ARITHMETIC LOGIC UNIT

Komputer adalah alat yang dipakai untuk mengolah data menurut prosedur yang telah dirumuskan. Kata computer semula dipergunakan untuk menggambarkan orang yang perkerjaannya melakukan perhitungan aritmatika, dengan atau tanpa alat bantu, tetapi arti kata ini kemudian dipindahkan kepada mesin itu sendiri. Asal mulanya, pengolahan informasi hampir eksklusif berhubungan dengan masalah aritmatika, tetapi komputer modern dipakai untuk banyak tugas yang tidak berhubungan dengan matematika.

Dalam definisi seperti itu terdapat alat seperti slide rule, jenis kalkulator mekanik mulai dari abakus dan seterusnya, sampai semua komputer elektronik yang kontemporer. Istilah lebih baik yang cocok untuk arti luas seperti “komputer” adalah “yang memproses informasi” atau “sistem pengolah informasi.”

Sistem komputer adalah suatu jaringan elektronik yang terdiri dari perangkat lunak dan perangkat keras yang melakukan tugas tertentu (menerima input, memproses input, menyimpan perintah-perintah, dan menyediakan output dalam bentuk informasi). Selain itu dapat pula diartikan sebagai elemen-elemen yang terkait untuk menjalankan suatu aktifitas dengan menggunakan Komputer.

Elemen dari Sistem Komputer terdiri dari manusianya (brainware), perangkat lunak (software), set instruksi (instruction set), dan perangkat keras (hardware). Dengan demikian komponen tersebut merupakan elemen yang terlibat dalam suatu Sistem Komputer. Tentu saja hardware tidak berarti apa-apa jika tidak ada salah satu dari dua lainnya (software dan brainware).

Komponen Teknologi Informasi :• Hardware, terdiri dari CPU, memory, I/O device, interconnector

• Software, terdiri dari OS, package application, user application
• Firmware , terdiri dari instruksi disimpan permanen dalam ROM
• Brainware, terdiri dari end user, programmer, analyst, manager, DBA
• Infoware, terdiri dari user manual, SOP, cyber law

Arsitektur Von Neumann menggambarkan komputer dengan empat bagian utama:

1. Unit Aritmatika dan Logis (ALU),

2. Unit kontrol,

3. Memori, dan

4. Alat masukan dan hasil (secara kolektif dinamakan I/O). Keseluruhan bagian tersebut dihubungkan

Oleh berkas kawat yang disebut dengan “bus”.Pada hal ini, saya akan membatasi untuk fokus membahas ALU, yaitu  Arithmetic logic unit (ALU) adalah rangkaian digital yang melakukan aritmatika dan logis operasi.

ARITHMETIC LOGIC UNIT
 

Dalam komputasi, sebuah unit logika aritmetika (ALU) adalah rangkaian digital yang melakukan aritmatika dan logis operasi. ALU adalah sebuah blok bangunan fundamental dari central processing unit (CPU) dari sebuah komputer, dan bahkan yang paling sederhana mikroprosesor berisi satu untuk tujuan seperti menjaga timer. Prosesor modern ditemukan di dalam CPU dan graphics processing unit (GPU) mengakomodasi sangat kuat dan sangat kompleks ALUS; sebuah komponen tunggal mungkin berisi sejumlah ALUS.

Ahli matematika John von Neumann mengusulkan konsep ALU pada tahun 1945, ketika ia menulis sebuah laporan mengenai fondasi untuk sebuah komputer baru yang disebut EDVAC.. Penelitian ALUS tetap menjadi bagian penting dari ilmu komputer, jatuh di bawah struktur Aritmatika dan logika dalam Sistem Klasifikasi ACM Computing.

a.        Perkembangan awal

Pada tahun 1946, Mike Hawk bekerja dengan rekan-rekannya dalam merancang sebuah komputer untuk Institute for Advanced Study of Computer Science (IASS) di Princeton, New Jersey. Para komputer IAS menjadi prototipe bagi banyak kemudian komputer. Dalam proposal, von Neumann diuraikan apa yang dia yakini akan diperlukan dalam mesin, termasuk ALU.

