74181

El 74181 es una unidad lógica aritmética (ALU) de 4 bits , implementada como un circuito integrado TTL de la serie 7400. Introducido por Texas Instruments en febrero de 1970, ^[1] fue la primera ALU completa en un solo chip. ^[2] Se utilizó como núcleo aritmético/lógico en las CPU de muchas minicomputadoras 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 los microprocesadores de un solo chip de la década de 1970. Aunque ya no se utiliza en productos comerciales, el 74181 más tarde se utilizó en cursos prácticos de arquitectura informática y todavía se hace referencia a él en libros de texto y documentos técnicos.

El 74181 es un circuito integrado TTL de integración a escala media (MSI) de la serie 7400 , que contiene el equivalente a 75 puertas lógicas ^{[3] y que se empaqueta más comúnmente como un} DIP de 24 pines . La ALU de 4 bits de ancho puede realizar todas las operaciones tradicionales de suma/resta/decremento con o sin acarreo, así como AND /NAND, OR /NOR, XOR y shift . Hay muchas variaciones disponibles de estas funciones básicas, para un total de 16 operaciones aritméticas y 16 operaciones lógicas en dos palabras de cuatro bits. No se proporcionan funciones de multiplicación y división, pero se pueden realizar en varios pasos utilizando las funciones shift y suma o resta. Shift no es una función explícita, pero se puede derivar 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 y genera 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) (normal).

Se pueden combinar múltiples segmentos para obtener tamaños de palabra arbitrarios. Por ejemplo, se pueden combinar dieciséis generadores de acarreo anticipado 74S181 y cinco 74S182 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 la actualidad, esto fue bastante impresionante en comparación con las velocidades de reloj de submegahercios de los primeros microprocesadores de cuatro y ocho bits.

El 74181 implementa las 16 funciones lógicas posibles con dos variables. Sus funciones aritméticas incluyen suma y resta con y sin acarreo. Se puede utilizar con datos activos altos, en los que un nivel lógico alto corresponde a 1, y datos activos bajos, en los que un nivel lógico bajo corresponde a 1. ^[4]

Hay cuatro entradas de selección, S0a S3, para seleccionar la función. Mse utiliza para seleccionar entre operaciones lógicas y aritméticas, y Cnes el carry-in. Ay Bson los datos que se van a procesar (cuatro bits). Fes la salida numérica. También hay Py Gseñales para un sumador de carry-lookahead , que se puede implementar mediante uno o varios chips 74182.

En la siguiente tabla, AND se denota como un producto, OR con un signo, XOR con , NOT lógico con una barra superior y más y menos aritméticos usando las palabras más y menos. ${\estilo de visualización +}$${\displaystyle \oplus}$

El 74181 simplificó enormemente el desarrollo y la fabricación de computadoras y otros dispositivos que requerían computación de alta velocidad durante la década de 1970 hasta principios de la década de 1980, y todavía se lo considera un diseño de ALU "clásico". ^[5]

Antes de la introducción del 74181, las CPU de las computadoras ocupaban varias placas de circuitos e incluso las computadoras más simples podían llenar varios gabinetes. El 74181 permitió que una CPU completa y, en algunos casos, una computadora completa se construyeran 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 varias placas de circuitos y los microprocesadores modernos que incorporan todas las funciones de la CPU en un solo chip. El 74181 se utilizó en varias minicomputadoras y otros dispositivos a partir de la década de 1970, pero a medida que los microprocesadores se volvieron más potentes, la práctica de construir una CPU a partir de componentes discretos cayó en desuso y el 74181 no se utilizó en ningún diseño nuevo.

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, pero todavía eran útiles para enseñar la organización de computadoras y el diseño de CPU porque brindaban oportunidades para el diseño y la experimentación prácticos. ^[6]

• 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.
• En un laboratorio de hardware para el curso de organización de computadoras en pequeñas universidades en 2003, se utilizó el 74LS181 en una clase de laboratorio.
• Simulador de demostración basado en Java 74181 + 74182
• APOLLO181 (por Gianluca.G, Italia 2012): un procesador educativo casero hecho con lógica TTL y memorias bipolares, basado en los chips Bugbook I y II, en particular en el 74181.
• Construya su computadora usando LÓGICA y MEMORIA, antes de la llegada del microprocesador, un video que muestra la historia y el uso educativo de la ALU 74181.
• Una demostración jugable del 74181 emulado en un simulador de física

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 . La NOVA 1200 fue la primera minicomputadora comercial en 1970 que utilizó el 74181. ^[7]
• Varios modelos de la PDP-11 ^[8]  – La minicomputadora más popular de todos los tiempos, ^[9] fabricada por Digital Equipment Corporation .
• Xerox Alto  : la primera computadora que utilizó la metáfora del escritorio y la interfaz gráfica de usuario (GUI). ^{[10] [11]}
• VAX-11/780  – El primer VAX , el ordenador de 32 bits más popular de la década de 1980 ^[9] fabricado por Digital Equipment Corp. ^[12]
• Three Rivers PERQ  : una estación de trabajo informática comercial influenciada por Xerox Alto y lanzada por primera vez en 1979. ^[13]
• Computer Automation Naked Mini LSI: una computadora que se utilizó en equipos de prueba de circuitos integrados LSI y control de procesos.
• KMC11 – Procesador periférico para PDP-11 de Digital Equipment Corporation . ^[14]
• FPP-12 – Unidad de punto flotante para el PDP-12 de Digital Equipment Corporation . ^[15]
• CPU Wang 2200 (un 74181 por CPU) ^[16] y controlador de disco (dos 74181 por controlador) ^[17]
• TI-990  – Serie de minicomputadoras de 16 bits de Texas Instruments .
• Opción 1100 de Honeywell: la opción denominada "unidad científica" para los mainframes de la serie H200/H2000 de Honeywell.
• Datapoint 2200 versión II ^[18] y máquinas posteriores, Datapoint 5500, 6600 y 1800/3800: la computadora que definió la arquitectura para el Intel 8008 .
• Terminal inteligente Cogar System 4 / Singer 1501 / ICL 1501 ^[19]
• Varian Data Machines  : serie V70 de minicomputadoras de 16 bits

• Vectorbeam  : la plataforma de juegos arcade utilizada por Cinematronics para varios juegos arcade, incluidos Space Wars , Starhawk , Warrior , Star Castle y otros, utiliza tres chips 25LS181 en su procesador de 12 bits. ^[20]

• Unidad aritmética lógica
• Microsecuenciador
• Circuitos integrados de la serie 7400
• Lista de circuitos integrados de la serie 7400

Fichas técnicas del fabricante:

• Texas Instruments (y generador de acarreo anticipado 74182)
• Señalética
• Philips
• Niño justo.

Explicación de cómo funciona el chip

• Dentro del chip ALU 74181 vintage: cómo funciona y por qué es tan extraño
• Dentro del chip 74181 ALU: fotos de la matriz e ingeniería inversa que muestran su plano de planta y la disposición de los transistores de algunas de sus puertas