Arithmetic And Logic Unit (ALU)

Pengertian ALU

Pengertian ALU adalah salah satu komponen CPU yang berfungsi menjalankan tugasnya sesuai dengan perintah dari otak komputer yakni CPU itu sendiri. Sesuai dengan namanya perangkat ini lebih berkonsentrasi kepada fungsi aritmatika dan fungsi logika.

Fungsi aritmatika adalah suatu fungsi yang mengarah ke operasi matematika seperti penjumlahan, pengurangan, penjumlahan tidak bertanda dan lain – lain. Sedangkan maksud dari fungsi logika sendiri adalah seringkali digunakan untuk mengoperasikan logika AND, OR, XOR dan lain – lain.

Fungsi ALU

Sudah dijelaskan sebelumnya bahwa komponen ALU atau Arithmetic and Logic Unit lebih berfokus pada fungsi dasar operasi aritmatika dan fungsi logika. Untuk melakukan tugas pengoperasian matematika, maka ALU melibatkan suatu sirkuit khusus yang disebut Adder.

Karena dibuat khusus untuk proses perhitungan aritmatika maka sirkuit Adder ini seringkali disebut rangkaian kombinasional aritmetika. Terdapat beberapa macam yakni Half Adder yang difungsikan untuk menjumlahkan dua bit, lalu Full Adder yang dapat menjumlahkan tiga bit dan yang terakhir adalah Paralel Adder yang dapat menjumlahkan banyak bit. Penjelasan lebih detailnya ada dibawah ini :

1. Half Adder

Rangkaian half adder merupakan dasar penjumlahan bilangan Biner dengan hanya dua bit, seringkali juga disebut Penjumlah Tak Lengkap. Contoh pengoperasiannya adalah jika A = 0 dan B = 1 dijumlahkan maka hasilnya (Sum) adalah 0. Dalam hal ini Half Adder memiliki 2 masukkan yakni A dan B serta memiliki keluaran yakni S atau Sum dan CY atau Carry Out (nilai pindahan). Hal itu berlaku juga pada operasi aritmatika lain.

2. Full Adder

Sama halnya seperti Half Adder, untuk Full Adder, proses penjumlahan dua bilangan juga dikonversi terlebih dahulu ke dalam bilangan biner. Masing – masing posisi pada bit dijumlahkan. Cara kerjanya juga hampir mirip dengan Full Adder, dan untuk outputnya terdiri atas Sum serta bit kelebihannya (Carry Out).

3. Paralel Adder

Untuk Paralel Adder rangkaiannya tersusun dari Half Adder pada bagian Least Significant Bit (LSB) dan pada bit – bit berikutnya terdiri dari rangkaian Full Adder. Proses penjumlahannya dilakukan mulai dari Least Significant Bit (LSB) dan kemudian sampai pada Most Significant Bit (MSB).

Tugas lain dari komponen ALU adalah melakukan keputusan operasi logika sesuai dengan instruksi program yang dikeluarkan. Operasi logika ini melibatkan dua buah komponen pembanding seperti sama dengan (=), tidak sama dengan (≠), lebih besar dari (>), lebih besar sama dengan dari (≥), kurang dari (<), kurang sama dengan dari (<). Semua tugas itu berperan besar dalam penggunaan setiap operasi dasar komputer.

Rangkaian Pada ALU

Membahas tentang rangkaian pada ALU maka kami lebih menekankan kepada pemahaman struktur – struktur yang ada pada komponen pendukung yang satu ini. Sebagai salah satu bagian dari CPU bukan berarti ALU bekerja sendiri. Masih ada bagian terkecil dari komponen ALU, dan inilah bagian paling vital dalam suatu sisitem.

Peran ALU dan komponen lainnya dalam CPU (prosessor)

Sudah dijelaskan sebelumnya bahwa ALU memiliki 2 fungsi utama yakni menjalankan perhitungan aritmatika dan melakukan fungsi dasar logika. Sudah dijelaskan pula bahwa sebagai bagian dari komponen CPU, ALU tidak bekerja sendiri. Suatu komponen bernama Control Unit (CU) yang ada pada Processor akan memberi perintah terlebih dahulu.

Selain Control Unit terdapat pula register, dan setiap komando atau perintah yang diberikan Control Unit harus sesuai dengan komando yang ada pada register. Register adalah bagian memori dari mikroprosessor yang dapat diakses dengan kecepatan tinggi. Apabila register memberikan perintah untuk menghitung penjumlahan maka secara otomatis komputer juga melakukan hal yang sama.

Setelah melewati proses perhitungan di ALU maka terbentuk hasil atau perintah selanjutnya yang juga berbentuk register. Selain berbentuk register, output atau hasil dari ALU juga berbentuk suatu flag yang biasa digunakan sebagai indikasi atau memberi tahu pada kita secara detail kondisi processor (mengalami overflow atau tidak). Hal ini berlaku juga untuk fungsi aritmatika lain ataupun operasi logika.

Pada dasarnya rangkaian pada ALU memang hanya terdiri atas gerbang AND dan OR serta rangkaian full adder. Di awal – awal ALU sudah mampu mengoperasikan 4 metode komputasi dasar yakni penjumlahan, pengurangan, perkalian dan pembagian. Namun mengiringi perkembangan fungsi mendorong peningkatan juga pada komponen dasar lainnya termasuk juga ALU.

Cara Kerja ALU adalah ???

ALU akan bekerja setelah mendapat perintah dari Control Unit yang terletak pada processor. Control 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 suatu perintah 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 dikenal 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 2′s complement. Metode 2′s 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, dengan sentuhan terakhir, kita tambahkan satu -> 11101101 + 00000001 = 11101110

Dengan metode 2′s complement, kedua masalah pada sign magnitude dapat diselesaikan dan komputer dapat menjalankan. Namun, pada 2′s complement, nilai -128 pada biner 8 bit tidak ditemukan karena akan terjadi irelevansi.

Bagikan ini: