BAHAN PRESENTASI MATA KULIAH SISTEM DIGITAL 2023

Disusun Oleh:
Aine Metasawa Zendrato NIM. 2110951042
Rhakasafiq Qasthalani Renindra NIM. 2110951044

Dosen Pengampu:
Dr. Darwison, S. T., M. T.
NIDN. 0014096406

Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik
Universitas Andalas
Padang

Referensi:
Anil K. Maini, 2007, ”Digital Electronics: Principles, Devices and Applications ”, John Wiley & Sons, Ltd
Wijaya W. N., 2006, ”Teknik Digital”, Erlangga, Jakarta
Roger, L. T., 2005, “Elektronika Digital”, Erlangga, Jakarta
Darwison, 2020, Teori, rancangan dan aplikasi sistem digital disertai simulasi dengan Proteus, Andalas University Press.

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1.1. TUJUAN [kembali]

Tujuan diadakannya pemaparan bahan presentasi melalui blog yakni sebagai berikut:

Menyelesaikan tugas mata kuliah Sistem Digital yang diberikan oleh Bapak Dr. Darwison, S. T., M. T. selaku dosen pengampu
Mendesain dan mensimulasikan rangkaian aritmetik dengan perangkat lunak Proteus
Menjelaskan, dan mengevaluasi rangkaian aritmetik
Mempelajari dan memahami definisi dan spesifikasi multipliers

2. KOMPONEN [kembali]

1. - IC 74284

IC 74284 adalah sebuah IC performa tinggi yang mengimplementasikan rangkaian internal TTL (Transistor transistor logic) yang digunakan untuk perkalian dua angka biner 4 bit secara paralel, maksud paralel disini adalah perkalian dua angka biner tersebut langung terjadi pada outputnya. Untuk karakteristik dari IC ini sendiri antara lain:

Berfungsi mengalikan dua buah angka biner 4 bit yang menghasilkan hasil angka biner 8 bit dengan kecepatan 40 ns
Dapat diperluas untuk N bit input n bit output, dengan salah satu contoh perkalian yang menghasilkan angka biner 16 bit (proses memerlukan waktu 70ns), dan perkalian 2 angka 16 bit yang membentuk ouptut angka biner 32 bit (memakan waktu sekitar 103ns).
Dapat digunakan di banyak aplikasi rangkaian TTL.
Terdapat dioda clamper pada input untuk menyederhanakan design dari sistem.

Pin out dari IC 74824 adalah sebagai berikut:

- - IC 74285

IC 74285 juga merupakan bagian keluarga IC 74000 (sama dengan IC 74284), ini mengimpliaksikan bahwa perbedaan yang dimiliki kedua IC ini tidak terlalu signifikan, yang membedakannya adalah pelabelan pada outputnya, yang dimana pada output IC 74285 dari Y0-Y3 sementara label output pada IC 74284 dari Y3-Y7. Pin out dari IC 74285 adalah sebagai berikut:

- Logic State, sebagai sebuah penanda, digunakan untuk mengatur input digital dari sebuah rangkaian maupun sistem digital

4 - Logic Probe, sebagai ouput dari sebuah sistem/ operasi yang melibatkan signal digital, unutk ouput dari logic probe ini hanya dua (sama dengan logic state), yakni 1 dan 0.

3. DASAR TEORI [kembali]

3. 1 Multiplier

Multiplier merupakan rangkaian elektronik yang terdiri dari serangkaian gerbang logika yang terhubung dalam suatu pola tertentu untuk menghasilkan hasil perkalian dari dua bilangan biner. Latar belakang dibuatnya multiplier adalah karena adanya operasi perkalian bilangan biner, di mana memanfaatkan operasi penjumlahan dan pergeseran yang berulang. Karena penambah biner dirancang untuk menjumlahkan hanya dua sekaligus dan jumlahnya diakumulasikan dalam pencatatan yang disebut accumulator register. Juga, ketika bit pengali adalah '0, produk yang sangat parsial itu diabaikan, karena semua garis '0' tidak mempengaruhi hasil akhir. Susunan perangkat keras yang tersusun atas multiplier biner semacam itu akan terdiri dari shift register untuk multiplikan dan multiplier para bit, accumulator register untuk menyimpan produk parsial, penambah paralel biner, dan generator pulsa jam untuk berbagai operasi waktu.

Secara matematisnya, fokus multiplier adalah perkalian angka biner. Metode perkalian angka biner mirip dengan metode perkalian angka decimal, dan pada beberapa situasi lebih mudah karena hanya menggunakan dua buah digit saja, yakni angka 1 dan angka 0. Tabel berikut menjelaskan skenario dari perkalian angka biner.

Input A	Input B	Perkalian AxB
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Misalkan terdapat 2 buah angka biner dengan angka biner 1010 (desimal 10) sebagai besar angka yang akan dikali, dan angka bner 1011 (desimal 11) sebagai pengali. Cara mengalikan angka biner ini sama seperti mengalikan angka desimal.

Dimulai dari LSB angka biner pengali (1) dikalikan ke masing - masing digit angka yang akan dikali, maka akan mengahsilkan 1011, ini disebut produk parsial pertama. digit sebelah kiri LSB pengali kemudian dikalikan dengan angka yang akan dikali, maka untuk hasilnya adalah 1011, pada perkalian kedua ini, peletakan angka hasil kalinya digeser ke kiri sebanyak 1 digit (shift 1 digit), lalu begitu seterusnya sampai menghasilkan n buah produk parsial sesuai dengan berapa bit angka biner tersebut. Untuk proses lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut.

Maka, angka menghasilkan angka biner 1101110 (110 dalam decimal, sesuai jika dikalikan dalam bentuk decimalnya 10 * 11 = 110).

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) memiliki beberapa standar yang berkaitan dengan perangkat multiplier dalam bidang elektronika. Standar-standar ini membantu memastikan kualitas dan kesesuaian perangkat multiplier dalam penggunaannya di berbagai aplikasi elektronik. Berikut adalah beberapa standar IEEE yang terkait dengan multiplier:

IEEE 175-1992 - Standard for Analog Multipliers: Standar ini memberikan definisi dan karakteristik teknis untuk multiplier analog. Standar ini mencakup persyaratan kinerja seperti respons transien, gain konstan pada frekuensi tinggi, dan kemampuan mengoperasikan sinyal AC dan DC.
IEEE 1076-2008 - Standard VHDL Language Reference Manual: Standar ini adalah referensi untuk bahasa pemrograman VHDL (Very High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language). VHDL digunakan untuk mendesain sirkuit elektronik, termasuk multiplier digital.
IEEE 754-2008 - Standard for Floating-Point Arithmetic: Standar ini mengatur format bilangan floating-point dan operasi matematika yang terkait, termasuk operasi perkalian. Standar ini berlaku untuk sistem komputasi yang menggunakan bilangan floating-point.
IEEE 1666-2011 - Standard SystemC Language Reference Manual: Standar ini adalah referensi untuk bahasa pemrograman SystemC, yang digunakan untuk mendesain dan memodelkan sistem perangkat keras. SystemC dapat digunakan untuk mendesain multiplier digital dan sistem lainnya.

Berdasarkan jenis sinyal, multiplier terbagi menjadi 2 kategori, yaitu analog multiplier dan digital multiplier. Secara umum, multiplier memiliki beberapa jenis, di antaranya:

Single Quadrant Multiplier,
Two Quadrant Multiplier,
Four Quadrant Multiplier,
Twin Pipe Serial/Parallel Multiplier,
Array Multiplier,
Wallace Tree Multiplier,
Booth Multiplier,
Modified Booth Multiplier,
Dadda Multipliert,
Vedic Multiplier,
Translinear Multiplier,
Logaritmic Multiplier,
CMOS Multiplier.

Kadang kita tidak menyadari bahwa multiplier kerap dipasang pada benda-benda sekitar guna membantu akitvitas sehari-hari dan Berikut adalah beberapa contoh pengaplikasian multiplier:

Penghitungan harga. Saat berbelanja di toko atau supermarket, kita seringkali melihat harga barang dalam bentuk pecahan desimal seperti 3,25 atau 5,75. Perhitungan harga tersebut mungkin dilakukan dengan menggunakan multiplier, dimana harga dasar barang dikalikan dengan angka pecahan desimal untuk mendapatkan harga akhir.
Penghitungan keuangan. Dalam keuangan pribadi, kita seringkali melakukan perhitungan untuk mengatur keuangan, seperti menghitung bunga tabungan atau pinjaman. Perhitungan tersebut mungkin dilakukan dengan menggunakan multiplier untuk menghitung jumlah bunga atau pokok pinjaman.
Penghitungan waktu. Kita juga sering menggunakan multiplier untuk menghitung waktu, misalnya saat mengonversi waktu dari satuan menit ke jam atau sebaliknya. Untuk menghitung waktu dalam bentuk pecahan, kita dapat menggunakan multiplier untuk mengalikan jumlah jam atau menit dengan angka desimal yang sesuai.
Pemrosesan sinyal. Pemrosesan sinyal adalah aplikasi yang sering menggunakan multiplier, misalnya dalam aplikasi musik atau radio. Proses pemrosesan sinyal mungkin melibatkan operasi perkalian untuk mengalikan sinyal dengan koefisien tertentu.Teknologi mobil. Banyak sistem dalam mobil modern menggunakan teknologi digital yang melibatkan penggunaan multiplier. Misalnya, sistem audio dan navigasi dapat menggunakan multiplier untuk mengolah sinyal audio atau data navigasi.
Komputasi ilmiah. Dalam ilmu pengetahuan dan teknik, penggunaan multiplier sangat umum dalam komputasi numerik. Beberapa contoh aplikasi yang memanfaatkan multiplier adalah simulasi numerik, peramalan cuaca, analisis statistik, dan sebagainya.
Kriptografi. Kriptografi adalah aplikasi lain yang sering menggunakan multiplier, misalnya dalam algoritma kriptografi seperti algoritma Rivest-Shamir-Adleman (RSA). Algoritma kriptografi ini menggunakan operasi perkalian dalam proses enkripsi dan dekripsi.

3.2 Encoder dan Decoder

Encoder dan decoder adalah dua konsep penting dalam bidang komunikasi dan pengolahan informasi. Kedua konsep ini digunakan dalam berbagai aplikasi seperti kompresi data, pengiriman pesan, pengolahan gambar, dan lain sebagainya.

Encoder adalah algoritma atau fungsi yang digunakan untuk mengubah suatu bentuk data menjadi bentuk lain yang lebih sesuai untuk pengolahan atau penyimpanan. Contohnya, dalam kompresi data, encoder digunakan untuk mengubah data asli menjadi format yang lebih efisien dan lebih ringkas, sehingga dapat dihemat ruang penyimpanan dan waktu pengiriman data.

Decoder, di sisi lain, adalah kebalikan dari encoder. Decoder digunakan untuk mengubah data yang sudah diubah oleh encoder menjadi bentuk aslinya. Misalnya, dalam dekompresi data, decoder digunakan untuk mengembalikan data yang sudah diubah oleh encoder menjadi bentuk aslinya yang dapat dibaca dan diproses oleh sistem atau perangkat lain.

Encoder dan decoder kerap dipakai dalam sistem komunikasi dan pengendalian dan berikut adalah beberapa contoh penggunaan encoder dan decoder dalam bidang elektro:

Pengendalian motor. Encoder digunakan dalam pengendalian motor untuk mengukur kecepatan dan posisi rotor. Encoder mengubah putaran motor menjadi sinyal digital yang dapat diproses oleh mikrokontroler atau sistem pengendalian lainnya. Sementara itu, decoder digunakan untuk mengubah sinyal digital menjadi informasi posisi dan kecepatan motor yang dapat digunakan dalam pengendalian.
Sistem komunikasi. Encoder dan decoder juga digunakan dalam sistem komunikasi, seperti pada modem atau transceiver. Encoder mengubah data digital menjadi bentuk sinyal analog yang dapat ditransmisikan melalui saluran komunikasi, seperti kabel atau gelombang radio. Sementara itu, decoder digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi data digital yang dapat diproses oleh sistem komputer atau perangkat lainnya.
Sistem kontrol industri. Encoder dan decoder digunakan dalam sistem kontrol industri untuk mengukur posisi, kecepatan, dan arah gerakan suatu objek. Encoder mengubah gerakan objek menjadi sinyal digital yang dapat diproses oleh sistem kontrol, sementara decoder digunakan untuk mengubah sinyal digital menjadi informasi posisi dan kecepatan objek yang diperlukan dalam pengendalian.
Sistem pengukuran. Encoder dan decoder juga digunakan dalam sistem pengukuran, seperti pada alat ukur posisi dan jarak. Encoder digunakan untuk mengubah gerakan objek menjadi sinyal digital yang dapat diproses oleh sistem pengukur, sementara decoder digunakan untuk mengubah sinyal digital menjadi informasi posisi atau jarak objek yang diukur.
IC atau chip yang terintegrasi. IC encoder biasanya dilengkapi dengan pulsa output yang dapat dihitung oleh mikrokontroler atau sistem elektronik lainnya, sedangkan IC decoder biasanya dilengkapi dengan input digital yang dapat diubah menjadi sinyal analog atau informasi lainnya yang diperlukan dalam pengolahan atau pengendalian.

3.3 Hubungan Multiplier dengan Encoder dan Decoder

Multiplier, encoder, dan decoder adalah konsep yang berbeda, tetapi dapat saling terkait dalam beberapa aplikasi.

Multiplier atau pengali adalah alat yang digunakan untuk melakukan operasi perkalian antara dua angka. Dalam beberapa aplikasi, multiplier dapat digunakan sebagai bagian dari encoder atau decoder untuk meningkatkan efisiensi dan kecepatan pemrosesan data.

Encoder adalah algoritma atau fungsi yang digunakan untuk mengubah suatu bentuk data menjadi bentuk lain yang lebih sesuai untuk pengolahan atau penyimpanan. Encoder dapat digunakan dalam sistem komunikasi atau pengolahan sinyal untuk mengubah data digital menjadi bentuk sinyal analog atau bentuk lain yang dapat ditransmisikan atau diproses lebih efisien. Dalam beberapa aplikasi, encoder dapat menggunakan multiplier untuk meningkatkan kecepatan pemrosesan data. Misalnya, dalam pengolahan sinyal digital, encoder dapat menggunakan multiplier untuk mengalikan data input dengan bobot yang dihasilkan dari proses pelatihan jaringan neural. Dalam hal ini, multiplier dapat meningkatkan kecepatan pemrosesan dan efisiensi pemakaian sumber daya.

Decoder, di sisi lain, adalah kebalikan dari encoder. Decoder digunakan untuk mengubah data yang sudah diubah oleh encoder menjadi bentuk aslinya. Decoder dapat digunakan dalam sistem komunikasi atau pengolahan sinyal untuk mengubah sinyal analog menjadi bentuk digital atau bentuk lain yang dapat diproses oleh sistem atau perangkat lainnya. Dalam beberapa aplikasi, decoder juga dapat menggunakan multiplier untuk meningkatkan kecepatan dan efisiensi pemrosesan data. Misalnya, dalam dekompresi data, decoder dapat menggunakan multiplier untuk mengembalikan data yang sudah diubah oleh encoder menjadi bentuk aslinya yang dapat dibaca dan diproses oleh sistem atau perangkat lainnya.

Dalam kesimpulannya, multiplier, encoder, dan decoder adalah konsep yang berbeda tetapi dapat saling terkait dalam beberapa aplikasi. Dalam beberapa aplikasi, encoder dan decoder dapat menggunakan multiplier untuk meningkatkan efisiensi dan kecepatan pemrosesan data.