka output menjadi 0, dan sebaliknya, jika input 0, maka output menjadi 1. Gerbang ini digunakan untuk menghasilkan kondisi yang berlawanan dan sangat penting dalam rangkaian digital untuk mengontrol logika sinyal.
4. Logic Probe
Logic probe adalah alat ukur elektronik yang digunakan untuk mendeteksi dan menganalisis level logika (tinggi atau rendah) pada rangkaian digital. Alat ini biasanya memiliki ujung seperti pena yang dapat disentuhkan ke titik-titik dalam rangkaian, serta dilengkapi dengan indikator LED atau tampilan visual lain untuk menunjukkan apakah sinyal pada titik tersebut berada dalam kondisi logika tinggi (1), logika rendah (0), atau berubah-ubah (pulsing).
5. Logic State
Logic state adalah kondisi atau level sinyal dalam rangkaian digital yang menunjukkan nilai logika tertentu, biasanya berupa logika tinggi (1) atau logika rendah (0). Logic state ini merepresentasikan informasi digital yang diproses oleh perangkat elektronik, seperti komputer atau mikrokontroler. Selain dua kondisi dasar tersebut, dalam beberapa sistem juga bisa terdapat kondisi tidak pasti seperti high impedance (Z) atau undefined, yang menunjukkan bahwa sinyal tidak aktif atau sedang mengambang. Pemahaman tentang logic state penting untuk desain, analisis, dan troubleshooting rangkaian digital.
4. Dasar Teori[kembali]
Arithmetic Logic Unit (ALU) adalah bagian dari sistem digital yang berfungsi untuk melakukan operasi-operasi aritmetika (seperti penjumlahan dan pengurangan) serta operasi logika (seperti AND, OR, XOR). Dalam sistem komputer, ALU merupakan komponen utama dalam unit pemroses pusat (CPU). Salah satu contoh dari ALU dalam bentuk IC adalah 74382, yang merupakan IC ALU 4-bit TTL standar. IC ini memiliki input data ganda (dua set A dan B masing-masing 4 bit), input carry-in (CIN), output hasil operasi (F0–F3), output carry-out (CN4), dan output overflow (OVR). Dengan mengatur bit-bit kontrol (S0–S3), pengguna dapat menentukan operasi yang dilakukan IC tersebut.
Struktur dan Fungsi Pin IC 74382
IC 74382 memiliki struktur pin yang dirancang untuk menjalankan berbagai fungsi aritmetika dan logika dalam sistem digital. Terdapat dua kelompok masukan data, yaitu A0 hingga A3 dan B0 hingga B3, yang masing-masing mewakili operand A dan B dalam format 4-bit. Masukan-masukan ini menjadi data utama yang akan diproses oleh ALU untuk menghasilkan output tertentu sesuai perintah kontrol.
Operasi yang dilakukan IC ini ditentukan oleh empat buah sinyal kontrol, yaitu S0 hingga S3. Keempat sinyal ini bekerja sebagai selector yang menentukan jenis operasi apa yang akan dilaksanakan, seperti penjumlahan, pengurangan, atau operasi logika lainnya. Selain itu, terdapat satu masukan tambahan yang sangat penting dalam operasi bertingkat, yaitu CIN (carry-in), yang berfungsi menerima carry dari operasi sebelumnya atau dari IC lain jika digunakan secara paralel.
Hasil dari operasi akan keluar melalui pin F0 hingga F3, yang mewakili hasil akhir 4-bit dari proses yang dijalankan. Selain output utama ini, terdapat pula dua sinyal status: CN4 (carry-out) dan OVR (overflow). CN4 menunjukkan adanya carry yang keluar dari bit tertinggi, sedangkan OVR menunjukkan apakah terjadi overflow dalam operasi bilangan bertanda. Kedua sinyal status ini sangat penting untuk mengevaluasi kebenaran hasil operasi, terutama dalam konteks pengolahan data numerik kompleks.
Mekanisme Carry dan Overflow
IC 74382 memiliki struktur pin yang dirancang untuk menjalankan berbagai fungsi aritmetika dan logika dalam sistem digital. Terdapat dua kelompok masukan data, yaitu A0 hingga A3 dan B0 hingga B3, yang masing-masing mewakili operand A dan B dalam format 4-bit. Masukan-masukan ini menjadi data utama yang akan diproses oleh ALU untuk menghasilkan output tertentu sesuai perintah kontrol.
Operasi yang dilakukan IC ini ditentukan oleh empat buah sinyal kontrol, yaitu S0 hingga S3. Keempat sinyal ini bekerja sebagai selector yang menentukan jenis operasi apa yang akan dilaksanakan, seperti penjumlahan, pengurangan, atau operasi logika lainnya. Selain itu, terdapat satu masukan tambahan yang sangat penting dalam operasi bertingkat, yaitu CIN (carry-in), yang berfungsi menerima carry dari operasi sebelumnya atau dari IC lain jika digunakan secara paralel.
