Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Mengenal Instrumen Digital: Gerbang Logika

“Zaman sekarang mah semua sudah serba digital…”

Seringkah kita mendengar orang berkata begitu? Atau justru kita yang sering berpikir seperti itu? Mengertikah kita dengan apa yang kita ucapkan? Apa makna kata “digital” sebenarnya? Mungkin pertanyaan-pertanyaan seperti ini sering muncul di benak kita semua. Oleh karena itu, mari kita bahas sekilas seputar konsep “digital”.

Dalam kehidupan kita, semua yang terjadi adalah analog, yaitu terus menerus, kontinu. Misalnya, ketika kita menggerakkan tangan kita, yang terjadi adalah tangan kita bergerak secara terus-menerus. Nah, apa yang dilakukan sistem digital adalah seperti bila kita menggerakkan tangan kita secara patah-patah. Dengan interval gerakan patah-patah yang sangat pendek, gerakan tersebut bisa terlihat seperti terus-menerus.

Sistem digital ini digunakan oleh kita, manusia, untuk memodelkan berbagai fenomena yang ada karena sangat sulit bagi manusia untuk mengukur dan mengontrol fenomena analog. Dengan proses digitalisasi, akan lebih mudah bagi kita melakukan pengukuran dan mengontrol berbagai fenomena. Sistem seperti inilah yang digunakan dalam berbagai macam alat digital, mulai dari jam tangan digital, komputer, hingga robot.

Dasar dari sistem digital adalah prinsip sakelar, on atau off. Sakelar on berarti mengizinkan arus listrik untuk mengalir dan sakelar off berarti sebaliknya. Pada sistem digital, yang menjadi media penyampai pesan adalah aliran elektron atau aliran listrik melalui sakelar tadi. Untuk keperluan itu, kitalah yang mengatur masuknya pesan.

Karena sistem digital hanya bisa beroperasi dalam 2 kedudukan (on atau off), untuk memudahkan perhitungan matematis digunakanlah sistem angka biner. Pada dasarnya sistem angka biner sama saja dengan angka berbasis 10 yang kita gunakan. Hanya saja, pada angka berbasis 10 bilangan penyusunnya adalah angka 0 sampai 9, sedangkan pada sistem biner semua bilangan penyusunnya diekspresikan dalam angka 0 atau 1 saja.

Sebagai contoh penggunaan sistem angka biner, angka 2 pada bilangan berbasis 10 diekspresikan dalam bentuk “10” (dibaca: “satu nol”) dalam sistem angka biner. Angka biner digunakan untuk memudahkan penyebutan on dan off menjadi 1 dan 0. Selain itu, dengan menggunakan angka biner, operasi matematika jadi bisa dijalankan dengan menggunakan sakelar.

Dalam sistem sakelar tadi, yang digunakan untuk mengatur dan membagikan pesan (berupa aliran listrik) adalah gerbang logika. Setidaknya ada tiga gerbang logika dasar yang bisa dikombinasikan untuk memperoleh hasil yang lebih rumit, yaitu AND, OR, dan NOT. Gerbang logika ini juga berfungsi sebagai operator untuk angka-angka biner yang merepresentasikan pesan sakelar tadi.

Gerbang logika pada prinsipnya sama dengan prinsip logika matematika. Kondisi on dan off pada sakelar atau 1 dan 0 pada sistem biner merupakan bagian yang sama dengan nilai kebenaran (“benar” atau “salah”) atas suatu pernyataan dalam logika matematika. Gerbang logika ini berperan sebagai penarik kesimpulan pada pernyataan-pernyataan logika matematika.

Gerbang Logika AND

Gerbang logika ini membutuhkan 2 masukan (input) dan menghasilkan 1 keluaran (output). Sesuai namanya, gerbang ini hanya akan menghasilkan keluaran 1 jika kedua masukannya bernilai 1. Gerbang ini mempunyai kesamaan sifat dengan operasi konjungsi pada logika matematika, yaitu nilai kebenaran dua buah pernyataan dihubungkan dengan tanda hubung “dan”. Dalam operasinya, gerbang AND disimbolkan oleh tanda perkalian dot “・”.

Tabel kebenaran hubungan antara masukan dan keluaran pada gerbang logika AND.

Tabel kebenaran hubungan antara masukan dan keluaran pada gerbang logika AND.

Ilustrasi mekanisme gerbang logika AND dalam suatu rangkaian lisrik. Q tidak akan menyala kecuali jika kedua sakelar A dan B ditutup.

Ilustrasi mekanisme gerbang logika AND dalam suatu rangkaian lisrik. Q tidak akan menyala kecuali jika kedua sakelar A dan B ditutup.

Gerbang Logika OR

Gerbang logika ini juga membutuhkan 2 masukan dan menghasilkan 1 keluaran. Gerbang ini akan menghasilkan keluaran 1 jika salah satu atau kedua masukannya bernilai 1. Gerbang ini mempunyai kesamaan sifat dengan operasi disjungsi pada logika matematika, yaitu nilai kebenaran dua pernyataan dihubungkan dengan tanda hubung “atau”. Dalam operasinya, gerbang AND disimbolkan oleh tanda penjumlahan “+”.

Tabel kebenaran hubungan antara masukan dan keluaran pada gerbang logika OR.

Tabel kebenaran hubungan antara masukan dan keluaran pada gerbang logika OR.

Ilustrasi mekanisme gerbang logika OR dalam suatu rangkaian listrik. Q akan menyala jika salah satu sakelar A atau B ditutup.

Ilustrasi mekanisme gerbang logika OR dalam suatu rangkaian listrik. Q akan menyala jika salah satu sakelar A atau B ditutup.

Gerbang Logika NOT

Gerbang logika ini hanya membutuhkan 1 masukan dan menghasilkan 1 keluaran. Sesuai namanya juga, gerbang ini berperan untuk membalikkan masukan. Misalnya, masukan 0 setelah melewati gerbang NOT akan menjadi keluaran 1. Gerbang ini mempunyai kesamaan sifat dengan operasi ingkaran pada logika matematika, yaitu ketika nilai kebenaran suatu pernyataan dinegasikan. Dalam operasinya, gerbang NOT disimbolkan dengan “bar”, yaitu garis horizontal di atas variabel input.

Tabel kebenaran hubungan antara masukan dan keluaran pada gerbang logika NOT.

Tabel kebenaran hubungan antara masukan dan keluaran pada gerbang logika NOT.

Ilustrasi mekanisme gerbang logika NOT dalam suatu rangkaian listrik. Bila sakelar A ditutup, lampu akan mati.

Ilustrasi mekanisme gerbang logika NOT. Bila sakelar A ditutup, lampu akan mati.

Dari ketiga gerbang logika dasar inilah dikembangkan berbagai operasi yang lebih rumit untuk angka-angka biner. Sakelar-sakelar ini kemudian diperkecil sehingga banyak sakelar yang bisa dioperasikan dan dikombinasikan dalam satu instrumen. Instrumen yang terdiri atas banyak sakelar inilah yang kita sebut sebagai instrumen digital.

Pada aplikasi elektronik, perangkat yang dijadikan gerbang logika adalah dioda atau transistor. Dioda dan transistor dapat beroperasi sendiri secara otomatis dengan menerima beberapa perintah tertentu, tidak seperti sakelar yang harus dioperasikan manusia secara mekanis.

Bahan bacaan:

Penulis:
Muhammad Salman Al Farisi, mahasiswa S1 di Bioengineering Department, Tohoku University, Jepang.
Kontak: salman_fareez(at)yahoo(dot)com