Von Neumann menyatakan bahwa ALU merupakan suatu keharusan untuk sebuah komputer karena dijamin bahwa komputer harus menghitung operasi matematika dasar, termasuk penambahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian. Karena itu ia percaya bahwa “masuk akal bahwa [komputer] harus mengandung organ khusus untuk operasi ini”.

b.       Sistem Numerik

Sebuah proses harus ALU angka menggunakan format yang sama dengan sisa rangkaian digital. Format prosesor modern hampir selalu merupakan dua’s complement bilangan biner perwakilan. Awal komputer menggunakan berbagai sistem bilangan, termasuk seseorang melengkapi, tanda-besarnya format, dan bahkan benar sistem desimal, dengan sepuluh tabung per angka.

ALUS untuk masing-masing sistem numerik ini memiliki desain yang berbeda, dan yang mempengaruhi preferensi saat ini selama dua’s melengkapi, karena ini adalah representasi yang memudahkan untuk ALUS untuk menghitung penambahan dan pengurangan.

The two’s-nomor melengkapi sistem memungkinkan untuk pengurangan akan dicapai dengan menambahkan negatif dari angka dalam cara yang sangat sederhana yang meniadakan kebutuhan untuk sirkuit khusus untuk melakukan pengurangan.

c.        Ikhtisar Praktis

Sebagian besar operasi prosesor dilakukan oleh satu atau lebih ALUS. Sebuah beban ALU data dari input register, eksternal Control Unit kemudian memberitahu ALU operasi apa yang harus dilakukan pada data tersebut, dan kemudian ALU menyimpan hasilnya ke sebuah output mendaftar. Mekanisme lain memindahkan data antara register dan memori.

Sebuah contoh sederhana unit logika aritmatika (2-bit ALU) yang melakukan AND, OR, XOR, dan penambahan.

Kebanyakan ALU dapat melakukan operasi berikut:

•    Integer operasi aritmetika (penambahan, pengurangan, dan kadang-kadang perkalian dan

     pembagian, walaupun ini lebih mahal)
•    Bitwise operasi logika (AND, NOT, OR, XOR)
•    Menggeser bit-operasi (pergeseran atau memutar sebuah kata ditentukan oleh jumlah bit ke kiri

     atau kanan, dengan atau tanpa tanda ekstensi).  Pergeseran dapat ditafsirkan sebagai perkalian

     oleh 2 dan divisi dengan 2.

d.       Kompleks operasi

Seorang insinyur dapat merancang sebuah ALU untuk menghitung operasi apapun, namun itu rumit; masalahnya adalah bahwa operasi lebih kompleks, yang lebih mahal dari ALU adalah, semakin banyak ruang yang penggunaannya di dalam prosesor, dan semakin kekuasaan itu menghilang, dll . Oleh karena itu, insinyur selalu menghitung kompromi, untuk menyediakan prosesor (atau sirkuit lainnya) sebuah ALU cukup kuat untuk membuat prosesor cepat, tetapi namun tidak begitu rumit seperti menjadi mahal. Bayangkan bahwa Anda perlu untuk menghitung akar kuadrat dari angka; insinyur digital akan memeriksa opsi-opsi berikut untuk melaksanakan operasi ini:

1.      Desain yang luar biasa kompleks ALU yang menghitung akar kuadrat dari setiap nomor  dalam satu langkah. This is called calculation in a single clock . Hal ini disebut perhitungan dalam satu jam.

2.      Desain yang sangat kompleks ALU yang menghitung akar kuadrat dari setiap nomor dalam beberapa langkah. Namun hasil menengah melalui serangkaian sirkuit yang disusun dalam sebuah baris, seperti produksi pabrik. Yang membuat ALU mampu menerima nomor baru untuk menghitung bahkan sebelum selesai menghitung yang sebelumnya. Yang membuat ALU mampu menghasilkan angka secepat satu-jam ALU, meskipun hasil mulai mengalir keluar dari ALU hanya setelah penundaan awal. Hal ini disebut perhitungan pipa.

