Serwis Edukacyjny
w I-LO w Tarnowie
Do strony głównej I LO w Tarnowie

Materiały dla uczniów liceum
 

  Wyjście       Spis treści       Wstecz       Dalej  

obrazek

Autor artykułu: mgr Jerzy Wałaszek

©2021 mgr Jerzy Wałaszek
I LO w Tarnowie

74181 – 4 bitowa jednostka arytmetyczno/logiczna ALU

74181

Oznaczenie graficzne jednostki arytmetyczno-logicznej typu 74181

obrazek
Logika dodatnia
       obrazek
Logika ujemna

Opis

Układ 74181 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 74182, które znacznie przyspieszają wykonywanie obliczeń. Układ 74181 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 74181 był stosowany w wielu minikomputerach, np. w słynnym Xerox Alto z graficznym interfejsem użytkownika:

obrazek

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 74182, 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 obrazek
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1 obrazek
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1 obrazek
1 1 0 0
1 1 0 1 obrazek
1 1 1 0 obrazek
1 1 1 1 obrazek obrazek
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 obrazek obrazek obrazek
0 0 0 1 obrazek obrazek obrazek
0 0 1 0 obrazek obrazek obrazek
0 0 1 1 obrazek obrazek obrazek
0 1 0 0 obrazek obrazek obrazek
0 1 0 1 obrazek obrazek obrazek
0 1 1 0 obrazek obrazek obrazek
0 1 1 1 obrazek obrazek obrazek
1 0 0 0 obrazek obrazek obrazek
1 0 0 1 obrazek obrazek obrazek
1 0 1 0 obrazek obrazek obrazek
1 0 1 1 obrazek obrazek obrazek
1 1 0 0 obrazek obrazek obrazek
1 1 0 1 obrazek obrazek obrazek
1 1 1 0 obrazek obrazek
1 1 1 1 obrazek obrazek obrazek
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 74181

obrazek

Obudowa DIL-24

obrazek

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
Na początek:  podrozdziału   strony 

Zespół Przedmiotowy
Chemii-Fizyki-Informatyki

w I Liceum Ogólnokształcącym
im. Kazimierza Brodzińskiego
w Tarnowie
ul. Piłsudskiego 4
©2021 mgr Jerzy Wałaszek

Materiały tylko do użytku dydaktycznego. Ich kopiowanie i powielanie jest dozwolone
pod warunkiem podania źródła oraz niepobierania za to pieniędzy.

Pytania proszę przesyłać na adres email: i-lo@eduinf.waw.pl

Serwis wykorzystuje pliki cookies. Jeśli nie chcesz ich otrzymywać, zablokuj je w swojej przeglądarce.

Informacje dodatkowe.