Gerbang logika

Kami mengirimkan informasi melalui komputer menggunakan kabel yang mewakili 1s dan 0s. Komputer memerlukan cara untuk memanipulasi angka 1 dan 0 tersebut, sehingga pada akhirnya mereka dapat melakukan operasi yang lebih rumit seperti menghitung digit ke-50 dari angka tersebut.

Komputer menggunakan gerbang logika untuk mengubah angka 1 dan 0 dari kabel input. Gerbang logika menerima masukan dan kemudian mengeluarkan hasil berdasarkan keadaannya.

NOT gerbang

Gerbang paling sederhana adalah gerbang NOT , dikenal juga sebagai inverter . Ia menerima satu masukan dan mengeluarkan nilai sebaliknya.

Jika masukannya 0 adalah hasilnya adalah 1 :

Diagram yang menunjukkan satu kawat masuk ke gerbang NOT. Kabel dalam keadaan hidup menandakan 1. Kabel keluaran dari gerbang dalam keadaan mati menandakan 0.

Jika masukannya 1 adalah , hasilnya adalah 0:

Diagram yang menunjukkan satu kawat masuk ke gerbang NOT. Kabel dalam keadaan mati, menandakan 0. Kabel keluaran dari gerbang dalam keadaan hidup, menandakan 1.

Membalikkan suatu nilai mungkin tampak seperti operasi yang sepele, namun di komputer, kita dapat membangun logika yang sangat canggih dengan menggabungkan banyak operasi kecil.

DAN gerbang

Semua gerbang logika lainnya beroperasi pada banyak masukan. Gerbang AND menerima dua kabel, dan jika kedua kabel tersebut "aktif" (mewakili 1), itu menghasilkan 1:

Diagram yang menunjukkan dua kabel dalam keadaan hidup (1) melewati gerbang yang bertuliskan "DAN", dan mengeluarkan kabel "hidup" (1).

Jika salah satu dari kabel tersebut "mati" (mewakili 0), lalu dikeluarkan :

Diagram yang menunjukkan dua kabel dalam keadaan mati (0) melewati gerbang yang bertuliskan "DAN", dan mengeluarkan kabel mati (0).

PERIKSA PEMAHAMAN ANDA

Menurut Anda apa yang akan dihasilkan oleh kombinasi ini?

Diagram yang menunjukkan dua kabel, satu dalam keadaan hidup (1) dan satu lagi dalam keadaan mati (0). Keduanya melewati gerbang yang bertuliskan "DAN", dan mengeluarkan kabel dengan keadaan yang tidak diketahui.

Pilih 1 jawaban:

AND adalah operasi Boolean , operasi yang mengambil nilai "benar" atau "salah", dan kemudian menghasilkan keluaran "benar" atau "salah" berdasarkan manipulasi logis dari masukan tersebut. Di gerbang logika, kami mempertimbangkan menjadi benar dan menjadi salah.

Salah satu cara untuk memahami operasi Boolean adalah dengan membuat tabel kebenaran dari semua kemungkinan masukan dan keluaran. Berikut tabel kebenaran gerbang AND:

<th scope="col">Input A</th><th scope="col">Input B</th><th scope="col">Output</th></tr></thead><tbody><tr><td>True</td><td>True</td><td>True</td></tr><tr><td>True</td><td>False</td><td>False</td></tr><tr><td>False</td><td>True</td><td>False</td></tr><tr><td>False</td><td>False</td><td>False</td>

Masukan AMasukan BKeluaranBENARBENARBENARBENARPALSUPALSUPALSUBENARPALSUPALSUPALSUPALSU

Perhatikan hanya ada satu baris yang keluarannya benar - itu hanya terjadi jika kedua masukannya benar.Kita juga bisa menulis tabel kebenarannya dengan menggunakan Dan untuk memikirkannya dalam istilah komputer-y:

Masukan AMasukan BKeluaran

Sekali lagi, hanya ada satu baris tempat keluarannya

.

Bagaimana jika kita menginginkan yang sebaliknya, gerbang yang mengeluarkan output

hampir setiap saat? Ada gerbang untuk itu!

ATAU gerbang

Gerbang logika OR menerima dua masukan, dan selama salah satu masukan tersebut adalah a

, itu menghasilkan a

:

Diagram yang menunjukkan dua kabel, satu dalam keadaan hidup (1) dan yang lainnya dalam keadaan mati (0). Kedua kabel melewati gerbang yang bertuliskan "ATAU", dan mengeluarkan kabel hidup (1).

PERIKSA PEMAHAMAN ANDA

Berdasarkan uraian tersebut, menurut Anda nilai apa yang dihasilkan gerbang OR ini?

Diagram yang menunjukkan dua kabel dalam keadaan hidup (1) melewati gerbang yang bertuliskan "ATAU", dan mengeluarkan kabel dengan keadaan yang tidak diketahui.

Pilih 1 jawaban:

Pilih 1 jawaban:

• (Pilihan A)   
•  
• 
  
• A
• 
  
•  
• (Pilihan B)   
•  
• 
  
• B
• 
  
•  

Memeriksa

Mari kita lihat tabel kebenaran gerbang OR:

Masukan AMasukan BKeluaran

Seperti yang Anda lihat, outputnya adalah a

 untuk setiap baris kecuali satu. Satu-satunya saat gerbang OR menghasilkan keluaran a

adalah jika kedua inputnya adalah

.

Berpikir secara logis

Mungkin membantu Anda memikirkan apa yang dilakukan gerbang-gerbang ini dalam percakapan manusia.

Pertimbangkan gerbang OR ini. Input pertama mewakili "di luar hujan", input kedua mewakili "kita akan mendaki", dan output mewakili "kita harus memakai sepatu bot".

Diagram yang menunjukkan satu kawat di sebelah tetesan air hujan dan kawat lainnya di sebelah gunung. Kedua kabel melewati gerbang yang bertuliskan "ATAU", dan mengeluarkan kabel di sebelah sepasang sepatu bot.

Jika di luar hujan ATAU kita akan mendaki, sebaiknya kita memakai sepatu bot. Kita dapat mengatakannya dengan lebih jelas: Jika benar bahwa "di luar sedang hujan" ATAU benar bahwa "kita akan mendaki", maka benar bahwa "kita harus memakai sepatu bot".

Artinya, jika di luar hujan (terlepas dari apakah kita akan mendaki), kita harus memakai sepatu bot. Jika kita akan mendaki (walaupun sedang hujan), kita harus memakai sepatu bot. Satu-satunya saat kita tidak boleh memakai sepatu bot (menurut gerbang ini) adalah saat di luar tidak hujan dan kita tidak akan mendaki.

Itu adalah penyederhanaan besar dari logika rumit yang dihitung manusia ketika kita memutuskan apakah akan memakai sepatu bot, namun ini menunjukkan kepada Anda bahwa logika adalah sesuatu yang sangat berhubungan dengan "dunia nyata" di luar komputer.

Di balik abstraksi

Gerbang logika yang kami sajikan di sini adalah representasi abstrak dari perangkat nyata. Gerbang logika mendeskripsikan perangkat apa pun yang dapat menerima nilai

atau 

dan keluaran a

atau

sesuai dengan tabel kebenarannya.

Di sebagian besar komputer modern, gerbang logika dibangun menggunakan transistor yang dikombinasikan dengan komponen listrik lainnya seperti resistor dan dioda. Semuanya digabungkan untuk memastikan bahwa mereka mengubah masukan sesuai dengan yang kita harapkan.

Dengan sedikit peralatan elektronik, Anda dapat membuat gerbang logika Anda sendiri, seperti yang ditunjukkan dalam video ini . Berikut rangkaian buatan sendiri untuk gerbang AND dan OR dari video tersebut:

Tangkapan layar dari video. Ada papan tempat memotong roti di bagian atas dengan kabel, transistor, resistor, tombol tekan, dan lampu LED. Papan tempat memotong roti berada di atas selembar kertas dengan tabel kebenaran untuk gerbang AND dan gerbang OR, ditambah diagram rangkaian papan tempat memotong roti.

Jika Anda membobol komputer Anda sendiri (jangan!), Anda tidak akan melihat hal seperti itu. Komputer kita yang canggih sekarang memerlukan miliaran gerbang, sehingga produsen telah menemukan cara untuk membuat komponen elektronik menjadi sangat kecil. Mac saya sendiri memiliki 5,6 miliar transistor yang lebarnya hanya 14 nanometer.

Kita dapat memahami dan menggunakan gerbang logika tanpa perlu mengetahui secara pasti bagaimana penerapannya. Itulah kekuatan abstraksi, yang memungkinkan kita mengabaikan detail dan fokus pada fungsionalitas tingkat yang lebih tinggi.

Pembelajaran lebih lanjut

Komputer juga menggunakan gerbang logika lain seperti NAND , NOR , dan XOR . Setiap gerbang logika beroperasi pada masukan dengan cara yang sedikit berbeda; mereka mengeluarkannya

Dan

m situasi yang berbeda.

Faktanya, gerbang NAND dan NOR dikenal sebagai gerbang logika universal, yang berarti kita dapat membangun gerbang lainnya hanya dengan gerbang NAND atau gerbang NOR saja. Produsen perangkat keras komputer lebih suka menggunakan gerbang NAND karena universalitas dan kemudahan pembuatannya, sehingga komputer Anda kemungkinan besar memiliki jutaan gerbang NAND di dalam sirkuitnya.

Pendiri Adafruit, Limor Fried dan perancang realitas virtual, Nat Brown, menunjukkan betapa sederhananya rangkaian logis mendasari semua yang dilakukan komputer Anda.

Lesson Summary

Pendiri Adafruit, Limor Fried, bersama dengan perancang realitas virtual, Nat Brown, mengilustrasikan betapa sederhananya rangkaian logis yang mendasari operasi komputer. Beberapa poin kunci yang disorot dalam presentasi mereka antara lain:

• Komputer menggunakan sinyal listrik on atau off, yang diwakili sebagai satu (1) dan nol (0), untuk memproses informasi.
• Sirkuit elektronik kecil dalam komputer memodifikasi dan menyatukan sinyal input ini untuk mengeluarkan output yang berbeda.
• Sirkuit logika sederhana seperti sirkuit NOT (inverter) dapat mengubah sinyal masukan menjadi keluaran yang berlawanan.
• Ada pula sirkuit yang lebih kompleks seperti sirkuit AND, yang menghasilkan output berdasarkan kedua sinyal inputnya.
• Dengan menggabungkan sirkuit-sirkuit kecil, komputer dapat melakukan operasi logis yang lebih kompleks.
• Contoh penggabungan sirkuit adalah adder yang menerima dua bit informasi dan menghasilkan hasil penjumlahannya.
• Penambah kecil (adder) ini dapat disusun berdampingan untuk menambahkan angka yang lebih besar seperti menambahkan angka 25 dan 50.
• Sirkuit komputer modern yang mikroskopis dan efisien memungkinkan penghitungan yang sangat cepat.

Sirkuit-sirkuit ini menjadi landasan untuk berbagai fungsi komputasi, mulai dari permainan hingga penelitian medis.