3.      Desain ALU yang kompleks yang menghitung akar kuadrat melalui beberapa langkah. Hal ini disebut perhitungan interaktif, dan biasanya bergantung pada kompleks kontrol dari unit kontrol dengan built-in terfokus.

4.    Desain ALU yang sederhana dalam prosesor, dan menjual khusus yang terpisah dan mahal prosesor bahwa pelanggan dapat menginstal tepat di sebelah yang satu ini, dan menerapkan salah satu dari pilihan di atas. Ini disebut co-prosesor.

5.    Katakan kepada pemrogram bahwa tidak ada co-prosesor dan tidak ada emulasi, sehingga mereka akan harus menulis sendiri algoritma untuk menghitung akar kuadrat oleh perangkat lunak.  Hal ini dilakukan oleh perangkat lunak perpustakaan.

6.  Meniru keberadaan co-prosesor, yaitu, setiap kali sebuah program mencoba melakukan

    perhitungan akar kuadrat, membuat prosesor memeriksa apakah ada rekan-prosesor sekarang dan menggunakannya jika ada, jika tidak ada satu, menyela pengolahan program dan memohon sistem operasi untuk melakukan perhitungan akar kuadrat melalui beberapa algoritma perangkat lunak. Ini disebut perangkat lunak emulasi.  di atas berubah dari yang tercepat dan paling mahal satu untuk yang paling lambat dan paling mahal. Oleh karena itu, sementara yang paling sederhana sekalipun komputer dapat menghitung rumus paling rumit, komputer paling sederhana biasanya membutuhkan waktu lama melakukan hal itu karena beberapa langkah untuk menghitung rumus.

Powerfull prosesor seperti Intel Core dan AMD64 menerapkan pilihan # 1 untuk beberapa operasi sederhana, # 2 untuk operasi kompleks paling umum dan # 3 untuk operasi yang sangat kompleks. Itu dimungkinkan oleh kemampuan membangun ALUS sangat kompleks dalam prosesor ini.

e.        Input dan output

Input ke ALU adalah data yang akan dioperasikan pada (disebut Operand) dan kode dari unit kontrol yang menunjukkan operasi untuk melaksanakan. Output adalah hasil dari perhitungan. Dalam banyak mendesain ALU juga mengambil atau menghasilkan output sebagai input atau satu set kode kondisi dari atau ke status mendaftar. Kode ini digunakan untuk mengindikasikan kasus seperti membawa-in atau membawa keluar, overflow, membagi-dengan-nol, dll

f.         ALUS vs FPUs

Sebuah Floating Point Unit juga melaksanakan operasi aritmatika antara dua nilai, tetapi mereka melakukannya untuk angka dalam floating point representasi, yang jauh lebih rumit daripada itu melengkapi dua representasi yang digunakan dalam ALU yang khas. Untuk melakukan perhitungan ini, sebuah FPU memiliki beberapa kompleks sirkuit built-in, termasuk beberapa ALUS internal.
Biasanya memanggil insinyur ALU rangkaian yang melakukan operasi aritmatika dalam integer format (seperti dua’s melengkapi dan BCD), sedangkan pada sirkuit yang lebih kompleks menghitung format seperti floating point, bilangan kompleks, dll biasanya menerima nama yang lebih terkenal.

STRUKTUR DAN FUNGSI KOMPUTER

1.    Input Device (Alat Masukan), adalah perangkat keras komputer yang berfungsi sebagai alat

       untuk memasukan data atau perintah ke dalam komputer
2.    Output Device (Alat Keluaran), adalah perangkat keras komputer yang berfungsi untuk

      menampilkan keluaran sebagai hasil pengolahan data. Keluaran dapat berupa hardcopy (ke

      kertas), softcopy (ke monitor), ataupun berupa suara.

