74181 представляет собой 4-битовый срез арифметико - логическое устройство (АЛУ), реализован в виде серии 7400 TTL интегральной схемы . Первый полный АЛУ на одном кристалле [1], он использовался в качестве арифметического / логического ядра в процессорах многих исторически значимых мини-компьютеров и других устройств.
74181 представляет собой эволюционный шаг между процессорами 1960-х годов, которые были построены с использованием дискретных логических элементов , и современными однокристальными микропроцессорными процессорами. Хотя 74181 больше не используется в коммерческих продуктах, он по-прежнему упоминается в учебниках по компьютерной организации и технических документах. Его также иногда используют в «практических» курсах колледжей для обучения будущих компьютерных архитекторов .
Характеристики
74181 - это ТТЛ- интегральная схема средней интеграции (MSI) серии 7400 , содержащая эквивалент 75 логических вентилей [2] и чаще всего упакованная как 24-контактный DIP . 4-битный широкий АЛУ может выполнять все традиционные добавления / вычитания / декремент операции с или без переноса, а также И / NAND, OR / NOR, XOR и сдвига . Доступно множество вариантов этих основных функций, в общей сложности 16 арифметических и 16 логических операций над двумя четырехбитными словами. Функции умножения и деления не предусмотрены, но могут выполняться в несколько этапов с использованием функций сдвига и сложения или вычитания. Shift не является явной функцией, но может быть получен из нескольких доступных функций; например, выбор функции «A плюс A» с переносом (M = 0) даст арифметический сдвиг влево входа A.
74181 выполняет эти операции с двумя четырехбитными операндами, генерируя четырехбитовый результат с переносом за 22 наносекунды (45 МГц). 74S181 выполняет те же операции за 11 наносекунд (90 МГц), а 74F181 выполняет операции за 7 наносекунд (143 МГц) (типичное значение).
Несколько «фрагментов» можно комбинировать для получения слова произвольно большого размера. Например, шестнадцать 74S181 и пять генераторов упреждающего переноса 74S182 могут быть объединены для выполнения одних и тех же операций с 64-битными операндами за 28 наносекунд (36 МГц). Несмотря на то, что производительность сегодняшних многомигагерцовых 64-битных микропроцессоров затмевается производительностью, это было весьма впечатляюще по сравнению с тактовой частотой менее мегагерцовых частот ранних четырех- и восьмиразрядных микропроцессоров.
Таблица функций
Выбор | Активно-низкие входы и выходы | Активно-высокие входы и выходы | |||||
S3 | S2 | S1 | S0 | Логика (M = 1) | Арифметика (M = 0) (Cn = 0) | Логика (M = 1) | Арифметика (M = 0) (Cn = 1) |
0 | 0 | 0 | 0 | минус | |||
0 | 0 | 0 | 1 | минус | |||
0 | 0 | 1 | 0 | минус | |||
0 | 0 | 1 | 1 | Логический 1 | Логический 0 | ||
0 | 1 | 0 | 0 | плюс | плюс | ||
0 | 1 | 0 | 1 | плюс | плюс | ||
0 | 1 | 1 | 0 | минус минус | минус | ||
0 | 1 | 1 | 1 | минус | |||
1 | 0 | 0 | 0 | плюс | плюс | ||
1 | 0 | 0 | 1 | плюс | плюс плюс 1 | ||
1 | 0 | 1 | 0 | плюс | плюс | ||
1 | 0 | 1 | 1 | минус | |||
1 | 1 | 0 | 0 | Логический 0 | плюс | Логический 1 | плюс |
1 | 1 | 0 | 1 | плюс | плюс | ||
1 | 1 | 1 | 0 | плюс | плюс | ||
1 | 1 | 1 | 1 | минус |
Значимость
74181 значительно упростил разработку и производство компьютеров и других устройств, которые требовали высокоскоростных вычислений в конце 1960-х - начале 1980-х годов, и до сих пор считается «классической» конструкцией ALU. [4]
До появления 74181 процессоры компьютеров занимали несколько печатных плат, и даже очень простые компьютеры могли занимать несколько шкафов. 74181 позволял построить весь ЦП, а в некоторых случаях и весь компьютер на одной большой печатной плате . 74181 занимает исторически значимое место между старыми процессорами, основанными на дискретных логических функциях, распределенных по нескольким печатным платам, и современными микропроцессорами, которые объединяют все функции процессора в одном кристалле. 74181 использовался в различных мини-компьютерах и других устройствах, начиная с 1970-х годов, но по мере того, как микропроцессоры стали более мощными, практика создания ЦП из дискретных компонентов вышла из моды, и 74181 не использовался ни в каких новых конструкциях.
Сегодня
К 1994 году конструкции ЦП на базе 74181 не были коммерчески жизнеспособными из-за сравнительно низкой цены и высокой производительности микропроцессоров. Тем не менее, 74181 по-прежнему представляет интерес для преподавания компьютерной организации и проектирования ЦП, поскольку он предоставляет возможности для практического проектирования и экспериментов, которые редко доступны студентам. [5]
- Обзор цифровой электроники с VHDL (версия Quartus II) в Journal of Modern Engineering, том 7, номер 2, весна 2007 г.
- A Minimal TTL Processor for Architecture Exploration - документ, описывающий, как 74181 можно использовать для обучения архитектуре ЦП.
- Аппаратная лаборатория для курса компьютерной организации в небольших колледжах - еще один пример того, как 74181 используется сегодня в учебной среде.
- 74181 + 74182 демонстрационный симулятор на базе Java
- APOLLO181 (Gianluca.G, Италия, 2012 г.): самодельный образовательный процессор, созданный из логики TTL и биполярной памяти, основанный на микросхемах Bugbook® I и II, в частности, на 74181.
- Создайте свой компьютер, используя LOGIC & MEMORY, до появления микропроцессоров видео, показывающее историю и использование 74181 ALU в образовательных целях.
Компьютеры
Многие процессоры и подсистемы компьютеров были основаны на 74181, включая несколько исторически значимых моделей.
- NOVA - первый широко доступный 16-битный миникомпьютер, произведенный Data General . В 1970 году NOVA 1200 была де-факто первым коммерческим мини-компьютером, в котором использовался 74181 [6]
- Несколько моделей PDP-11 [7] - самого популярного миникомпьютера всех времен [8] производства Digital Equipment Corporation .
- Xerox Alto - первый компьютер, использующий метафору рабочего стола и графический интерфейс пользователя (GUI). [9] [10]
- VAX-11/780 - первый VAX , самый популярный 32-битный компьютер 1980-х годов [8], произведенный Digital Equipment Corp. [11]
- Three Rivers PERQ , коммерческая компьютерная рабочая станция, созданная под влиянием Xerox Alto и впервые выпущенная в 1979 году. [12]
- Компьютерная автоматизация Naked Mini LSI, компьютер, нашедший применение в испытательном оборудовании LSI IC и управлении процессами.
- KMC11 - Периферийный процессор для PDP-11 Digital Equipment Corporation . [13]
- FPP-12 - модуль с плавающей запятой для Digital Equipment Corp. PDP-12 . [14]
- ЦП Wang 2200 (по одному 74181 на ЦП) [15] и контроллер диска (2 74181 на контроллер) [16]
- TI-990 - серия 16-битных миникомпьютеров Texas Instruments .
- Опция Honeywell 1100 - опция так называемой «научной единицы» для мэйнфреймов Honeywell серии H200 / H2000.
- Datapoint 2200 Version II [17] и последующие машины, Datapoint 5500, 6600 и 1800/3800 - компьютер, который определил архитектуру Intel 8008 .
- Cogar System 4 / Singer 1501 / Интеллектуальный терминал ICL 1501 [18]
- Varian Data Machines - серия 16-разрядных миникомпьютеров V70
Другое использование
- Vectorbeam - Аркадная игра платформы используется Cinematronics для различных аркадных игр , включая Space Wars , Starhawk , Воин , Star замок и другие использует три 25LS181 чипы в 12-битный процессор. [19]
Смотрите также
- Арифметико-логическое устройство
- Микросеквенсор
- Интегральные схемы серии 7400
- Список интегральных схем серии 7400
Рекомендации
- ^ Даниэль П. Севорек ; К. Гордон Белл ; Аллен Ньюэлл . «Глава 6: Структура» . Компьютерные структуры: принципы и примеры (PDF) . п. 63.
Самый ранний и самый известный чип, арифметико-логический блок (ALU) 74181, обеспечивал до 32 функций двух 4-битных переменных.
- ^ Miles Murdocca, Апостолос Джерасулис, и Саул Леви. «Новая оптическая компьютерная архитектура, использующая реконфигурируемые межсоединения» . 1991. стр. 23. Цитата: «Логическая схема 74181 ... Имеется 63 логических элемента».
- ^ "SN54LS181, SN54S181 SN74LS181, SN 74S181 АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ЛОГИЧЕСКИЕ БЛОКИ / ГЕНЕРАТОРЫ ФУНКЦИЙ" (PDF) . Техасские инструменты . Март 1988 г.
- ^ Kestrel: Дизайн 8-битного параллельного процессора SIMD (PDF) . Proc. 17-я конф. по перспективным исследованиям в СБИС. 15–17 сентября 1997 г. с. 11.
- ^ Брэдфорд Дж. Родригес. Процессор с минимальным TTL для исследования архитектуры . Труды Симпозиума ACM 1994 г. по прикладным вычислениям.
Изучение компьютерной архитектуры часто является абстрактным, бумажным упражнением. Студенты не могут исследовать внутреннюю работу однокристального микропроцессора, и несколько машин с дискретной логикой открыты для изучения студентами.
- ^ История 74181 в коммерческих мини-компьютерах
- ^ К. Гордон Белл ; Дж. Крейг Мадж; Джон Э. Макнамара (август 1979 г.). Компьютерная инженерия: взгляд DEC на проектирование аппаратных систем . Цифровая пресса. п. 335 336. ISBN 0-932376-00-2.
- ^ а б Боб Супник (31 августа 2004 г.). «Симуляторы: виртуальные машины прошлого (и будущего)» . Очередь ACM . 2 (5).
- ^ «Финальная демонстрация компьютера Xerox 'Star'» . Музей истории компьютеров . Архивировано из оригинала на 2007-11-15 . Проверено 28 октября 2007 .
- ^ Аналитической машины, Page 23, том 2, выпуск 2, октябрь 1994 Архив
- ^ «VAX-11/780, в хронологии цифровых вычислений, 1977» . Службы исследования цифровой информации через Microsoft Research (research.microsoft.com). 30 апреля 1998 . Проверено 2 ноября 2007 .
- ^ Аналитической машины, Page 46, том 2, выпуск 3, май 1995 Архив
- ^ Ранние периферийные устройства PDP-11
- ^ FPP-12 - Устройство с плавающей запятой PDP-12
- ^ Микроархитектура ЦП Ван 2200
- ^ Wang 2200 Описание дискового канала
- ^ Пакет чертежей Datapoint 2200, стр. 36
- ^ «Интеллектуальный терминал ICL 1501» . Компьютерный музей Алларда в Гронингене . Архивировано из оригинала 23 апреля 2015 года . Проверено 23 апреля 2015 года .
- ^ Звездный замок. Операция и обслуживание . Cinematronics, Inc. 1980.
Внешние ссылки
Паспорта производителя:
- Texas Instruments (и генератор упреждающего переноса 74182 )
- Печатки
- Philips
- Фэирчайлд .