Hasil dari operasi akan keluar melalui pin F0 hingga F3, yang mewakili hasil akhir 4-bit dari proses yang dijalankan. Selain output utama ini, terdapat pula dua sinyal status: CN4 (carry-out) dan OVR (overflow). CN4 menunjukkan adanya carry yang keluar dari bit tertinggi, sedangkan OVR menunjukkan apakah terjadi overflow dalam operasi bilangan bertanda. Kedua sinyal status ini sangat penting untuk mengevaluasi kebenaran hasil operasi, terutama dalam konteks pengolahan data numerik kompleks.
Penyusunan Rangkaian ALU 8-bit
Untuk membentuk sebuah ALU 8-bit menggunakan IC 74382, diperlukan dua buah IC yang masing-masing menangani 4-bit data. IC pertama bertugas memproses empat bit bagian bawah (bit 0–3), sedangkan IC kedua bertugas memproses empat bit bagian atas (bit 4–7). Setiap IC menerima dua buah masukan data 4-bit, yaitu dari operand A dan operand B, yang dibagi sesuai dengan posisi bitnya. Selain itu, kedua IC ini juga menerima sinyal kontrol yang sama (S0 hingga S3), yang mengatur jenis operasi logika atau aritmetika yang akan dilakukan secara serempak.
Agar operasi penjumlahan 8-bit dapat berlangsung secara berkesinambungan, output carry-out (CN4) dari IC pertama dihubungkan ke input carry-in (CIN) dari IC kedua. Ini memungkinkan propagasi carry dari bit rendah ke bit tinggi, seperti yang terjadi dalam operasi penjumlahan berantai. Dengan cara ini, hasil operasi dari IC pertama akan mempengaruhi hasil di IC kedua, sebagaimana halnya pada penjumlahan panjang di sistem biner.
Output hasil operasi dari kedua IC kemudian digabungkan menjadi satu kesatuan data 8-bit, yaitu dari sumout0 hingga sumout7. Empat bit hasil dari IC pertama menjadi bit rendah, dan empat bit hasil dari IC kedua menjadi bit tinggi. Sementara itu, sinyal carry-out dan overflow dari IC kedua digunakan sebagai indikator hasil akhir dari operasi 8-bit tersebut, karena IC kedua merepresentasikan bit tertinggi dari data. Informasi ini penting untuk mengetahui apakah hasil dari operasi melebihi kapasitas sistem atau terjadi kesalahan logika bilangan bertanda.
5. Percobaan[kembali]
a) Prosedur[kembali]
- Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
- Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
- Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
- Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh
- Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka rangkaian akan berfungsi yang berarti rangkaian bekerja.
b) Rangkaian simulasi [kembali]
Rangkaian ALU 8-bit ini bekerja dengan menggabungkan dua buah IC 74382 yang masing-masing menangani 4-bit data. IC pertama mengolah bit 0 sampai bit 3, sedangkan IC kedua mengolah bit 4 sampai bit 7. Kedua IC menerima sinyal kontrol (S0–S3) secara paralel, sehingga operasi yang dilakukan pada kedua bagian selalu sama. Masukan data A dan B dibagi sesuai bit-nya, kemudian dihubungkan ke masing-masing IC. Output carry-out dari IC pertama dihubungkan ke input carry-in dari IC kedua, sehingga memungkinkan propagasi carry antar bagian bawah dan atas dalam operasi penjumlahan berantai.
Setelah proses berlangsung, masing-masing IC menghasilkan 4-bit output yang digabungkan menjadi hasil akhir 8-bit, yaitu dari sumout0 hingga sumout7. Bit carry-out dan overflow dari IC kedua menjadi indikator penting untuk mengetahui apakah hasil operasi melebihi kapasitas atau terjadi kesalahan logika dalam bilangan bertanda. Rangkaian ini secara sederhana meniru prinsip kerja ALU pada sistem komputer, di mana operasi dilakukan secara paralel dan bertingkat. Dengan desain modular ini, pengguna dapat memahami bagaimana unit-unit kecil saling terhubung membentuk sistem pemrosesan data yang lebih besar.
