Arsitektur dan Organisasi Komputer - Pertemuan 4

Rangkaian Kombinasional vs Sekuensial

Rangkaian digital dapat dibagi menjadi dua kategori utama: rangkaian kombinasional dan rangkaian sekuensial. Berikut adalah definisi singkat dari keduanya:

1. Rangkaian Kombinasional
   Rangkaian kombinasional adalah jenis rangkaian digital di mana output hanya bergantung pada input saat ini. Dalam rangkaian ini, tidak ada elemen memori, dan setiap perubahan pada input langsung mempengaruhi output. Rangkaian kombinasional terdiri dari gerbang logika yang dihubungkan untuk menghasilkan suatu fungsi logika tertentu. Contoh umum dari rangkaian kombinasional adalah decoder, multiplexer, dan adder.
2. Rangkaian Sekuensial
   Rangkaian sekuensial adalah jenis rangkaian digital di mana output bergantung pada input saat ini serta sejarah input sebelumnya. Rangkaian ini menggunakan elemen memori, seperti flip-flop, untuk menyimpan informasi pada setiap saat. Informasi ini kemudian digunakan untuk menghasilkan output pada waktu yang tepat. Rangkaian sekuensial digunakan untuk menghasilkan urutan logika, seperti rangkaian counter, register, dan sequencer.

Perbedaan utama antara rangkaian kombinasional dan rangkaian sekuensial adalah bahwa rangkaian kombinasional menghasilkan output berdasarkan input saat ini, sedangkan rangkaian sekuensial mempertahankan keadaan internal yang dapat mempengaruhi output di masa depan.

Contoh Penerapan Rangkaian Kombinasional dan Sekuansial Pada Komputer

Contoh rangkaian kombinasional pada komputer adalah ALU (Arithmetic Logic Unit), yang digunakan untuk melakukan operasi matematika dan logika pada data dalam prosesor. ALU menerima input dalam bentuk bit dan menghasilkan output berdasarkan fungsi matematika atau logika yang diberikan, seperti operasi penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan sebagainya.

Contoh rangkaian sekuensial pada komputer adalah register dan clock. Register adalah suatu jenis elemen memori yang digunakan untuk menyimpan data sementara dalam prosesor. Register dapat digunakan untuk menyimpan alamat memori, data, atau instruksi program. Sedangkan clock digunakan untuk mengatur urutan operasi dalam prosesor. Clock menghasilkan sinyal pulsa periodik yang digunakan untuk mengatur kecepatan prosesor dan sinkronisasi antara elemen sekuensial lainnya, seperti flip-flop. Dalam rangkaian sekuensial, informasi disimpan dalam register dan dikendalikan oleh clock untuk memastikan data diambil dan diproses pada waktu yang tepat.

Contoh Cara Kerja Rangkaian Kombinasional Full Adder

Rangkaian Full-Adder adalah jenis rangkaian kombinasional yang digunakan untuk melakukan operasi penjumlahan pada dua bilangan biner. Full-Adder menerima tiga input, yaitu dua bit input yang akan dijumlahkan (A dan B) dan carry-in (Cin) dari bit sebelumnya. Full-Adder kemudian menghasilkan dua output, yaitu hasil penjumlahan (S) dan carry-out (Cout) yang akan digunakan sebagai carry-in pada bit berikutnya.

Berikut adalah cara kerja rangkaian Full-Adder:

1. Input A dan B dimasukkan ke dalam XOR gate. XOR gate menghasilkan output berupa nilai 1 jika A dan B memiliki nilai yang berbeda, dan nilai 0 jika A dan B memiliki nilai yang sama.
2. Output dari XOR gate tersebut kemudian dimasukkan ke dalam sebuah AND gate bersamaan dengan Cin. AND gate menghasilkan output nilai 1 jika kedua input memiliki nilai 1, dan nilai 0 jika salah satu atau kedua inputnya bernilai 0.
3. Input A dan B juga dimasukkan ke dalam AND gate. AND gate ini menghasilkan output nilai 1 jika kedua inputnya memiliki nilai 1.
4. Output dari AND gate pada langkah 2 dan AND gate pada langkah 3 dijumlahkan menggunakan sebuah OR gate. OR gate menghasilkan output nilai 1 jika salah satu atau kedua inputnya bernilai 1.
5. Output dari OR gate merupakan nilai carry-out (Cout), yaitu carry yang akan digunakan pada bit berikutnya.
6. Input A dan B yang telah diolah pada langkah 1 dan 2 kemudian dimasukkan ke dalam sebuah half-adder. Half-adder adalah sebuah rangkaian logika kombinasional yang menghasilkan output berupa hasil penjumlahan dua bit, tanpa memperhitungkan carry.
7. Carry-out (Cout) yang dihasilkan pada langkah 4 dimasukkan ke dalam sebuah OR gate bersamaan dengan hasil penjumlahan (S) yang dihasilkan oleh half-adder pada langkah 6. OR gate menghasilkan output nilai 1 jika salah satu atau kedua inputnya bernilai 1.
8. Output dari OR gate pada langkah 7 merupakan hasil penjumlahan (S) dari dua input A dan B, ditambah dengan carry-in (Cin) dari bit sebelumnya.

Dengan demikian, rangkaian Full-Adder menghasilkan dua output yaitu hasil penjumlahan (S) dan carry-out (Cout) yang akan digunakan pada bit berikutnya. Full-Adder digunakan pada rangkaian ripple-carry adder yang digunakan untuk melakukan operasi penjumlahan pada bilangan biner dengan lebih dari satu bit.

Contoh Cara Kerja Rangkaian Sekuensial Flip-Flop

Rangkaian flip-flop merupakan jenis rangkaian sekuensial yang digunakan untuk menyimpan informasi digital (nilai bit) dalam waktu yang lama. Flip-flop terdiri dari beberapa gerbang logika dan memiliki dua output, yaitu output saat ini (Q) dan output sebelumnya (Qn atau Q-bar). Berikut adalah penjelasan tentang cara kerja rangkaian flip-flop:

1. Input dari flip-flop adalah clock pulse atau sinyal clock, yaitu sinyal pulsa periodik yang digunakan untuk mengatur kecepatan operasi dalam flip-flop. Sinyal clock digunakan untuk men-trigger atau memicu flip-flop agar melakukan operasi membaca atau menulis data.
2. Input data (D) dimasukkan ke dalam flip-flop. Nilai bit ini akan disimpan dalam flip-flop dan diubah sesuai dengan operasi yang dilakukan.
3. Sinyal clock dihubungkan ke input gerbang logika dalam flip-flop. Gerbang logika tersebut digunakan untuk mengatur apakah nilai bit pada input data (D) akan disimpan (dalam keadaan hold) atau diubah (dalam keadaan write) saat terjadi sinyal clock.
4. Pada saat sinyal clock muncul, gerbang logika dalam flip-flop akan memeriksa input data (D) dan menentukan apakah nilai bit tersebut akan disimpan atau diubah. Jika gerbang logika memutuskan untuk menulis data, maka nilai bit pada input data (D) akan disimpan ke dalam flip-flop. Jika gerbang logika memutuskan untuk menahan atau hold data, maka nilai bit pada output flip-flop akan tetap sama.
5. Setelah sinyal clock hilang, flip-flop akan tetap menyimpan nilai bit pada output sebelumnya (Qn atau Q-bar) sampai terjadi sinyal clock berikutnya. Pada saat terjadi sinyal clock berikutnya, nilai bit pada output akan diperbarui sesuai dengan nilai bit pada input data (D) saat terjadi sinyal clock tersebut.

Dalam pengoperasiannya, flip-flop dapat digunakan untuk membangun rangkaian digital yang lebih kompleks, seperti register, counter, dan memori. Flip-flop juga digunakan dalam rangkaian kontrol dalam komputer dan sistem digital lainnya.