74181

El 74181 es una unidad aritmético-lógica (ALU) de 4 bits , implementada como un circuito integrado TTL de la serie 7400. Presentado 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 gran importancia histórica.

El 74181 representa un paso evolutivo entre las CPU de la década de 1960, construidas con 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 se empleó posteriormente en cursos prácticos de arquitectura de computadoras y aún se menciona en libros de texto y artículos 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 se suele encapsular en un DIP de 24 pines . La ALU de 4 bits puede realizar todas las operaciones tradicionales de suma, resta y decremento con o sin acarreo, así como AND /NAND, OR /NOR, XOR y desplazamiento . Hay muchas variaciones de estas funciones básicas disponibles, para un total de 16 operaciones aritméticas y 16 lógicas en dos palabras de cuatro bits. Las funciones de multiplicación y división no están incluidas, pero se pueden realizar en varios pasos utilizando las funciones de desplazamiento y suma o resta.

El desplazamiento no es una función explícita, sino que puede derivarse de varias funciones disponibles; por ejemplo, al seleccionar la función "A más A" con acarreo (M=0) se producirá un desplazamiento aritmético a la izquierda de la entrada A. No se admiten desplazamientos a la derecha.

El 74181 realiza operaciones con dos operandos de cuatro bits, generando 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 las realiza en 7 nanosegundos (143  MHz) (típico).

Se pueden combinar varias secciones para obtener palabras de tamaño arbitrariamente grande. Por ejemplo, dieciséis generadores de acarreo con anticipación 74S181 y cinco 74S182 se pueden combinar para realizar las mismas operaciones con operandos de 64 bits en 28 nanosegundos (36  MHz). Si bien este rendimiento queda eclipsado por el de los microprocesadores de 64 bits multigigahertz actuales, resultaba bastante impresionante en comparación con las velocidades de reloj de un solo dígito en megahercios de los primeros microprocesadores de ocho bits.

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 le considera un diseño de ALU "clásico". ^{[ 5 ]}

Antes de la introducción del 74181, las CPU de las computadoras ocupaban múltiples placas de circuitos impresos, e incluso las computadoras más sencillas podían llenar varios gabinetes. El 74181 permitió construir una CPU completa, y en algunos casos, una computadora completa, en una sola placa de circuito impreso de gran tamaño . El 74181 ocupa una etapa históricamente significativa entre las CPU antiguas basadas en lógica de integración a pequeña escala (SSI) distribuidas en múltiples placas de circuitos impresos y los microprocesadores modernos que integran todas las funciones de la CPU en un solo chip. El 74181 se utilizó en diversas 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 con componentes discretos cayó en desuso y el 74181 no se utilizó en ningún diseño nuevo.

Para 1994, los diseños de CPU basados ​​en el 74181 no eran comercialmente viables debido al precio relativamente bajo y el alto rendimiento de los microprocesadores, pero aún resultaban útiles para la enseñanza de la organización de computadoras y el diseño de CPU , ya que brindaban oportunidades para el diseño y la experimentación prácticos. ^{[ 6 ]}

• Reseña de "Electrónica digital con VHDL (versión Quartus II)" en la revista Journal of Modern Engineering, volumen 7, número 2, primavera de 2007.
• Un procesador TTL mínimo para la exploración de arquitectura: un artículo que describe cómo se puede utilizar el 74181 para enseñar arquitectura de CPU.
• En 2003 , un laboratorio de hardware para el curso de Organización de Computadoras en universidades pequeñas utilizó el modelo 74LS181 en una clase práctica.
• 74181 + 74182 Demostración Simulador basado en Java
• APOLLO181 (por Gianluca.G, Italia 2012): un procesador educativo casero hecho de lógica TTL y memorias bipolares, basado en los chips Bugbook I y II, en particular en el 74181.
• Construye tu ordenador utilizando lógica y memoria, antes de la llegada del microprocesador: un vídeo que muestra la historia y el uso educativo de la ALU 74181.
• Una demo jugable del 74181 emulada en un simulador de física.
• Los paquetes PDIP y CERDIP 74181+74182 todavía se fabrican y están disponibles para prototipado. ^{[ 7 ]}

Muchos procesadores y subsistemas informáticos se basaron en el chip 74181, incluidos varios modelos de gran importancia histórica.

• NOVA 1200 – Presentada en 1970 por Data General , fue la primera minicomputadora comercial de 16 bits en utilizar el 74181. Curiosamente, utiliza solo un 74181, procesando los datos cuatro veces. La posterior Nova 800 utiliza cuatro 74181. ^{[ 8 ]} 
• Varios modelos del PDP-11 ^{[ 9 ]} – El miniordenador más popular de todos los tiempos, ^{[ 10 ]} fabricado por Digital Equipment Corporation . 
• Xerox Alto : la primera computadora en utilizar la metáfora del escritorio y la interfaz gráfica de usuario (GUI). ^{[ 11 ] [ 12 ]} 
• VAX-11/780 – El primer VAX , el ordenador de 32 bits más popular de la década de 1980 ^{[ 10 ]} fabricado por Digital Equipment Corp. ^{[ 13 ]} 
• Three Rivers PERQ : una estación de trabajo informática comercial influenciada por la Xerox Alto y lanzada por primera vez en 1979. ^{[ 14 ]} 
• Automatización informática Naked Mini LSI-2 : LSI se utiliza indebidamente como gancho de marketing. No utilizaba un procesador LSI, sino cuatro 74181. ^{[ 15 ]} 
• KMC11 – Procesador periférico para Digital Equipment Corporation PDP-11 . ^{[ 16 ]} 
• FPP-12 – Unidad de punto flotante para el PDP-12 de Digital Equipment Corporation . ^{[ 17 ]} 
• CPU Wang 2200 (un 74181 por CPU) ^{[ 18 ]} y controlador de disco (dos 74181 por controlador) ^{[ 19 ]}
• TI-980A/980B – Minicomputadoras de 16 bits de Texas Instruments . ^{[ 20 ]} 
• TI-990 – Minicomputadoras de 16 bits de Texas Instruments. ^{[ 21 ]} 
• Opción 1100 de Honeywell : la denominada opción de "unidad científica" para los mainframes de la serie Honeywell H200 /H2000. 
• El Datapoint 2200 Versión II utilizó dos 74181 ^{[ 22 ]} al igual que las máquinas posteriores, el Datapoint 5500, 6600 y 1800/3800 , los sucesores del ordenador que definió la arquitectura del Intel 8008 . 
• Sistema Cogar 4 / Singer 1501 / Terminal inteligente ICL 1501 ^{[ 23 ]}
• Varian Data Machines – Serie V70 de minicomputadoras de 16 bits 
• Serie HP 2100 : Aproximadamente la mitad de los modelos de la serie utilizaban cuatro unidades 74181. 
• El miniordenador ABLE de 16 bits de New England Digital , utilizado como procesador para su sintetizador Synclavier , utilizaba cuatro de estos chips ALU. ^{[ 24 ]}

• Vectorbeam : plataforma de juegos arcade utilizada por Cinematronics para diversos juegos arcade, entre ellos Space Wars , Starhawk , Warrior , Star Castle y otros. Utiliza tres chips 25LS181 en su procesador de 12 bits. ^{[ 25 ]} 
• Placa de punto flotante NorthStar : acelerador de punto flotante BCD con bus S-100 introducido en 1977. Utiliza un 74LS181. ^{[ 26 ]} 

• Unidad aritmético-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 )
• Signética
• Philips
• Fairchild .

Explicación de cómo funciona el chip

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