Konsep Dasar Sistem Digital

Konsep Dasar Sistem Digital Pengenalan Konsep Analog dan DigitalDalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada bidang sains, teknologi, bisnis dan lain sebagainya, kita selalu berurusan dengan kuantitas-kuantitas. Kuantitas-kuantitas ini diukur, dihitung, dicatat, dimonitor dan dimanipulasi secara aritmatika. Pada umumnya manusia menggunakan bilangan untuk merepresentasikan semua kuantitas tersebut.  Secara garis besar ada dua cara yang dapat digunakan dalam merepresentasikan bilangan dari suatu kuantitas, yaitu analog dan digital.Representasi AnalogPada representasi analog, suatu kuantitas dinyatakan dengan kuantitas lain yang berbanding lurus dengan kuantitas pertama tersebut. Suatu contoh representasi analog adalah speedometer mobil, dimana defleksi jarum menyatakan besarnya kecepatan mobil dan jarum speedometer akan mengikuti setiap perubahan yang terjadi saat mobil berjalan dengan kecepatan yang naik atau turun. Contoh lainnya adalah pada mikrofon audio, Pada alat ini tegangan output dihasilkan sebanding dengan amplitude gelombang-gelombang suara yang menabrak mikrofon. Perubahan pada tegangan output akan selalu mengikuti perubahan frekuensi suara pada inputnya. Contoh-contoh yang lainnya dapat anda tentukan dari sebuah kejadian yang sifatnya mengukur kwantitas. Ketika kita malakukan pengukuran terhadap sebuah kuantitas, misalnya suhu, kecepatan, tinggi badan dan lain sebagainya, hasil yang didapatkan biasanya tidak selalu bilangan bulat. Kuantitas-kuantitas analog pada contoh diatas mempunyai karakteristik yang unik, yaitu dapat berubah secara bertingkat pada suatu rentang harga kontinyu.Representasi DigitalPada representasi digital suatu kuantitas tidak dinyatakan dengan kuantitas sebanding tetapi dengan simbol-simbol yang disebut digit. Misalnya pada jam digital, yang menunjukkan waktu dalam bentuk digit-digit decimal. Walau pada kenyataan waktu terus berganti, namun yang terbaca dalam jam digital tidak berubah secara kontinyu. Digit decimal pada jam digital akan berubah satu step demi step (permenit atau perdetik). Dengan kata lain, representasi digital dari waktu berubah dalam step-step diskrit. Untuh memudahkan, kuantitas digital didapat dari hasil menghitung, dimana ketika kita menghitung hasil yang didapat adalah bilangan bulat.  Dari uraian diatas, dapat disimpulkan bahwa perbedaan utama antara kuantitas analog dengan kuantitas digital adalah bahwa kuntitas analog bersifat kontinyu sedangkan kuantitas digital bersifat diskrit.  Karena representasi digital mempunyai sifat yang diskrit maka pada saat membaca harga suatu kuantitas digital tidak ada penafsiran mendua, sedangkan harga dari kuantitas analog sering menimbulkan interpretasi yang berbeda.Sistem Digital dan Sistem AnalogSebuah sistem digital adalah suatu kombinasi alat-alat (listrik, mekanis, fotolistrik dan lain sebagainya) yang disusun untuk melaksanakan fungsi-fungsi tertentu dimana kuantitas-kuantitasnya dinyatakan secata digital. Sedangkan pada sistem analog, kuantitas-kuantitasnya dinyatakan sesuai dengan keberadaan fisiknya yang pada prinsipnya bersifat analog.Banyak sistem-sistem praktis bersifat hybrid, berarti terdapat baik kuantitas analog maupun kuantitas digital dan terjadi konversi terus menerus antara dua kunatitas tersebut.Sistem-sistem digital memberikan keuntungan berupa kecepatan dan kecermatan yang lebih besar serta kemampuan memorinya. Selain itu sistem-sistem digital tidak mudah terpengaruh oleh perubahan karakter listrik komponen-komponen sistem, dan dapat digunakan pada rentang pemakaian yang lebih besar.Didalam kenyataannya hampir semua kuantitas adalah bersifat analog, dimana kuantitas inilah yang sering diukur, dimonitor atau dikendalikan. Jadi apabila keuntungan-keuntungan dari sistem digital akan dimanfaatkan, jelas sekali bahwa terdapat banyak sekali sistem yang bersifat hybrid. Salah satu contoh adalah sistem pengendalian pada proses industri, dimana kuantitas analog seperti temperatur, tekanan, kecepatan aliran dan lain sebagainya diukur dan dikendalikanKata digital merupakan kata yang tidak asing lagi. Banyak istilah yang menggunakan kata "Digital" misalnya "kamera digital", "digital VCD" dan lain - lain. Menurut kamus Longman, "digital" adalah informasi yang direpresentasikan sebagai bilangan, biasanya bilangan biner. Sedangkan menurut kamus Oxford, menunjukkan jumlah sesuatu yang dinyatakan sebagai bilangan.Dari uraian tersebut, dapat kita ambil pengertian dari digital. Namun apa "bilangan" itu? Pada sistem bilangan real,  bilangan menyatakan angka - angka dalam jumlah tak terbatas. Diantara dua bilangan (yang tidak sama) ada bilangan- bilangan lain dalam jumlah tidak terbatas (infinite). Misalnya diantara bilangan 0,01 dan 0,02 ada 0,011,0,012 dan seterusnya.Sesungguhnya, dalam kehidupan nyata, kata - kata digital tersebut adalah merujuk kepada besaran fisik tertentu yang disebut sebagai sinyal. 1. SinyalSinyal adalah suatu besaran fisik yang berubah - ubah menurut waktu, ruang, atau variabel - variabel lainnya. Sinyal terbagi menjadi 2 berdasarkan variabel waktu dan nilainya, antara lain :1 . Sinyal AnalogSinyal analog adalah sinyal yang memiliki seluruh  nilai yang mungkin dengan interval  terbatas atau tak terbatas pada setiap saat. Contohnya, sinyal suara. 2. Sinyal Digital Sinyal digital adalah sinyal yang memiliki nilai - nilai tertentu dan pada waktu - waktu  tertentu.       Cara merubah sinyal analog ke digital a. Sampling     -> memberikan sample b. Quantizing   -> memberikan nilai c. Coding        -> memberikan kode 2.  Pengertian digitasi                Pada bilangan real, terdapat angka yang tidak terbatas diantara dua buah bilangan, atau disebut juga bilangan kontinyu (analog). Sebagai ilustrasi, lihat gambar berikut.              Garis bilangan di atas mempresentasikan set semua bilangan real dari 0,00 sampai 10,23. Apabila dibagi menjadi 2 bagian yang sama, akan terdapat dua subset: bilangan yang lebih dari atau sama dengan 5,12 dan yang kurang dari 5,12. Subset antara 0 sampai 5,12 diberi simbol 0 dan subset antar 5,12 sampai 10,23 diberi simbol 1.                 Penggunaan 0 dan 1 sebagai simbol untuk subset di atas merupakan pengantar menuju notasi biner. Jika subset - subset itu dibagi lagi menjadi masing - masing dua bagian, akan terdapat 4 daerah.                 Jika simbol yang digunakan hanya 0 dan 1 maka pelabelan yang terlihat seperti gambar di atas. Jika daerah - daerah tersebut dibagi dua sekali lagi dan kemudian diberi label dengan simbol 0 dan 1, maka akan tampak seperti gambar berikut.                 Pembagian dan pelabelan dapat terus berlanjut, tetapi sampai disini sudah cukup untuk memahami konsep digitasi. Pada gambar terakhir, buanglah bilangan realnya, dan tempatkan tanda titik (dot) pada tiap - tiap daerah.                   Gambar di atas sekarang hanya menunjukkan 8 buah bilangan, dimana setiap bilangan mewakili satu daerah. Misalnya bilangan real antara 3,84 dan 5,12 diwakili oleh bilangan 011. Proses ini dinamakan konversi analog ke digital. Jika garis bilangannya dihilangkan, maka kita akan memiliki deretan 8 buah bilangan digital yang dimulai dari 0 dalam sistem bilangan basis-2 (biner).Jumlah range =2ⁿ n -> jumlah bit 3. Mengapa digital ?                   Seperti telah dikemukakan pada pendahuluan bahwa kita hidup dalam budaya digital. Hampir setiap sendi kehidupan diproses secara digital : scientific komputasi, transaksi keuangan, rekaman suara, gambar televisi, pembicaraan telephone dan lain - lain. Banyak alasan mengapa kita mengkonversi analog ke digital, antara lain:1.   Sistem digital secara umum lebih mudah untuk didesain
Hal ini disebabkan karena rangkaian yang digunakan adalah rangkaian switching dimana nilai eksak dari tegangan atau arus tidak penting, hanya membedakan daerah keadaan HIGH atau LOW. 2.   Akurasi dan presisi yang lebih tinggi
Dalam sistem digital, akurasi dan presisi dapat ditingkatkan dengan menambahkan rangkaian switchingnya. Sementara dalam sistem analog terbatas hingga 3 atau 4 digit saja karena nilai  tegangan dan arus secara langsung tergantung pada nilai komponen - komponen rangkaiannya. 3.   Data digital lebih tahan terhadap gangguan (noise) daripada data analog
Jika dilihat kembali proses digitasi, dimana sebuah bilangan digital mempresentasikan satu daerah bilangan real, maka akan terdapatmargin sehingga jika terdapat gangguan dalam rentang tersebut tidak  akan berpengaruh. Perhatikan gambar berikut.Misalnya data real yang dikirim adalah 4,48, yang direpresentasikan oleh bilangan 011 (mewakili daerah antara 3,48 dan 5,12). Jika  terdapat  gangguan, data  akan  tetap 011   kecuali    gangguan   melebihi   Noise Marginnya. Untuk kasus ini, noise marginnya adalah 0,64, jadi bila ada gangguan sebesar 0,5 maka data yang diterima adalah 4,98 yang juga direpresentasikan oleh bilangan 011.  4.   Data digital dapat diproses dan disimpan dalam rangkaian semikonduktor
Jutaan skalar transistor semikonduktor dapat dibuat dalam bentuk rangkaian terinterasi (Integrated Circuit), yang dapat melakukan pemprosesan data digital dengan jutaan perubahan keadaan persekon, disipasi daya yang sangat kecil (mikrowatt), dimensi yang kecil, dan ongkos per switch dalam mikro dollar. Dengan kata lain, data digital akan lebih  hemat dalam ruang, waktu, daya dan biaya. 5.   Data digital dapat dikombinasikan dan dihitung menggunakan teorema Aljabar Boolean
     Hanya data digital yang dapat dioperasikan (dijumlahkan, dikalikan dsb) dalam perhitungan aljabar boolean.