El 74181 es una unidad lógica aritmética de corte de 4 bits (ALU), implementada como un circuito integrado TTL de la serie 7400 . La primera ALU completa en un solo chip, [1] se utilizó como núcleo aritmético / lógico en las CPU de muchas miniordenadores y otros dispositivos de importancia histórica .
El 74181 representa un paso evolutivo entre las CPU de la década de 1960, que se construyeron utilizando puertas lógicas discretas , y las CPU con microprocesador de un solo chip de la actualidad . Aunque ya no se usa en productos comerciales, el 74181 todavía se hace referencia en libros de texto de organización de computadoras y documentos técnicos. También se utiliza a veces en cursos universitarios prácticos para formar futuros arquitectos informáticos .
Especificaciones
El 74181 es un circuito integrado TTL de integración de escala media (MSI) de la serie 7400 , que contiene el equivalente a 75 puertas lógicas [2] y normalmente se empaqueta como un DIP de 24 pines . La ALU de 4 bits de ancho puede realizar todas las operaciones tradicionales de suma / resta / disminución con o sin acarreo, así como AND / NAND, OR / NOR, XOR y shift . Están disponibles muchas variaciones de estas funciones básicas, para un total de 16 operaciones aritméticas y 16 lógicas en dos palabras de cuatro bits. Las funciones de multiplicar y dividir no se proporcionan, pero se pueden realizar en varios pasos utilizando las funciones de cambio y sumar o restar. Shift no es una función explícita, pero puede derivarse de varias funciones disponibles; por ejemplo, seleccionar la función "A más A" con acarreo (M = 0) dará un desplazamiento aritmético a la izquierda de la entrada A.
El 74181 realiza estas operaciones en dos operandos de cuatro bits que generan un resultado de cuatro bits con acarreo en 22 nanosegundos (45 MHz). El 74S181 realiza las mismas operaciones en 11 nanosegundos (90 MHz), mientras que el 74F181 realiza las operaciones en 7 nanosegundos (143 MHz) (típico).
Se pueden combinar múltiples 'porciones' para tamaños de palabras arbitrariamente grandes. Por ejemplo, se pueden combinar dieciséis 74S181 y cinco 74S182 generadores de acarreo anticipados para realizar las mismas operaciones en operandos de 64 bits en 28 nanosegundos (36 MHz). Aunque eclipsado por el rendimiento de los microprocesadores de 64 bits de varios gigahercios de hoy en día, esto fue bastante impresionante en comparación con las velocidades de reloj de sub megahercios de los primeros microprocesadores de cuatro y ocho bits.
Tabla de funciones
Selección | Entradas y salidas activas bajas | Entradas y salidas activas altas | |||||
S3 | S2 | S1 | S0 | Lógica (M = 1) | Aritmética (M = 0) (Cn = 0) | Lógica (M = 1) | Aritmética (M = 0) (Cn = 1) |
0 | 0 | 0 | 0 | menos | |||
0 | 0 | 0 | 1 | menos | |||
0 | 0 | 1 | 0 | menos | |||
0 | 0 | 1 | 1 | Lógica 1 | 0 lógico | ||
0 | 1 | 0 | 0 | más | más | ||
0 | 1 | 0 | 1 | más | más | ||
0 | 1 | 1 | 0 | menos menos | menos | ||
0 | 1 | 1 | 1 | menos | |||
1 | 0 | 0 | 0 | más | más | ||
1 | 0 | 0 | 1 | más | más más 1 | ||
1 | 0 | 1 | 0 | más | más | ||
1 | 0 | 1 | 1 | menos | |||
1 | 1 | 0 | 0 | 0 lógico | más | Lógica 1 | más |
1 | 1 | 0 | 1 | más | más | ||
1 | 1 | 1 | 0 | más | más | ||
1 | 1 | 1 | 1 | menos |
Significado
El 74181 simplificó enormemente el desarrollo y la fabricación de computadoras y otros dispositivos que requerían computación de alta velocidad desde finales de la década de 1960 hasta principios de la de 1980, y todavía se le conoce como un diseño de ALU "clásico". [4]
Antes de la introducción del 74181, las CPU de las computadoras ocupaban varias placas de circuito e incluso las computadoras muy simples podían llenar varios gabinetes. El 74181 permitió que se construyera una CPU completa y, en algunos casos, una computadora completa en una sola placa de circuito impreso grande . El 74181 ocupa una etapa históricamente significativa entre las CPU más antiguas basadas en funciones lógicas discretas distribuidas en múltiples placas de circuito y microprocesadores modernos que incorporan todas las funciones de la CPU en un solo chip. El 74181 se usó en varios miniordenadores y otros dispositivos a partir de la década de 1970, pero a medida que los microprocesadores se hicieron más poderosos, la práctica de construir una CPU a partir de componentes discretos cayó en desgracia y el 74181 no se usó en ningún diseño nuevo.
Hoy
En 1994, los diseños de CPU basados en el 74181 no eran comercialmente viables debido al precio comparativamente bajo y al alto rendimiento de los microprocesadores. Sin embargo, el 74181 sigue siendo de interés en la enseñanza de la organización de computadoras y el diseño de CPU porque brinda oportunidades para el diseño práctico y la experimentación que rara vez están disponibles para los estudiantes. [5]
- Revisión de electrónica digital con VHDL (versión Quartus II) en Journal of Modern Engineering, volumen 7, número 2, primavera de 2007.
- Un procesador TTL mínimo para la exploración de la arquitectura un artículo que describe cómo se puede utilizar el 74181 para enseñar la arquitectura de la CPU.
- Un laboratorio de hardware para el curso de organización de computadoras en universidades pequeñas : otro ejemplo de cómo se usa el 74181 hoy en día en un entorno de enseñanza.
- 74181 + 74182 simulador de demostración basado en Java
- APOLLO181 (de Gianluca.G, Italia 2012): un procesador educativo casero hecho de lógicas TTL y memorias bipolares, basado en los chips Bugbook® I y II, en particular en el 74181.
- Construya su computadora usando LOGIC & MEMORY, antes de la llegada del microprocesador, un video que muestra la historia y el uso educativo del 74181 ALU.
Ordenadores
Muchas CPU y subsistemas de computadoras se basaron en el 74181, incluidos varios modelos históricamente significativos.
- NOVA - Primera minicomputadora de 16 bits ampliamente disponible fabricada por Data General . NOVA 1200 fue de facto el primer miniordenador comercial en 1970 en utilizar el 74181 [6]
- Varios modelos del PDP-11 [7] - El miniordenador más popular de todos los tiempos, [8] fabricado por Digital Equipment Corporation .
- Xerox Alto : la primera computadora en utilizar la metáfora del escritorio y la interfaz gráfica de usuario (GUI). [9] [10]
- VAX-11/780 - El primer VAX , la computadora de 32 bits más popular de la década de 1980 [8] fabricada por Digital Equipment Corp. [11]
- Three Rivers PERQ , una estación de trabajo informática comercial influenciada por Xerox Alto y lanzada por primera vez en 1979. [12]
- Computer Automation Naked Mini LSI, una computadora que encontró uso en equipos de prueba LSI IC y control de procesos.
- KMC11 - Procesador periférico para Digital Equipment Corporation PDP-11 . [13]
- FPP-12 - Unidad de coma flotante para Digital Equipment Corp. PDP-12 . [14]
- Wang 2200 CPU (una 74181 por CPU) [15] y controlador de disco (2 74181 por controlador) [16]
- TI-990 - Serie de miniordenadores de 16 bits de Texas Instruments .
- Opción 1100 de Honeywell: la opción denominada "unidad científica" para los mainframes de la serie Honeywell H200 / H2000.
- Datapoint 2200 Versión II [17] y las siguientes máquinas, Datapoint 5500, 6600 y 1800/3800: la computadora que definió la arquitectura para Intel 8008 .
- Terminal inteligente Cogar System 4 / Singer 1501 / ICL 1501 [18]
- Máquinas de datos Varian - Serie V70 de miniordenadores de 16 bits
Otros usos
- Vectorbeam : la plataforma de juegos de arcade utilizada por Cinematronics para varios juegos de arcade, incluidos Space Wars , Starhawk , Warrior , Star Castle y otros, utiliza tres chips 25LS181 en su procesador de 12 bits. [19]
Ver también
- Unidad aritmética lógica
- Microsecuenciador
- Circuitos integrados de la serie 7400
- Lista de circuitos integrados de la serie 7400
Referencias
- ^ Daniel P. Sieworek ; C. Gordon Bell ; Allen Newell . "Capítulo 6: Estructura" . Estructuras informáticas: principios y ejemplos (PDF) . pag. 63.
El chip más antiguo y famoso, la unidad lógica aritmética (ALU) 74181, proporcionaba hasta 32 funciones de dos variables de 4 bits.
- ^ Miles Murdocca, Apostolos Gerasoulis y Saul Levy. "Arquitectura de computadora óptica novedosa que utiliza interconexiones reconfigurables" . 1991. p. 23. cita: "Diagrama lógico para el 74181 ... Hay 63 puertas lógicas".
- ^ "SN54LS181, SN54S181 SN74LS181, SN 74S181 UNIDADES LÓGICAS ARITMÉTICAS / GENERADORES DE FUNCIONES" (PDF) . Texas Instruments . Marzo de 1988.
- ^ Kestrel: Diseño de un procesador paralelo SIMD de 8 bits (PDF) . Proc. 17ª Conf. sobre investigación avanzada en VLSI. 15-17 de septiembre de 1997. p. 11.
- ^ Bradford J. Rodríguez. Un procesador TTL mínimo para la exploración de la arquitectura . Actas del Simposio ACM 1994 sobre Computación Aplicada.
El estudio de la arquitectura informática es a menudo un ejercicio abstracto en papel. Los estudiantes no pueden sondear el funcionamiento interno de un microprocesador de un solo chip, y pocas máquinas de lógica discreta están abiertas a la inspección de los estudiantes.
- ^ Historia del 74181 en miniordenadores comerciales
- ^ C. Gordon Bell ; J. Craig Mudge; John E. McNamara (agosto de 1979). Ingeniería informática: una visión DEC del diseño de sistemas de hardware . Prensa digital. pag. 335.336. ISBN 0-932376-00-2.
- ^ a b Bob Supnik (31 de agosto de 2004). "Simuladores: máquinas virtuales del pasado (y futuro)" . Cola de ACM . 2 (5).
- ^ "La demostración final de la computadora Xerox 'Star'" . Museo de Historia de la Computación . Archivado desde el original el 15 de noviembre de 2007 . Consultado el 28 de octubre de 2007 .
- ^ El motor analítico, página 23, volumen 2, número 2, archivo de octubre de 1994
- ^ "VAX-11/780, en Cronología de Computación Digital, 1977" . Servicios de investigación de información digital, a través de Microsoft Research (research.microsoft.com). 30 de abril de 1998 . Consultado el 2 de noviembre de 2007 .
- ^ El motor analítico, página 46, volumen 2, número 3, archivo de mayo de 1995
- ^ Primeros periféricos PDP-11
- ^ FPP-12 - La unidad de punto flotante PDP-12
- ^ Microarquitectura de CPU Wang 2200
- ^ Descripción del canal de disco Wang 2200
- ^ Paquete de dibujo Datapoint 2200 p36
- ^ "Terminal inteligente ICL 1501" . Museo de la Computación de Allard en Groningen . Archivado desde el original el 23 de abril de 2015 . Consultado el 23 de abril de 2015 .
- ^ Star Castle Op y mantenimiento . Cinematronics, Inc. 1980.
enlaces externos
Hojas de datos del fabricante:
- Texas Instruments (y generador de acarreo anticipado 74182 )
- Signetics
- Philips
- Fairchild .