74181 - 74181

74S181 4bitový ALU bitslice spočívající na stránce z datového listu

74181 je 4-bit slice aritmeticko-logická jednotka (ALU), realizován jako 7400 série TTL integrovaných obvodů . První kompletní ALU na jednom čipu byl použit jako aritmetické/logické jádro v CPU mnoha historicky významných minipočítačů a dalších zařízení.

74181 představuje evoluční krok mezi CPU šedesátých let, které byly konstruovány pomocí diskrétních logických bran , a dnešními jednočipovými mikroprocesorovými CPU. Ačkoli již není 74181 používán v komerčních produktech, stále se na něj odkazuje v učebnicích počítačové organizace a technických dokumentech. Někdy se také používá v „praktických“ vysokoškolských kurzech ke školení budoucích počítačových architektů .

Specifikace

Kombinační logické obvody integrovaného obvodu 74181

74181 je integrovaný obvod TTL řady 7400 pro integraci středního rozsahu (MSI) , který obsahuje ekvivalent 75 logických bran a nejčastěji je zabalen jako 24pinový DIP . 4-bitové celé ALU mohou provádět všechny tradiční přidat / odečíst / úbytek operace s nebo bez nošení, stejně jako A / NAND, OR / NOR, XOR a posunu . K dispozici je mnoho variací těchto základních funkcí, celkem 16 aritmetických a 16 logických operací na dvou čtyřbitových slovech. Funkce násobení a dělení nejsou k dispozici, ale lze je provádět ve více krocích pomocí funkcí posunu a sčítání nebo odčítání. Shift není explicitní funkcí, ale může být odvozen z několika dostupných funkcí; např. výběr funkce "A plus A" s přenosem (M = 0) poskytne aritmetický posun doleva na vstupu A.

74181 provádí tyto operace na dvou čtyřbitových operandech a generuje čtyřbitový výsledek s přenosem za 22 nanosekund (45 MHz). 74S181 provádí stejné operace za 11 nanosekund (90 MHz), zatímco 74F181 provádí operace za 7 nanosekund (143 MHz) (typické).

Pro libovolně velké velikosti slov lze kombinovat více „řezů“. Například lze kombinovat šestnáct generátorů 74S181 s pátým přenosem 74S182 dopředu a provádět stejné operace na 64bitových operandech za 28 nanosekund (36 MHz). Přestože byl zastíněn výkonem dnešních vícegigahertzových 64bitových mikroprocesorů, bylo to ve srovnání s hodinami submegahertzových hodin raných čtyř- a osmibitových mikroprocesorů docela působivé.

Implementované funkce

74181 implementuje všech 16 možných logických funkcí se dvěma proměnnými. Jeho aritmetické funkce zahrnují sčítání a odčítání s přenosem i bez něj. Lze jej použít s daty v logických úrovních active-high (vysoká odpovídá 1) a active-low (nízká odpovídá 1) .

Vstupy a výstupy

K výběru funkce jsou čtyři výběrové vstupy, S0až S3. Mslouží k výběru mezi logickou a aritmetickou operací a Cnje přenosem. Aa Bjsou to data, která mají být zpracována (čtyři bity). Fje výstup čísla. K dispozici jsou také Pi jen Gsignály pro carry-dopředného vyhledávání sčítačky , které mohou být realizovány prostřednictvím jedné nebo několika 74182 čipů.

Tabulka funkcí pro výstup F

V následující tabulce je AND označeno jako součin, NEBO se znaménkem, XOR s , logické NE s přesahem a aritmetické plus a mínus pomocí slov plus a mínus. ${\ displaystyle +}$${\ displaystyle \ oplus}$

Výběr				Aktivní-nízká data			Aktivní-vysoká data
				Logika M = H	Aritmetika M = L		Logika M = H	Aritmetika M = L
S3	S2	S1	S0		Cn = L (no carry)	Cn = H (nést)		Cn = L (no carry)	Cn = H (nést)
L	L	L	L	${\ displaystyle {\ overline {A}}}$	${\ displaystyle A}$ mínus ${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle {A}}$	${\ displaystyle {\ overline {A}}}$	${\ displaystyle A}$	${\ displaystyle A}$ plus 1
L	L	L	H	${\ displaystyle {\ overline {AB}}}$	${\ displaystyle AB}$ mínus ${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle {AB}}$	${\ displaystyle {\ overline {A+B}}}$	${\ displaystyle A+B}$	${\ displaystyle {(A+B)}}$ Plus ${\ displaystyle 1}$
L	L	H	L	${\ displaystyle {\ overline {A}}+B}$	${\ displaystyle A {\ overline {B}}}$ mínus ${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle A {\ overline {B}}}$	${\ displaystyle {\ overline {A}} B}$	${\ displaystyle A+{\ overline {B}}}$	${\ displaystyle (A+{\ overline {B}})}$ plus 1
L	L	H	H	Logické 1	${\ Displaystyle -1}$ (doplněk dvou)	${\ displaystyle 0}$ (nula)	Logické 0	${\ Displaystyle -1}$ (doplněk dvou)	${\ displaystyle 0}$ (nula)
L	H	L	L	${\ displaystyle {\ overline {A+B}}}$	${\ displaystyle A}$ Plus ${\ displaystyle (A+{\ overline {B}})}$	${\ displaystyle A}$plus plus${\ displaystyle (A+{\ overline {B}})}$${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle {\ overline {AB}}}$	${\ displaystyle A}$ Plus ${\ displaystyle A {\ overline {B}}}$	${\ displaystyle A}$plus plus${\ displaystyle (A {\ overline {B}})}$${\ displaystyle 1}$
L	H	L	H	${\ displaystyle {\ overline {B}}}$	${\ displaystyle AB}$ Plus ${\ displaystyle (A+{\ overline {B}})}$	${\ displaystyle AB}$plus plus${\ displaystyle (A+{\ overline {B}})}$${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle {\ overline {B}}}$	${\ displaystyle (A+B)}$ Plus ${\ displaystyle A {\ overline {B}}}$	${\ displaystyle (A+B)}$plus plus${\ displaystyle A {\ overline {B}}}$${\ displaystyle 1}$
L	H	H	L	${\ displaystyle {\ overline {A \ oplus B}}}$	${\ displaystyle A}$mínus mínus${\ displaystyle B}$${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle A}$ mínus ${\ displaystyle B}$	${\ Displaystyle A \ oplus B}$	${\ displaystyle A}$mínus mínus${\ displaystyle B}$${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle A}$ mínus ${\ displaystyle B}$
L	H	H	H	${\ displaystyle A+{\ overline {B}}}$	${\ displaystyle A+{\ overline {B}}}$	${\ displaystyle A+{\ overline {B}}}$ Plus ${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle A {\ overline {B}}}$	${\ displaystyle A {\ overline {B}}}$ mínus 1	${\ displaystyle A {\ overline {B}}}$
H	L	L	L	${\ displaystyle {\ overline {A}} B}$	${\ displaystyle A}$ Plus ${\ displaystyle (A+B)}$	${\ displaystyle A}$plus plus${\ displaystyle (A+B)}$${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle {\ overline {A}}+B}$	${\ displaystyle A}$ Plus ${\ displaystyle AB}$	${\ displaystyle A}$plus plus${\ displaystyle AB}$${\ displaystyle 1}$
H	L	L	H	${\ Displaystyle A \ oplus B}$	${\ displaystyle A}$ Plus ${\ displaystyle B}$	${\ displaystyle A}$plus plus${\ displaystyle B}$${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle {\ overline {A \ oplus B}}}$	${\ displaystyle A}$ Plus ${\ displaystyle B}$	${\ displaystyle A}$plus plus${\ displaystyle B}$${\ displaystyle 1}$
H	L	H	L	${\ displaystyle B}$	${\ displaystyle A {\ overline {B}}}$ Plus ${\ displaystyle (A+B)}$	${\ displaystyle A {\ overline {B}}}$plus plus${\ displaystyle (A+B)}$${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle B}$	${\ displaystyle (A+{\ overline {B}})}$ Plus ${\ displaystyle AB}$	${\ displaystyle (A+{\ overline {B}})}$plus plus${\ displaystyle AB}$${\ displaystyle 1}$
H	L	H	H	${\ displaystyle A+B}$	${\ displaystyle A+B}$	${\ displaystyle AB}$ Plus ${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle AB}$	${\ displaystyle AB}$ mínus 1	${\ displaystyle AB}$
H	H	L	L	Logické 0	${\ displaystyle A}$ Plus ${\ displaystyle A}$	${\ displaystyle A}$plus plus${\ displaystyle A}$${\ displaystyle 1}$	Logické 1	${\ displaystyle A}$ Plus ${\ displaystyle A}$	${\ displaystyle A}$plus plus${\ displaystyle A}$${\ displaystyle 1}$
H	H	L	H	${\ displaystyle A {\ overline {B}}}$	${\ displaystyle AB}$ Plus ${\ displaystyle A}$	${\ displaystyle AB}$plus plus${\ displaystyle A}$${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle A+{\ overline {B}}}$	${\ displaystyle (A+B)}$ Plus ${\ displaystyle A}$	${\ displaystyle (A+B)}$plus plus${\ displaystyle A}$${\ displaystyle 1}$
H	H	H	L	${\ displaystyle AB}$	${\ displaystyle A {\ overline {B}}}$ Plus ${\ displaystyle A}$	${\ displaystyle A {\ overline {B}}}$plus plus${\ displaystyle A}$${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle A+B}$	${\ displaystyle (A+{\ overline {B}})}$ Plus ${\ displaystyle A}$	${\ displaystyle (A+{\ overline {B}})}$plus plus${\ displaystyle A}$${\ displaystyle 1}$
H	H	H	H	${\ displaystyle A}$	${\ displaystyle A}$	${\ displaystyle A}$ Plus ${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle A}$	${\ displaystyle A}$ mínus ${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle A}$

Význam

74181 výrazně zjednodušil vývoj a výrobu počítačů a dalších zařízení, která vyžadovala vysokorychlostní výpočet od konce šedesátých let do začátku osmdesátých let, a stále se o něm mluví jako o „klasickém“ designu ALU.

Před zavedením 74181 zabíraly počítačové procesory více obvodových desek a dokonce i velmi jednoduché počítače mohly zaplnit více skříní. 74181 umožňoval sestrojit celý CPU a v některých případech i celý počítač na jediné velké desce s plošnými spoji . 74181 zaujímá historicky významnou fázi mezi staršími CPU založenými na diskrétních logických funkcích rozložených na více deskách s obvody a moderními mikroprocesory, které obsahují všechny funkce CPU v jednom čipu. 74181 byl použit v různých minipočítačích a dalších zařízeních začínajících v 70. letech, ale jak se mikroprocesory staly silnějšími, praxe budování CPU z diskrétních komponentů upadla v nemilost a 74181 nebyl použit v žádném novém designu.

Dnes

V roce 1994 nebyly návrhy CPU založené na 74181 komerčně životaschopné kvůli relativně nízké ceně a vysokému výkonu mikroprocesorů. 74181 je však stále zajímavý ve výuce počítačové organizace a návrhu CPU, protože poskytuje příležitosti pro praktický design a experimentování, které jsou studentům zřídka k dispozici.

• Recenze digitální elektroniky s VHDL (verze Quartus II) v Journal of Modern Engineering, svazek 7, číslo 2, jaro 2007.
• Minimální procesor TTL pro průzkum architektury článek popisující, jak lze 74181 použít k výuce architektury CPU.
• Hardwarová laboratoř pro počítačový organizační kurz na malých vysokých školách  - další příklad toho, jak se 74181 dnes používá ve výukovém prostředí.
• 74181 + 74182 ukázkový simulátor založený na jazyce Java
• APOLLO181 (od Gianluca.G, Itálie 2012): domácí vzdělávací procesor vyrobený z logiky TTL a bipolárních pamětí, založený na čipech Bugbook® I a II, zejména na 74181.
• Vytvořte si počítač pomocí LOGIKY A PAMĚTI, před příchodem mikroprocesoru video ukazující historii a vzdělávací využití 74181 ALU.

Počítače

Mnoho počítačových CPU a subsystémů bylo založeno na 74181, včetně několika historicky významných modelů.

• NOVA  -První široce dostupný 16bitový minipočítač vyráběný společností Data General . NOVA 1200 byl de facto prvním komerčním minipočítačem v roce 1970, který používal 74181
• Několik modelů PDP-11  -nejoblíbenější minipočítač všech dob, vyráběný společností Digital Equipment Corporation .
• Xerox Alto  - první počítač využívající metaforu stolního počítače a grafické uživatelské rozhraní (GUI).
• VAX-11/780  -první VAX , nejpopulárnější 32bitový počítač osmdesátých let vyráběný společností Digital Equipment Corp.
• Three Rivers PERQ , komerční počítačová pracovní stanice ovlivněná Xerox Alto a poprvé vydaná v roce 1979.
• Computer Automation Naked Mini LSI, počítač, který našel využití v testovacím zařízení IC LSI a řízení procesů.
• KMC11-periferní procesor pro Digital Equipment Corporation PDP-11 .
• FPP-12-jednotka s pohyblivou řádovou čárkou pro Digital Equipment Corp. PDP-12 .
• Wang 2200 CPU (jeden 74181 na CPU) a diskový řadič (2 74181 s na řadič)
• TI-990  - Texas Instruments 'série 16-bitových minipočítačů.
• Možnost Honeywell 1100-Volba takzvané „vědecké jednotky“ pro mainframy řady Honeywell H200/H2000.
• Datapoint 2200 verze II a navazující stroje, Datapoint 5500, 6600 a 1800/3800-počítač, který definoval architekturu pro Intel 8008 .
• Inteligentní terminál Cogar System 4 / Singer 1501 / ICL 1501
• Varian Data Machines  -řada V70 16bitových minipočítačů

Jiné použití

• Vectorbeam  - arkádová hra platforma využívána Cinematronics různých arkádových her, včetně Space Wars , Starhawk , bojovník , hrad hvězda a další používá tři 25LS181 čipy v jeho 12-bitový procesor.

Viz také

• Aritmetická logická jednotka
• Mikrosekvencer
• Integrované obvody řady 7400
• Seznam integrovaných obvodů řady 7400

Reference

externí odkazy

Datové listy výrobce:

• Texas Instruments (a 74182 do budoucna generátor přenosu )
• Signetika
• Philips
• Fairchild .