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74181は、 7400シリーズTTL集積回路として実装された4ビットスライス 算術論理ユニット（ALU）です。1970年2月にテキサスインスツルメンツによって発表され、 [1]単一チップ上の最初の完全なALUでした。[2]多くの歴史的に重要なミニコンピュータやその他のデバイスのCPUの算術/論理コアとして使用されました。
74181 は、個別のロジック ゲートを使用して構築された 1960 年代の CPU と、今日のシングル チップマイクロプロセッサCPU の間の進化のステップを表しています。74181 は、市販製品では使用されなくなりましたが、コンピュータ構成の教科書や技術論文ではまだ参照されています。また、将来のコンピュータ アーキテクトを養成するための「実践的な」大学のコースで使用されることもあります。
仕様
74181は7400シリーズの 中規模集積回路（MSI） TTL 集積回路で、75個の論理ゲート[3]に相当する機能を持ち 、最も一般的には24ピンDIPとしてパッケージ化されています。4ビット幅のALUは、キャリーの有無にかかわらず、従来のすべての加算/減算/減算演算を実行できるほか、 AND /NAND、OR /NOR、XOR、シフトも実行できます。これらの基本機能にはさまざまなバリエーションが用意されており、2つの4ビットワードに対して合計16の算術演算と16の論理演算を実行できます。乗算機能と除算機能は提供されていませんが、シフト機能と加算または減算機能を使用して複数のステップで実行できます。シフトは明示的な機能ではありませんが、いくつかの利用可能な機能から派生できます。たとえば、キャリー付き（M=0）の機能「A plus A」を選択すると、A入力が 算術的に左シフトされます。
74181 は、2 つの 4 ビット オペランドに対してこれらの演算を実行し、22 ナノ秒 (45 MHz) でキャリー付きの 4 ビットの結果を生成します。74S181 は同じ演算を 11 ナノ秒 (90 MHz) で実行し、74F181 は 7 ナノ秒 (143 MHz) (標準) で演算を実行します。
複数の「スライス」を組み合わせることで、任意の大きなワード サイズを実現できます。たとえば、16 個の 74S181 と 5 個の 74S182 ルック アヘッド キャリー ジェネレータを組み合わせると、64 ビットオペランドに対して同じ操作を 28 ナノ秒 (36 MHz) で実行できます。今日のマルチ ギガヘルツ 64 ビット マイクロプロセッサのパフォーマンスには及ばないものの、初期の 4 ビットおよび 8 ビット マイクロプロセッサのサブ メガヘルツ クロック速度と比較すると、これは非常に印象的です。
実装された機能
74181は、2つの変数で16の可能な論理関数をすべて実装します。その算術関数には、キャリー付きとキャリーなしの加算と減算が含まれます。アクティブハイデータ（高論理レベルが1に対応）とアクティブローデータ（低論理レベルが1に対応）で使用できます。 [4]
入力と出力
機能を選択するためS0の から の4 つの選択入力があります。は論理演算と算術演算の選択に使用され、 はキャリー入力です。
と は処理されるデータ (4 ビット) です。は数値出力です。また、1 つまたは複数の 74182 チップを介して実装できる
キャリー ルックアヘッド加算器用の信号と信号もあります。S3MCnABFPG
出力Fの機能表
次の表では、ANDは積として、ORは符号付きで、XORは、論理NOT は上線付きで、算術プラスとマイナスは plus と minus という単語を使用して表されます。
意義
74181は、1970年代から1980年代初頭にかけて、高速計算を必要とするコンピュータやその他のデバイスの開発と製造を大幅に簡素化し、現在でも「古典的な」ALU設計として参照されています。[5]
74181 の導入以前は、コンピュータの CPU は複数の回路基板を占有し、非常に単純なコンピュータでさえ複数のキャビネットを占めることがありました。74181 により、CPU 全体、場合によってはコンピュータ全体を 1 つの大きなプリント回路基板上に構築できるようになりました。74181 は、複数の回路基板に分散した個別のロジック機能に基づく古いCPUと、すべての CPU 機能を 1 つのチップに組み込んだ最新のマイクロプロセッサとの間の、歴史的に重要な段階を占めています。74181 は 1970 年代からさまざまなミニコンピュータやその他のデバイスで使用されていましたが、マイクロプロセッサがより強力になるにつれて、個別のコンポーネントから CPU を構築する方法は好まれなくなり、74181 は新しい設計には使用されなくなりました。
今日
1994年までに、74181をベースにしたCPU設計は、マイクロプロセッサの比較的低価格と高性能のため、商業的に実現可能ではなくなった。しかし、74181は、学生にはほとんど提供されない実践的な設計と実験の機会を提供するため、コンピュータの構成とCPU設計の教育において依然として関心を集めている。[6]
- Journal of Modern Engineering、第 7 巻、第 2 号、2007 年春号に掲載された「VHDL を使用したデジタル エレクトロニクス (Quartus II バージョン)」のレビュー。
- アーキテクチャ探索のための最小限の TTL プロセッサ。74181 を使用して CPU アーキテクチャを教える方法について説明した論文。
- 小規模大学のコンピュータ組織コース用ハードウェア ラボ – 74181 が現在教育環境でどのように使用されているかを示すもう 1 つの例です。
- 74181 + 74182 デモ Java ベースのシミュレータ
- APOLLO181 (Gianluca.G 作、イタリア 2012): Bugbook I および II チップ、特に 74181 をベースにした、TTL ロジックとバイポーラ メモリで作られた自家製の教育用プロセッサ。
- ロジックとメモリを使用してコンピュータを構築します。マイクロプロセッサが登場する前の 74181 ALU の歴史と教育的使用を紹介するビデオです。
- 物理シミュレーターでエミュレートされた 74181 のプレイ可能なデモ
コンピューター
多くのコンピュータ CPU とサブシステムは 74181 をベースにしており、歴史的に重要なモデルもいくつか含まれています。
- NOVA –データジェネラル社が製造した最初の広く普及した16ビット ミニコンピュータ。NOVA 1200は1970年に74181を採用した最初の商用ミニコンピュータでした。[7]
- PDP-11のいくつかのモデル[8] – 史上最も人気のあるミニコンピュータ[9] 。Digital Equipment Corporationによって製造されました。
- Xerox Alto –デスクトップメタファーとグラフィカルユーザーインターフェイス（GUI） を採用した最初のコンピュータ。 [10] [11]
- VAX-11/780 – 最初のVAX 、 1980年代に最も人気のある32ビットコンピュータ[9]。Digital Equipment Corp. [12]が製造した。
- Three Rivers PERQ – Xerox Altoの影響を受け、1979年に初めてリリースされた商用コンピュータワークステーション。[13]
- コンピュータ自動化Naked Mini LSI – LSI IC テスト機器やプロセス制御に使用されるコンピュータ。
- KMC11 – Digital Equipment Corporation PDP-11用の周辺プロセッサ。[14]
- FPP-12 – Digital Equipment Corporation PDP-12用の浮動小数点ユニット。[15]
- Wang 2200 CPU（CPUあたり74181 1個）[16]およびディスクコントローラ（コントローラあたり74181 2個）[17]
- TI-990 – Texas Instrumentsの 16 ビット ミニコンピュータ シリーズ。
- Honeywell オプション 1100 – Honeywell H200/H2000 シリーズ メインフレーム用のいわゆる「科学ユニット」オプション。
- Datapoint 2200バージョンII [18]と後継機であるDatapoint 5500、6600、1800/3800 – Intel 8008のアーキテクチャを定義したコンピュータ。
- コガーシステム4 /シンガー1501 / ICL1501インテリジェントターミナル[19]
- Varian Data Machines – 16 ビット ミニコンピュータの V70 シリーズ
その他の用途
- Vectorbeam – CinematronicsがSpace Wars、Starhawk、Warrior、Star Castleなどのさまざまなアーケードゲームに使用しているアーケードゲーム プラットフォームは、12ビットプロセッサに3つの25LS181チップを使用しています。[20]
参照
参考文献
- ^ ヘルトゲン、ステファン編。 （2017年）。 Logik, Informationstheorie [論理、情報理論] (ドイツ語)。デ・グルイテル。 p. 115.ISBN 9783110477504– Google ブックス経由。
- ^ Daniel P. Sieworek ; C. Gordon Bell ; Allen Newell . 「第 6 章: 構造」。コンピュータ構造: 原理と例(PDF)。p. 63。
最も初期で最も有名なチップである 74181 算術論理ユニット (ALU) は、2 つの 4 ビット変数の最大 32 の機能を提供しました。
- ^ Murdocca, Miles; Gerasoulis, Apostolos; Levy, Saul (1991 年 10 月 1 日)。再構成可能な相互接続を利用した新しい光コンピュータ アーキテクチャ (レポート)。p. 23。74181
のロジック図... 63 個のロジック ゲートがあります。
- ^ 「SN54LS181、SN54S181、SN74LS181、SN 74S181 算術論理ユニット/関数ジェネレータ」(PDF)。Texas Instruments。1988 年 3 月。
- ^ Kestrel: 8 ビット SIMD 並列プロセッサの設計(PDF)。Proc. 17th Conf. on Advanced Research in VLSI。1997 年 9 月 15 ～ 17 日。p. 11。
- ^ Bradford J. Rodriguez. アーキテクチャ調査のための最小限の TTL プロセッサ。1994 ACM Symposium on Applied Computing の議事録。
コンピュータ アーキテクチャの研究は、抽象的な紙上演習になることが多い。学生はシングル チップ マイクロプロセッサの内部動作を調べることはできず、学生が検査できるディスクリート ロジック マシンはほとんどない。
- ^ 「商用ミニコンピュータにおける 74181 の歴史」。2019 年 11 月 2 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ C. Gordon Bell、J. Craig Mudge、John E. McNamara (1979 年 8 月)。コンピュータ エンジニアリング: ハードウェア システム設計の DEC の視点。Digital Press。p. 335,336。ISBN 0-932376-00-2。
- ^ ab Bob Supnik (2004 年 8 月 31 日). 「シミュレータ: 過去 (および未来) の仮想マシン」. ACM Queue . 2 (5).
- ^ 「ゼロックス『スター』コンピュータの最終デモンストレーション」。コンピュータ歴史博物館。2007年11月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年10月28日閲覧。
- ^ Del Rosso, Tom (1994 年 10 月 - 12 月)。「IC コーナー: Xerox Alto の初期の IC ALU」(PDF)。解析エンジン。2 (2)。カリフォルニア コンピュータ歴史協会: 17。
- ^ 「VAX-11/780、Digital Computing Timeline、1977」。Digital Information Research Services、Microsoft Research (research.microsoft.com) 経由。1998 年 4 月 30 日。2007年 11 月 2 日閲覧。
- ^ Duell, Tony (1995 年 5 月). 「More On The Peripatetic 74x181」(PDF) . The Analytical Engine . 2 (3). Computer History Association of California: 27.
- ^ 「初期の PDP-11 周辺機器」。2011 年 7 月 25 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007 年 10 月 28 日閲覧。
- ^ FPP12A 浮動小数点プロセッサ ユーザーズ マニュアル(PDF)。Digital Equipment Corporation。1973 年 12 月。p. 5-24。DEC-12-HFPPA-AD。
- ^ 「Wang 2200 マイクロアーキテクチャの説明」。
- ^ 「Wang 2200 ディスク チャネルの説明」。
- ^ Datapoint 2200 バージョン I および II 図面パッケージ(PDF) p. 36。
- ^ 「ICL 1501 Intelligent Terminal」。Allard 's Computer Museum Groningen。2015年4月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年4月23日閲覧。
- ^ スターキャッスルの運用とメンテナンス。Cinematronics, Inc. 1980年。
外部リンク
メーカーのデータシート:
- Texas Instruments (および 74182 先読みキャリージェネレータ)
- シグネティクス
- フィリップス
- フェアチャイルド。
チップの仕組みの説明
- ビンテージ 74181 ALU チップの内部: 仕組みと奇妙な点