74181 - 74181
Der 74181 ist eine 4-Bit-Slice- Arithmetic-Logic-Unit (ALU), die als integrierte TTL- Schaltung der Serie 7400 implementiert ist . Als erste vollständige ALU auf einem einzigen Chip wurde sie als arithmetischer/logischer Kern in den CPUs vieler historisch bedeutender Minicomputer und anderer Geräte verwendet.
Der 74181 stellt einen Evolutionsschritt zwischen den CPUs der 1960er Jahre, die mit diskreten Logikgattern konstruiert wurden , und den heutigen Single-Chip- Mikroprozessor- CPUs dar. Obwohl das 74181 nicht mehr in kommerziellen Produkten verwendet wird, wird es immer noch in Lehrbüchern und technischen Dokumenten zur Computerorganisation erwähnt . Es wird manchmal auch in praktischen College-Kursen verwendet, um zukünftige Computerarchitekten auszubilden .
Spezifikationen
Der 74181 ist ein integrierter TTL- Schaltkreis der Serie 7400 mit mittlerer Integration (MSI) , der das Äquivalent von 75 Logikgattern enthält und am häufigsten als 24-Pin- DIP verpackt ist . Die 4 Bit breite ALU kann alle herkömmlichen Additions-/Subtraktions-/Dekrementierungsoperationen mit oder ohne Übertrag sowie AND / NAND, OR / NOR, XOR und Shift ausführen . Viele Variationen dieser Grundfunktionen sind verfügbar, für insgesamt 16 arithmetische und 16 logische Operationen an zwei Vier-Bit-Wörtern. Multiplikations- und Dividierfunktionen sind nicht vorgesehen, können jedoch in mehreren Schritten unter Verwendung der Verschiebe- und Addier- oder Subtraktionsfunktionen durchgeführt werden. Shift ist keine explizite Funktion, kann aber von mehreren verfügbaren Funktionen abgeleitet werden; zB die Auswahl der Funktion "A plus A" mit Übertrag (M=0) führt zu einer arithmetischen Linksverschiebung des A-Eingangs.
Der 74181 führt diese Operationen an zwei Vier-Bit-Operanden durch und erzeugt ein Vier-Bit-Ergebnis mit Übertrag in 22 Nanosekunden (45 MHz). Der 74S181 führt die gleichen Operationen in 11 Nanosekunden (90 MHz) durch, während der 74F181 die Operationen in 7 Nanosekunden (143 MHz) (typisch) ausführt.
Mehrere 'Slices' können für beliebig große Wortgrößen kombiniert werden. Beispielsweise können sechzehn 74S181 und fünf 74S182 Look-Ahead-Übertragsgeneratoren kombiniert werden, um die gleichen Operationen an 64-Bit- Operanden in 28 Nanosekunden (36 MHz) durchzuführen . Obwohl dies von der Leistung heutiger Multi-Gigahertz-64-Bit-Mikroprozessoren überschattet wurde, war dies im Vergleich zu den Sub-Megahertz-Taktraten der frühen 4- und 8-Bit-Mikroprozessoren ziemlich beeindruckend.
Implementierte Funktionen
Der 74181 implementiert alle 16 möglichen logischen Funktionen mit zwei Variablen. Seine arithmetischen Funktionen umfassen Addition und Subtraktion mit und ohne Übertrag. Es kann mit Daten in Active-High (High entspricht 1) und Active-Low (Low entspricht 1) Logikpegeln verwendet werden .
Eingänge und Ausgänge
Es gibt vier Auswahleingänge S0
bis S3
, um die Funktion auszuwählen. M
wird verwendet, um zwischen logischer und arithmetischer Operation zu wählen, und Cn
ist der Carry-In.
A
und B
sind die zu verarbeitenden Daten (vier Bits). F
ist die Zahlenausgabe. Darüber hinaus gibt es , P
und ein G
Signal für einen Übertrag-Vorausschau - Addierers , der über einer oder mehrere durchgeführt werden kann 74182 Chips.
Funktionstabelle für Ausgang F
In der folgenden Tabelle wird UND als Produkt bezeichnet, ODER mit Vorzeichen, XOR mit , logisches NICHT mit Überstrich und arithmetisches Plus und Minus mit den Wörtern Plus und Minus.
Auswahl | Active-Low-Daten | Active-High-Daten | |||||||
Logik M = H | Arithmetik M = L | Logik M = H | Arithmetik M = L | ||||||
S3 | S2 | S1 | S0 | Cn = L (kein Übertrag) | Cn = H (tragen) | Cn = L (kein Übertrag) | Cn = H (tragen) | ||
L | L | L | L | Minus- | plus 1 | ||||
L | L | L | h | Minus- | Plus | ||||
L | L | h | L | Minus- | plus 1 | ||||
L | L | h | h | Logisch 1 | (Zweierkomplement) | (Null) | Logisch 0 | (Zweierkomplement) | (Null) |
L | h | L | L | Plus | plus plus | Plus | plus plus | ||
L | h | L | h | Plus | plus plus | Plus | plus plus | ||
L | h | h | L | minus minus | Minus- | minus minus | Minus- | ||
L | h | h | h | Plus | minus 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 | minus 1 | ||||
h | h | L | L | Logisch 0 | Plus | plus plus | Logisch 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 | Minus- |
Bedeutung
Der 74181 hat die Entwicklung und Herstellung von Computern und anderen Geräten, die zwischen den späten 1960er und frühen 1980er Jahren eine Hochgeschwindigkeitsberechnung erforderten, stark vereinfacht und wird immer noch als "klassisches" ALU-Design bezeichnet.
