Gerbang Logika Dasar
Gerbang logika akan kita gunakan untuk operasi bilangan biner , sehingga timbul istilah gerbang logika biner. Setiap orang yang bekerja dibidang elektronika digital memahami dan menggunkan gerbang logika biner setiap hari. Ingat, gerbang logika merupakan blok bangunan untuk komputer yang paling rumit sekalipun. Gerbang logika dapat tersusun dari saklar sederhana, relay, transistor, diode atau IC. Oleh penggunaannya yang sangat luas, dan harganya yang rendah, IC akan kita gunakanuntuk menyusun rangkaian digital. Jenis atau variasi dari gerbang logika yang tersedia dalam semua kelompok logika termasuk TTL dan CMOS.v Konsep dan fungsi Gerbang Logika Dasar
Ada beberapa operasi-operasi dasar pada suatu rangkaian logika dan untuk menunjukkan suatu perilaku dari operasi-operasi tersebut biasanya ditunjukkan dengan menggunakan suatu tabel kebenaran. Tabel kebenaran berisi statemen- statemen yang hanya berisi:
- Benar yang dilambangkan dengan huruf “T” kependekan dari “True” atau bisa juga dilambangkan dengan angka 1. atau
- Salah yang dilambangkan dengan huruf “F” kependekan dari “False” atau bisa juga dilambangkan dengan angka 0.
- A. Gerbang OR
Bila salah satu sakelar A atau B ditutup, maka lampu L1 akan menyala. Sebuah tabel kebenaran dari gerbang OR dapat digambarkan berdasarkan kombinasi dari sakelar A dan B seperti ditunjukkan pada Tabel diatas.
INPUT
|
OUTPUT
|
|
A
|
B
|
L1
|
0
terbuka |
0
terbuka |
0
padam |
1
tertutup |
0
terbuka |
1
menyala |
0
terbuka |
1
tertutup |
1
menyala |
1
tertutup |
1
tertutup |
1
menyala |
Tabel. Tabel Kebenaran Gerbang OR
Sebuah gerbang OR dapat terdiri lebih dari dua saluran masukan. Sebagai contoh, sebuah gerbang OR terdiri dari tiga saluran masukan seperti simbol logika yang ditunjukkan oleh gambar dan pada tabel kebenarannya. Namun berapapun jumlah saluran masukan yang d imiliki oleh sebuah gerbang OR, maka tetap memiliki prinsip kerja yang sama, dimana bahwa kondisi keluarannya akan 1 bila salah satu atau semua saluran masukannya berlogika 1.
Gambar. Simbol Gebang OR dengan tiga saluran masukan
INPUT
|
OUTPUT | ||
A |
B
|
C
|
X
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
Tabel. Tabel Kebenaran Gerbang OR dengan tiga saluran masukan
Suatu rangkaian diskrit yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini merupakan sebuah rangkaian gerbang OR yang dibangun menggunakan dua buah dioda dan sebuah resistor dan menggunakan sinyal biner
- B. Gerbang AND
Sakelar A dan B harus berada pada kondisi tertutup guna menyalakan lampu L1. Dalam rangkaian logika, kita gunakan notasi-notasi yang telah umum guna menunjukkan kondisi-kondisi yang ada seperti berikut: Sakelar tertutup(= 1); Sakelar terbuka (= 0) Lampu menyala (=1); Lampu padam (= 0)
INPUT
|
OUTPUT
|
|
A
|
B
|
L1
|
0
terbuka
|
0
terbuka
|
0
padam
|
1
tertutup
|
0
terbuka
|
0
padam
|
0
terbuka
|
1
tertutup
|
0
padam
|
1
tertutup
|
1
tertutup
|
1
menyala
|
Tabel . Tabel Kebenaran Gerbang AND
Perhatikan Tabel Kebenaran tersebut bahwa L1=1 hanya apabila kondisi A dan B = 1. Total kombinasi yang memungkinkan adalah 2N, dimana N merupakan jumlah input, dalam hal ini maka N = 2 sehingga 22 = 4.
Suatu simbol logika digunakan untuk menunjukkan sebuah gerbang AND seperti terlihat pada gambar dibawah ini.
Suatu rangkaian diskrit yang ditunjukkan pada dibawah ini merupakan sebuah rangkaian gerbang AND yang dibangun menggunakan dua buah dioda dan sebuah resistor dan menggunakan sinyal biner. Sebelum kita melakukan percobaan rangkaian ini, kita harus ingat harga-harga suatu nilai logika. Untuk rangkaian TTL yang menggunakan Vcc sebesar 5,0 V, maka nilai logika 1 berada antara 2,4 V s/d 5,0 V, dan untuk nilai logika 0 berada antara0 V (ground) s/d 0,8 V. Sedangkan harga tegangan antara 0,8V s/d 2,4V disebut sebagai kondisi yang tidak diperbolehkan (invalid). Keadaan logika 1 juga ditunjukkan sebagai keadaan tinggi, high, hi, H, 1, benar atau ya. Sedangkan keadaan logika 0 ditunjukkan sebagai keadaan rendah, low, lo, L, 0, salah atau tidak. Sekarang perhatikan gambar dibawah ini.
- C. Gerbang NOT
Bila sakelar masukan A dihubungkan ke logika 1 (+Vcc), maka transistor akan konduksi sehingga akan ada arus mengalir dari Vcc melalui R2 dan titik C-E transistor dan selanjutnya menuju ground. Dengan demikian maka pada titik C akan berada pada kondisi rendah (VC-E). Tetapi bila sakelar masukan A dihubungkan ke ground, maka transistor berada pada kondisi OFF/terbuka , sehingga titik C akan berada pada kondisi tinggi (Vcc).
Sebuah simbol gerbang NOT ditunjukkan pada gambar dibawah ini sedangkan tab el kebenaran untuk fungsi NOT ditunjukkan pada table disampingnya.
|
||
INPUT
|
OUTPUT
|
|
A
|
Y
|
|
0 | 1 | |
1 | 0 | |
Tabel . Tabel Kebenaran Gerbang NOT
|
- D. Gerbang NOR
INPUT
|
OUTPUT
|
|
A
|
B
|
C
|
0
terbuka
|
0
terbuka
|
1
menyala
|
0
terbuka
|
1
tertutup
|
0
padam
|
1
tertutup
|
0
terbuka
|
0
padam
|
1
tertutup
|
1
tertutup
|
0
padam
|
Tabel. Tabel Kebenaran Gerbang NOR
Berdasarkan tabel kebenaran diatas tersebut dapat disimpulkan bahwa keluaran gerbang NOR akan 1 bila semua saluran masukannya mendapatkan logika 0.
Untuk gerbang NOR yang memiliki saluran masukan lebih dari dua buah, mempunyai operasi yang sama. Simbol gerbang NOR dengan tiga saluran masukan ditunjukkan oleh gambar dibawah ini.
Tabel kebenaran untuk gerbang NOR dengan tiga saluran masukan ditunjukkan oleh tabel kebenaran dibawah ini.
INPUT
|
OUTPUT
|
||
A
|
B
|
C
|
F
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
Tabel. Tabel Kebenaran Gerbang NOR dengan tiga saluran masukan.
Gerbang Logika Dasar
- E. Gerbang NAND
Berdasarkan prinsip kerja dari gambar diatas . maka dapat ditentukan tabel kebenaran gerbang NAND seperti ditunjukkan pada tabel dibawah ini.
INPUT
|
OUTPUT
|
|
A
|
B
|
L1
|
0
terbuka
|
0
terbuka
|
1
menyala
|
0
terbuka
|
1
tertutup
|
1
Menyala
|
1
tertutup
|
0
terbuka
|
1
Menyala
|
1
tertutup
|
1
tertutup
|
0
Padam
|
Tabel. Tabel Kebenaran Gerbang NAND
Untuk gerbang NAND yang memiliki saluran masukan lebih dari dua buah, mempunyai operasi yang sama. Simbol gerbang NAND dengan tiga saluran masukan ditunjukkan oleh gambar dibawah ini
Tabel kebenaran untuk gerbang NAND dengan tiga saluran masukan ditunjukkan oleh tabel dibawah ini.
INPUT
|
OUTPUT
|
||
A
|
B
|
C
|
F
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
0
|
1
1
|
0
1
|
1
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
Tabel. Tabel Kebenaran Gerbang NAND dengan tiga saluran masukan.
- F. Gerbang X-OR
|
|||
INPUT
|
OUTPUT
|
||
A
|
B
|
Y
|
|
0
|
0
|
0
|
|
0
|
1
|
1
|
|
1
|
0
|
1
|
|
1
|
1
|
0
|
|
Tabel. Tabel Kebenaran Gerbang X-OR
|
- G. Gerbang X-NOR
|
|||||||||||||||
INPUT
|
OUTPUT | ||||||||||||||
A
|
B
|
Y
|
|||||||||||||
0
|
0
|
1
|
|||||||||||||
0
|
1
|
0
|
|||||||||||||
1
|
0
|
0
|
|||||||||||||
1
|
1
|
1
|
|||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||
Tabel. Tabel Kebenaran Gerbang X-NOR
|
Aljabar Boolean adalah aljabar logika. Sifat biner proposisi / dalil logis (TRUE or FALSE) menunjukkan mempunyai aplikasi dalam komputasi yang di pelopori oleh George Boole.
Proposisi
- PROPOSISI (dalil) adalah pernyataan yg mungkin bisa TRUE atau FALSE
“p” kependekan dari proposisi “Anda membaca buku ini” = TRUE
- Pertanyaan dan ekslamasi bukanlah proposisi
Siapakah Anda ? = bukan proposisi
Negasi
- NEGASI (sangkalan) akan menghasilkan proposisi (p) yg TRUE apabila p FALSE, atau sebaliknya.
- Negasi p ditulis dgn simbol p (ada garis diatasnya)
“p” adalah proposisi “Anda sedang membaca buku”
“q” adalah proposisi “Anda tidak sedang membaca buku”
- Misalkan terdapat
- Sebuah operator uner: ’.
- B : himpunan yang didefinisikan pada opeartor +, ×, dan ’
- 0 dan 1 adalah dua elemen yang berbeda dari B.
Tupel
(B, +, ×, ’)disebut aljabar Boolean jika untuk setiap a, b, c Î B berlaku aksioma-aksioma atau postulat Huntington berikut:
1. Closure: (i) a + b Î B
(ii) a × b Î B
2. Identitas: (i) a + 0 = a
(ii) a × 1 = a
3. Komutatif: (i) a + b = b + a
(ii) a × b = b . a
4. Distributif: (i) a × (b + c) = (a × b) + (a × c)
(ii) a + (b × c) = (a + b) × (a + c)
5. Komplemen[i]
(ii) a × a’ = 0
- Untuk mempunyai sebuah aljabar Boolean, harus diperlihatkan:
- Elemen-elemen himpunan B,
- Kaidah operasi untuk operator biner dan operator uner,
- Memenuhi postulat Huntington.
Gerbang Logika Dasar
- A. Aljabar Boolean Dua-Nilai
- B = {0, 1}
- operator biner, + dan ×
- operator uner, ’
- Kaidah untuk operator biner dan operator uner:
A
|
b
|
a × b
|
|
a
|
b
|
a + b
|
|
a
|
a’
|
0 | 0 |
0
|
0 | 0 |
0
|
0
|
1
|
||
0 | 1 |
0
|
0 | 1 |
1
|
1
|
0
|
||
1 | 0 |
0
|
1 | 0 |
1
|
||||
1 | 1 |
1
|
1 | 1 |
1
|
Tabel. Tabel Operator Biner
Cek apakah memenuhi postulat Huntington:
- Closure : jelas berlaku
- Identitas: jelas berlaku karena dari tabel dapat kita lihat bahwa:
(ii) 1 × 0 = 0 × 1 = 0
- Komutatif: jelas berlaku dengan melihat simetri tabel operator biner.
- Distributif:
dengan membentuk tabel kebenaran:
a
|
b
|
c
|
b + c
|
a × (b + c)
|
a × b
|
a × c
|
(a × b) + (a × c)
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
Tabel. Tabel Aljabar Boolean Dua-Nilai
(ii) Hukum distributif a + (b × c) = (a + b) × (a + c) dapat ditunjukkan benar dengan membuat tabel kebenaran dengan cara yang sama seperti (i).
- Komplemen: jelas berlaku karena Tabel 7.3 memperlihatkan bahwa:
(ii) a × a = 0, karena 0 × 0’= 0 × 1 = 0 dan 1 × 1’ = 1 × 0 = 0
Karena kelima postulat Huntington dipenuhi, maka terbukti bahwa B = {0, 1} bersama-sama dengan operator biner + dan × operator komplemen ‘ merupakan aljabar Boolean.
1) Ekspresi Boolean
Misalkan (B, +, ×, ’) adalah sebuah aljabar Boolean. Suatu ekspresi Boolean dalam (B, +, ×, ’) adalah:
(i) setiap elemen di dalam B,
(ii) setiap peubah,
(iii) jika e1 dan e2 adalah ekspresi Boolean, maka e1 + e2, e1 × e2, e1’ adalah ekspresi
Boolean
Contoh:
0
1
a
b
c
a + b
a × b
a’× (b + c)
a × b’ + a × b × c’ + b’, dan sebagainya
Mengevaluasi Ekspresi Boolean
- Contoh: a’× (b + c)
0’× (1 + 0) = 1 × 1 = 1
- Dua ekspresi Boolean dikatakan ekivalen (dilambangkan dengan ‘=’) jika keduanya mempunyai nilai yang sama untuk setiap pemberian nilai-nilai kepada n peubah.
a × (b + c) = (a . b) + (a × c)
Contoh. Perlihatkan bahwa a + a’b = a + b .
Penyelesaian:
a
|
b
|
a’
|
a’b
|
a + a’b
|
a + b
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
- Perjanjian: tanda titik (×) dapat dihilangkan dari penulisan ekspresi Boolean, kecuali jika ada penekanan:
(ii) a + bc = (a + b) (a + c)
(iii) a × 0 , bukan a0
2) Prinsip Dualitas
Misalkan S adalah kesamaan (identity) di dalam aljabar Boolean yang melibatkan operator +, ×, dan komplemen, maka jika pernyataan S* diperoleh dengan cara mengganti
× dengan +
+ dengan ×
0 dengan 1
1 dengan 0
dan membiarkan operator komplemen tetap apa adanya, maka kesamaan S* juga benar. S* disebut sebagai dual dari S.
Contoh.
(i) (a × 1)(0 + a’) = 0 dualnya (a + 0) + (1 × a’) = 1
(ii) a(a‘ + b) = ab dualnya a + a‘b = a + b
3) Hukum-hukum Aljabar Boolean
1. Hukum identitas:
(i) a + 0 = a (ii) a × 1 = a |
2. Hukum idempoten:
(i) a + a = a (ii) a × a = a |
3. Hukum komplemen:
(i) a + a’ = 1 (ii) aa’ = 0 |
4. Hukum dominansi:
(i) a × 0 = 0 (ii) a + 1 = 1 |
5. Hukum involusi:
(i) (a’)’ = a |
6. Hukum penyerapan (absorbsi):
(i) a + ab = a (ii) a(a + b) = a |
7. Hukum komutatif:
(i) a + b = b + a (ii) ab = ba |
8. Hukum asosiatif:
(i) a + (b + c) = (a + b) + c (ii) a (b c) = (a b) c |
9. Hukum distributif:
(i) a + (b c) = (a + b) (a + c) (ii) a (b + c) = a b + a c |
10. Hukum De Morgan:
(i) (a + b)’ = a’b’ (ii) (ab)’ = a’ + b’ |
(ii) 1’ = 0 |
Tabel. Tabel Hukum-hukum Aljabar Boolean
Buktikan (i) a + a’b = a + b dan (ii) a(a’ + b) = ab
Penyelesaian:
(i) a + a’b = (a + ab) + a’b (Penyerapan)
= a + (ab + a’b) (Asosiatif)
= a + (a + a’)b (Distributif)
= a + 1 · b (Komplemen)
= a + b (Identitas)
(ii) adalah dual dari (i)
4) Fungsi Boolean
- Fungsi Boolean (disebut juga fungsi biner) adalah pemetaan dari Bn ke B melalui ekspresi Boolean, kita menuliskannya sebagai f : Bn® B yang dalam hal ini Bn adalah himpunan yang beranggotakan pasangan terurut ganda-n (ordered n-tuple) di dalam daerah asal B.
- Setiap ekspresi Boolean tidak lain merupakan fungsi Boolean.
- Misalkan sebuah fungsi Boolean adalah f(x, y, z) = xyz + x’y + y’z
(x, y, z) ke himpunan {0, 1}.
Contohnya, (1, 0, 1) yang berarti x = 1, y = 0, dan z = 1
sehingga f(1, 0, 1) = 1 × 0 × 1 + 1’ × 0 + 0’× 1 = 0 + 0 + 1 = 1 .
Contoh-contoh fungsi Boolean yang lain:
- f(x) = x
- f(x, y) = x’y + xy’+ y’
- f(x, y) = x’ y’
- f(x, y) = (x + y)’
- f(x, y, z) = xyz’
Contoh. Diketahui fungsi Booelan f(x, y, z) = xy z’, nyatakan h dalam tabel kebenaran.
Penyelesaian:
x |
y
|
z
|
f(x, y, z) = xy z’
|
0
0
0
0
1
1
1
1
|
0
0
1
1
0
0
1
1
|
0
1
0
1
0
1
0
1
|
0
0
0
0
0
0
1
0
|
- Cara pertama: menggunakan hukum De Morgan
Contoh. Misalkan f(x, y, z) = x(y’z’ + yz), maka
f ’(x, y, z) = (x(y’z’ + yz))’
= x’ + (y’z’ + yz)’
= x’ + (y’z’)’ (yz)’
= x’ + (y + z) (y’ + z’)
- Cara kedua: menggunakan prinsip dualitas.
Contoh. Misalkan f(x, y, z) = x(y’z’ + yz), maka
dual dari f: x + (y’ + z’) (y + z)
komplemenkan tiap literalnya: x’ + (y + z) (y’ + z’) = f ’
Jadi, f ‘(x, y, z) = x’ + (y + z)(y’ + z’)
No comments:
Post a Comment