c) Video Simulasi[kembali]
d) Example[kembali]
1. Menggunakan operasi "A plus B" dengan nilai pin S adalah S0 = H, S1 = H dan S2 = L. Dengan nilai A= 00110011 (Desimal 51) dan B = 00110001 (Desimal 49) di peroleh A plus B = 01100100 (Desimal 100)
2. Menggunakan operasi "A plus B" dengan nilai pin S adalah S0 = H, S1 = H dan S2 = L. Dengan nilai A= 01011001 (Desimal 89) dan B = 01101010 (Desimal 106) di peroleh A plus B = 11000011 (Desimal 195)
e) Problem[kembali]
Problem 1: Overflow dan Carry dalam Penjumlahan Bilangan Signed
Masalah:
Dua buah bilangan 8-bit, yaitu A =01111111(127) dan B =00000001(1), dijumlahkan menggunakan dua IC 74382. Carry-in awal (CN) diset ke 0. Apakah hasil penjumlahan benar secara signed, dan bagaimana status sinyal overflow (OVR) dan carry-out (CN+4)?Analisis:
Penjumlahan:Hasil
10000000berarti –128 dalam sistem signed 8-bit (two’s complement). Ini menandakan bahwa penjumlahan dua bilangan positif menghasilkan bilangan negatif, yang merupakan kondisi overflow.
Carry-out (CN+4): Tidak aktif (0), karena overflow tidak berhubungan langsung dengan carry dalam bilangan signed.
Overflow (OVR): Aktif (1), karena hasilnya tidak dapat direpresentasikan secara benar dalam format signed 8-bit.
Kesimpulan Jawaban:
Penjumlahan A + B menghasilkan overflow. Meskipun secara biner hasilnya benar (10000000), secara signed hasilnya tidak valid karena telah melampaui batas atas (+127). Overflow aktif, sedangkan carry-out tetap tidak aktif.
Problem 2: Pengaruh Propagasi Carry antar IC ALU
Masalah:
Dalam rangkaian 8-bit ALU yang terdiri dari dua IC 74382, output carry dari IC pertama (bit rendah) biasanya dihubungkan ke input carry IC kedua (bit tinggi). Apa akibatnya jika koneksi tersebut dilepas saat menjumlahkan A =00001111(15) dan B =00000001(1)?Analisis:
Jika koneksi carry-out SUB1 ke carry-in SUB2 dilepas:
SUB1 (bit 0–3):
1111 + 0001→0000, carry-out = 1SUB2 (bit 4–7): input CN = 0, sehingga tidak menerima propagasi carry
Maka hasil akhir =
00000000, padahal seharusnya00010000(16)Dengan koneksi propagasi carry aktif:
CN dari SUB2 = 1 → hasil akhir yang benar =
00010000
Kesimpulan Jawaban:
Jika propagasi carry dilepas, hasil penjumlahan akan salah karena carry dari bit rendah tidak memengaruhi bit lebih tinggi. Rangkaian menjadi tidak akurat. Ini menunjukkan bahwa koneksi carry antar IC sangat penting dalam operasi aritmetika multi-bit.
f) Soal Pilihan Ganda[kembali]
1. Dalam operasi penjumlahan menggunakan ALU 8-bit (seperti pada rangkaian Figure 6-18), manakah dari pernyataan berikut yang benar?
A. Carry-out menunjukkan bahwa hasil penjumlahan melebihi kapasitas 8-bit unsigned
B. Overflow terjadi jika dua bilangan positif dijumlahkan menghasilkan bilangan negatif dalam signed 2's complement
C. Pada sistem signed, carry-out selalu menunjukkan overflow
D. ALU seperti IC 74382 dapat mendeteksi overflow dan carry-out secara terpisah
E. Overflow hanya terjadi jika hasil melebihi nilai maksimum unsigned (255)
2. Dua bilangan 8-bit ditambahkan oleh sebuah ALU. Operand pertama adalah 01011001 dan operand kedua adalah 01001111. Output hasil penjumlahan adalah 10101000, dan tidak terjadi carry-out. Pernyataan mana yang paling tepat mengenai kondisi ini?
A. Hasil penjumlahan benar dan tidak terjadi overflow
B. Overflow terjadi karena dua bilangan negatif menghasilkan bilangan positif
C. Overflow terjadi karena dua bilangan positif menghasilkan bilangan negatif
D. Carry-out menyebabkan hasil menjadi salah
E. Hasil melebihi batas unsigned 8-bit (255)
JAWABAN DAN PEMBAHASAN
1. Kunci Jawaban yang Benar:
A – Benar
B – Benar
D – Benar
Penjelasan Jawaban yang Salah:
C – Salah : Carry-out tidak menunjukkan overflow dalam sistem signed. Overflow ditentukan oleh perbandingan MSB input dan hasil, bukan oleh carry bit.
E – Salah : Overflow dalam konteks signed terjadi bukan karena melebihi 255, tapi karena hasil tidak dapat direpresentasikan dalam rentang -128 s.d. +127.
2. Kunci Jawaban yang Benar :
C. Overflow terjadi karena dua bilangan positif menghasilkan bilangan negatif
Penjelasan Lengkap:
01011001 = +89
01001111 = +79
Hasil = 10101000 = -88 jika dibaca sebagai signed (karena MSB = 1)
6. Download File[kembali]
0 comments:
Posting Komentar