Vor der Einführung des 74181 belegten Computer-CPUs mehrere Leiterplatten und selbst sehr einfache Computer konnten mehrere Schränke füllen. Der 74181 ermöglichte es, eine ganze CPU und in einigen Fällen einen ganzen Computer auf einer einzigen großen Leiterplatte zu bauen . Der 74181 nimmt eine historisch bedeutsame Stufe zwischen älteren CPUs ein, die auf diskreten Logikfunktionen, die über mehrere Leiterplatten verteilt sind, und modernen Mikroprozessoren, die alle CPU-Funktionen in einem einzigen Chip enthalten, basieren. Der 74181 wurde ab den 1970er Jahren in verschiedenen Minicomputern und anderen Geräten verwendet, aber als Mikroprozessoren leistungsfähiger wurden, fiel die Praxis, eine CPU aus diskreten Komponenten zu bauen, in Ungnade und der 74181 wurde in keinen neuen Designs verwendet.
Heute
Bis 1994 waren CPU-Designs auf Basis des 74181 aufgrund des vergleichsweise niedrigen Preises und der hohen Leistung von Mikroprozessoren nicht mehr rentabel. Der 74181 ist jedoch nach wie vor für den Unterricht in Computerorganisation und CPU-Design von Interesse, da er Möglichkeiten für praktisches Design und Experimentieren bietet, die Studenten selten zur Verfügung stehen.
- Digital Electronics with VHDL (Quartus II Version) Rezension im Journal of Modern Engineering, Band 7, Nummer 2, Frühjahr 2007.
- A Minimal TTL Processor for Architecture Exploration Ein Artikel, der beschreibt, wie der 74181 verwendet werden kann, um CPU-Architektur zu lehren.
- Ein Hardware-Labor für den Computerorganisationskurs an kleinen Hochschulen – Ein weiteres Beispiel dafür, wie der 74181 heute in einer Lehrumgebung eingesetzt wird.
- 74181 + 74182 Demonstration Java-basierter Simulator
- APOLLO181 (von Gianluca.G, Italien 2012): ein selbstgebauter Lernprozessor aus TTL-Logik und bipolaren Speichern, basierend auf den Bugbook® I- und II-Chips, insbesondere auf dem 74181.
- Bauen Sie Ihren Computer mit LOGIC & MEMORY, vor dem Aufkommen des Mikroprozessors ein Video, das die Geschichte und den Einsatz des 74181 ALU im Bildungsbereich zeigt.
Computers
Viele Computer-CPUs und -Subsysteme basierten auf dem 74181, darunter mehrere historisch bedeutsame Modelle.
- NOVA – Erster weit verbreiteter 16-Bit- Minicomputer von Data General . NOVA 1200 war de facto der erste kommerzielle Minicomputer im Jahr 1970, der den 74181 . verwendet
- Mehrere Modelle des PDP-11 – Der beliebteste Minicomputer aller Zeiten, hergestellt von Digital Equipment Corporation .
- Xerox Alto – Der erste Computer, der die Desktop-Metapher und die grafische Benutzeroberfläche (GUI) verwendet.
- VAX-11/780 – Der erste VAX , der beliebteste 32-Bit- Computer der 1980er Jahre, hergestellt von Digital Equipment Corp.
- Three Rivers PERQ , eine kommerzielle Computer-Workstation, die vom Xerox Alto beeinflusst und erstmals 1979 veröffentlicht wurde.
- Computer Automation Naked Mini LSI, ein Computer, der in LSI-IC-Testgeräten und in der Prozesssteuerung Verwendung fand.
- KMC11 – Peripherieprozessor für Digital Equipment Corporation PDP-11 .
- FPP-12 – Gleitkommaeinheit für die Digital Equipment Corp. PDP-12 .
- Wang 2200 CPU (ein 74181 pro CPU) und Festplattencontroller (2 74181s pro Controller)
- TI-990 – Texas Instruments ' Serie von 16-Bit-Minicomputern.
- Honeywell Option 1100 – Die sogenannte "Scientific Unit" Option für Honeywell H200/H2000 Mainframes.
- Datapoint 2200 Version II und Folgemaschinen, Datapoint 5500, 6600 und 1800/3800 – Der Computer, der die Architektur für den Intel 8008 definierte .
- Cogar System 4 / Singer 1501 / ICL 1501 Intelligentes Terminal
- Varian Data Machines – 16-Bit-Minicomputer der V70-Serie
Andere Verwendungen
- Vector - Arcade - Spiel - Plattform von verwendete Cinema für verschiedene Arcade - Spiele , darunter Space Wars , Starhawk , Krieger , Star Castle und andere verwendet drei 25LS181 - Chips in seinem 12-Bit - Prozessor.
Siehe auch
- Arithmetik-Logikeinheit
- Mikrosequenzer
- Integrierte Schaltungen der Serie 7400
- Liste der integrierten Schaltkreise der Serie 7400
Verweise
Externe Links
Datenblätter des Herstellers: