SN74181 – 4 bitowa jednostka arytmetyczno/logiczna ALU

 
   

Oznaczenie graficzne jednostki arytmetyczno-logicznej typu 74181

Logika dodatnia

 

Logika ujemna

 

Opis

Układ SN74181 realizuje funkcje jednostki arytmetyczno-logicznej (ang. Arithmetic Logic Unit) i funkcjonalnie odpowiada 63 bramkom logicznym. Układ potrafi wykonywać 16 operacji logicznych i arytmetycznych na dwóch danych 4-bitowych (wiele z nich jest bezużyteczne w praktyce!). Przy równoległej współpracy większej liczby jednostek arytmetyczno-logicznych stosuje się układy generacji przeniesień równoległych SN74182, które znacznie przyspieszają wykonywanie obliczeń. Układ SN74181 może pracować w logice dodatniej (stanem aktywnym jest 1) lub ujemnej (stanem aktywnym jest 0). Zmienia się wtedy interpretacja sygnałów wejściowych i wyjściowych.

Jednostka arytmetyczno-logiczna była kiedyś stosowana przy realizacji układów procesorowych do programowego wykonywania operacji logicznych i arytmetycznych. Dzisiaj, w dobie mikrokontrolerów jednoukładowych, jej zastosowanie jest znacznie ograniczone i sprowadza się zwykle do dydaktyki informatyki. W latach 70-tych ubiegłego wieku układ SN74181 był stosowany w wielu minikomputerach, np. w słynnym Xerox Alto z graficznym interfejsem użytkownika:

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5e/Xerox_Alto_mit_Rechner.JPG

Poniżej opisujemy funkcje wejść i wyjść tego układu:

A0...A3 4 bity pierwszego argumentu A do przetworzenia w jednostce arytmetyczno-logicznej. Przy logice ujemnej bity są traktowane jako zaprzeczenia (negacje) bitów argumentu wejściowego. Dla operacji arytmetycznych A0 oznacza najmłodszy bit argumentu A, a A3 najstarszy.
B0...B3 4 bity drugiego argumentu B do przetworzenia w jednostce arytmetyczno-logicznej. Przy logice ujemnej bity są traktowane jako zaprzeczenia (negacje) bitów argumentu wejściowego.  Dla operacji arytmetycznych B0 oznacza najmłodszy bit argumentu B, a B3 najstarszy.
M wejście wyboru trybu pracy (ang. Mode). W stanie niskim 0 zostają uaktywnione wewnętrzne przeniesienia i układ wykonuje operacje arytmetyczne słowach A i B traktowanych jako dane 4-bitowe. W stanie wysokim 1 wewnętrzne przeniesienia są zablokowane i układ wykonuje operacje logiczne na odpowiadających sobie bitach argumentów A i B, wynik otrzymujemy na odpowiadających im bitach F.
S0...S3 wybór rodzaju operacji wykonywanej przez jednostkę arytmetyczno-logiczną.
Cn wejście zanegowanego bitu przeniesienia z poprzedniej kaskady. W zależności od przyjętej logiki sygnał ten jest oznaczany jako Cn (przeniesienie jest uwzględniane w operacjach arytmetycznych przy stanie 0) lub Cn (przeniesienie jest uwzględniane przy stanie 1).
F0...F3 wyjścia wyniku operacji przeprowadzonej na bitach argumentu A i B. Przy operacjach arytmetycznych F0 jest najmłodszym bitem, a F3 najstarszym. Przy logice ujemnej bity te są traktowane jako zaprzeczenia bitów wynikowych.
Cn+4 wyjście przeniesienia poza bit F3 wyniku. Wyjście to łączy się z wejściem Cn następnej kaskady liczącej, jeśli stosujemy przeniesienia szeregowe. Jednakże należy pamiętać, że każda dekada wprowadza pewne opóźnienie (zaglądnij do materiałów producentów). Wynik ustali się dopiero po czasie równym sumie czasów propagacji poszczególnych dekad liczących.
A=B wyjście komparatora. Przyjmuje stan wysoki 1, jeśli wszystkie bity wyjściowe F są w stanie wysokim 1. Umożliwia to wykonanie porównania danych wejściowych. JAL ustawiamy w tryb odejmowania A MINUS B MINUS 1 (M = 0, S = 0110, Cn = 1). Wtedy przy A = B wyjścia F przyjmują stan wysoki 1 i na wyjściu A=B pojawi się 1. Wyjście jest typu otwarty kolektor. Dodatkowo badając stan wyjścia Cn+4 możemy określić relację pomiędzy danymi A i B:
Wejścia Wyjścia
A=B Cn+4
A = B 1 1
A > B 0 0
A < B 0 1
X-Y/G-P wyjścia przeniesień równoległych. Wyjścia te wykorzystuje się do sterowania układu SN74182, który na ich podstawie generuje przeniesienia Cn dla kolejnych kaskad liczących. Dzięki temu wzrasta znacznie szybkość wykonywania operacji arytmetycznych. Oznaczenia X-Y używamy w logice dodatniej, a oznaczenia G-P w logice ujemnej.

G – wyjście przeniesienia generowanego
P – wyjście przeniesienia propagowanego

 

Tabela funkcji przy logice dodatniej

Funkcja M = 1 M = 0
S3 S2 S1 S0 Cn= 1 Cn= 0
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1

Dla M = 1 układ realizuje funkcje logiczne, a dla M = 0 funkcje arytmetyczne.
Cn= 1 oznacza brak przeniesienia, Cn= 0 oznacza przeniesienie
+ oznacza operację logiczną LUB/alternatywa
PLUS/MINUS oznacza operacje arytmetyczne dodawania/odejmowania

 

Tabela funkcji przy logice ujemnej

Funkcja M = 1 M = 0
S3 S2 S1 S0 Cn= 0 Cn= 1
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1

Dla M = 1 układ realizuje funkcje logiczne, a dla M = 0 funkcje arytmetyczne.
Cn= 0 oznacza brak przeniesienia, Cn= 1 oznacza przeniesienie
+ oznacza operację logiczną LUB/alternatywa
PLUS/MINUS oznacza operacje arytmetyczne dodawania/odejmowania

 

Sieć logiczna jednostki arytmetyczno-logicznej SN74181

Funkcje końcówek

SN54181J, SN54181W
SN54LS181J, SN54LS181W
SN54S181J, SN54S181W
SN74181J, SN74181N
SN74LS181DW, SN74LS181J, SN74LS181N
SN74S181DW, SN74S181J, SN74S181N

Wybrane parametry elektryczne

  Opis parametru 54181 74181 Jednostka
VCC Napięcie zasilania 4,5...5,5 4,75...5,25 V
VIH Napięcie wejściowe dla stanu 1 2 2 V
VIL Napięcie wejściowe dla stanu 0 0,8 0,8 V
VOH Napięcie wyjściowe dla stanu 1 (za wyjątkiem A=B) 2,4...3,4 2,4...3,4 V
VOL Napięcie wyjściowe dla stanu 0 0,2...0,4 0,2...0,4 V
IIH Prąd wejściowy w stanie 1 M 40 40 µA
A/B 120 120
S 160 160
C 200 200
IIL Prąd wejściowy w stanie 0 M -1,6 -1,6 mA
A/B -4,8 -4,8
S -6,4 -6,4
C -8 -8
IOH Prąd wyjściowy w stanie 1 (za wyjątkiem A=B) -0,8 -0,8 mA
IOH Prąd wyjściowy w stanie 1 (tylko A=B) 0,25 0,25 mA
IOL Prąd wyjściowy w stanie 0 16 16 mA
ICC Prąd zasilania 88...135 88...150 mA
TA Zakres temperatur pracy -55...125 0...70 °C

 

Parametry techniczne od producentów

74181

 



List do administratora Serwisu Edukacyjnego Nauczycieli I LO

Twój email: (jeśli chcesz otrzymać odpowiedź)
Temat:
Uwaga: ← tutaj wpisz wyraz  ilo , inaczej list zostanie zignorowany

Poniżej wpisz swoje uwagi lub pytania dotyczące tego rozdziału (max. 2048 znaków).

Liczba znaków do wykorzystania: 2048

 

W związku z dużą liczbą listów do naszego serwisu edukacyjnego nie będziemy udzielać odpowiedzi na prośby rozwiązywania zadań, pisania programów zaliczeniowych, przesyłania materiałów czy też tłumaczenia zagadnień szeroko opisywanych w podręcznikach.



   I Liceum Ogólnokształcące   
im. Kazimierza Brodzińskiego
w Tarnowie

©2017 mgr Jerzy Wałaszek

Dokument ten rozpowszechniany jest zgodnie z zasadami licencji
GNU Free Documentation License.