74181 - 74181
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
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, S0
až S3
. M
slouží k výběru mezi logickou a aritmetickou operací a Cn
je přenosem.
A
a B
jsou to data, která mají být zpracována (čtyři bity). F
je výstup čísla. K dispozici jsou také P
i jen G
signály 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.
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 | mínus | plus 1 | ||||
L | L | L | H | mínus | Plus | ||||
L | L | H | L | mínus | plus 1 | ||||
L | L | H | H | Logické 1 | (doplněk dvou) | (nula) | Logické 0 | (doplněk dvou) | (nula) |
L | H | L | L | Plus | plus plus | Plus | plus plus | ||
L | H | L | H | Plus | plus plus | Plus | plus plus | ||
L | H | H | L | mínus mínus | mínus | mínus mínus | mínus | ||
L | H | H | H | Plus | mínus 1 | ||||
H | L | L | L | Plus | plus plus | Plus | plus plus | ||
H | L | L | H | Plus | plus plus | Plus | plus plus | ||
H | L | H | L | Plus | plus plus | Plus | plus plus | ||
H | L | H | H | Plus | mínus 1 | ||||
H | H | L | L | Logické 0 | Plus | plus plus | Logické 1 | Plus | plus plus |
H | H | L | H | Plus | plus plus | Plus | plus plus | ||
H | H | H | L | Plus | plus plus | Plus | plus plus | ||
H | H | H | H | Plus | mínus |
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: