Внутри винтажной микросхемы АЛУ 74181: как она работает и почему устроена так странно

В сфере искусственного интеллекта произошло заметное событие. kmoseenk 51 минуту назад Внутри винтажной микросхемы АЛУ 74181: как она работает и почему устроена так странно Средний 10 мин 2. 6K Блог компании OTUS История IT Старое железо Процессоры Схемотехника * Ретроспектива Перевод Автор оригинала: Ken Shirriff Микросхема АЛУ 74181, то есть арифметико-логическое устройство, использовалась во многих мини-компьютерах 1970-х годов: она обеспечивала быстрые 4-битные арифметические и логические операции, а несколько таких микросхем можно было объединять для работы со словами большей разрядности, поэтому она стала важной частью многих процессоров. Но если присмотреться к этой микросхеме внимательнее, возникают вопросы.

Она реализует сложение, вычитание и те булевы функции, которых вы ожидаете, но почему в ней есть несколько странных функций вроде «A плюс (A И НЕ B)»? И если посмотреть на принципиальную схему ниже, почему она выглядит как беспорядочная куча логических элементов, а не как схема, собранная из стандартных полных сумматоров? В этой статье я объясню, что набор функций 74181 не произволен, а имеет логическое обоснование.

Технические детали

А еще покажу, как в 74181 реализован упреждающий перенос ради высокой скорости, из-за чего схема и получила такую сложную структуру. Схема микросхемы АЛУ 74LS181 из технического описания. Внутреннее устройство микросхемы неожиданно сложное, и сначала в нем трудно разобраться.

Микросхема 74181 важна из-за той роли, которую она сыграла в истории мини-компьютеров. До эпохи микропроцессоров процессоры мини-компьютеров собирали из плат с отдельными микросхемами. Одной из ключевых частей процессора было АЛУ, выполнявшее арифметические операции, например сложение и вычитание, а также логические операции: AND, OR, XOR.

В ранних мини-компьютерах АЛУ строили из большого числа простых логических элементов. Но в марте 1970 года Texas Instruments представила микросхему АЛУ 74181, которая поместила полноценное 4-битное АЛУ в одну быструю TTL-микросхему. Эта микросхема поддерживала 32 арифметические и логические функции, а также упреждающий перенос для высокой производительности.

Отраслевые последствия

Использование 74181 упрощало проектирование процессора мини-компьютера и делало его компактнее, поэтому микросхема применялась во многих мини-компьютерах. Среди компьютеров, где использовалась 74181, были популярные мини-компьютеры PDP-11 и Xerox Alto, а также мощный «супермини-компьютер» VAX-11/780. 74181 до сих пор используют в ретрокомпьютерных хакерских проектах.

1)74181 реализует 4-битное АЛУ с 16 логическими и 16 арифметическими функциями, как показано в техническом описании ниже. Помимо ожидаемых сложения, вычитания и булевых операций, там есть и довольно странные функции, например «(A + B) PLUS AB». Техническое описание микросхемы АЛУ 74181 показывает странное разнообразие операций.

Так как же реализована 74181 и почему в ней есть такие необычные операции? Есть ли в операциях 74181 какая-то логика, или их просто набросали случайным образом?

Этот прогресс даёт важные сигналы о будущем отрасли, и технологический мир внимательно наблюдает.