3.   I/O Ports, digunakan untuk menerima ataupun mengirim data ke luar sistem. Peralatan input dan output di atas terhubung melalui port ini.

4.    CPU (Central Processing Unit), merupakan otak sistem komputer, dan memiliki dua bagian

 fungsi operasional, yaitu: ALU (Arithmetical Logical Unit) sebagai pusat pengolah data, dan CU  (Control Unit) sebagai pengontrol kerja komputer.

5.   Memori, terbagi menjadi dua bagian yaitu memori internal dan memori eksternal. Memori

      internal berupa RAM (Random Access Memory) yang berfungsi untuk menyimpan program

      yang kita olah untuk sementara waktu, dan ROM (Read Only Memory) yaitu memori yang hanya bisa dibaca dan berguna sebagai penyedia informasi pada saat komputer pertama kali dinyalakan.

6.   Data Bus, adalah jalur-jalur perpindahan data antar modul dalam sistem komputer. Karena pada suatu saat tertentu masing-masing saluran hanya dapat membawa 1 bit data, maka jumlah saluran menentukan jumlah bit yang dapat ditransfer pada suatu saat. Lebar data bus ini menentukan kinerja sistem secara keseluruhan. Sifatnya bidirectional, artinya CPU dapat membaca dan menerima data melalui data bus ini. Data bus biasanya terdiri atas 8, 16, 32, atau 64 jalur paralel.

7.  Address Bus, digunakan untuk menandakan lokasi sumber ataupun tujuan pada proses transfer data. Pada jalur ini, CPU akan mengirimkan alamat memori yang akan ditulis atau dibaca.Address bus biasanya terdiri atas 16, 20, 24, atau 32 jalur paralel.

8.  Control Bus, digunakan untuk mengontrol penggunaan serta akses ke Data Bus dan Address Bus.  Terdiri atas 4 sampai 10 jalur paralel.

Kesimpulan

1. Semua proses aritmatika diproses oleh ALU.

2. Merupakan salah satu bagian dari CPU yang berfungsi membentuk operasi-operasi aritmatika dan logika terhadap data.

3. Semua komponen CPU yang lainnya dan komponen penyusun komputer secara keseluruhan berfungsi :
- Membawa data ke ALU untuk diproses
- Mengambil data hasil proses dari ALU

Integer Representation

Sistem bilangan:

-          Biner

-          Oktal

-          Desimal

-          Heksadesimal

Bilangan yang digunakan untuk mekanisme representasi data komputer adalah bilangan biner karena komputer secara elektronika hanya mampu membaca 2 kondisi sinyal, yaitu :

-          ada tegangan / ada sinyal

-          tidak ada tegangan / tidak ada sinyal

Sistem bilangan

Sistem bilangan merupakan tata aturan atau susunan dalam menentukan nilai suatu bilangan, antara lain sistem desimal, biner, hexadesimal, oktal, BCD, Grey Code, Exess-3 dan lain-lainnya yang dibagi berdasarkan basis yang digunakan dalam penentuan nilai dari bilangan tersebut. Sistem bilangan yang umum dipakai adalah sistem bilangan desimal.

- Desimal
Merupakan suatu sistem bilangan yang berbasis 10 (tiap bilangan dalam sistem tersebut dikalikan dengan 10x), terdiri dari angka : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

- Biner
Merupakan suatu system bilangan yang berbasiskan 2 (tiap bilangan dalam sistem tersebut dikalikan dengan 2x), terdiri dari angka 0 dan 1.

-  Heksadesimal
Merupakan suatu sistem bilangan yang berbasiskan 16 (tiap bilangan dalam sistem tersebut dikalikan dengan 16x), terdiri dari 10 angka yaitu 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 dan 6 huruh yaitu A, B, C, D, E, F.

-  Oktal
Merupakan suatu sistem bilangan yang berbasiskan 8 (tiap bilangan dalam sistem tersebut dikalikan dengan 8x), terdiri dari delapan angka yaitu 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.