74181 ALU Entegresine Ayrıntılı Bir Bakış

Daha önceden mikroişlemci mimarisi ve mikrodenetleyici mimarileri makalelerinde ALU yani aritmetik mantık biriminden söz etmiş ve ne iş yaptığını ayrıntılı olarak açıklamıştık. Fakat mikroişlemciler kapalı bir kutu olduğu için bu ALU birimini bağımsız olarak ele almak mümkün değildi. 74 serisi mantık ailesini incelediğimizde ise 74181 numaralı entegrenin ALU entegresi olduğunu görmekteyiz. Elimizde ayrı bir ALU entegresi olduğuna göre bunu bağımsız olarak inceleyip ALU’nun çalışma prensibini daha rahat kavrayabiliriz.

74181 ALU entegresi 1970lerde pek çok bilgisayar sisteminin merkezi işlem birimini oluşturan bir entegredir. Bu entegre 4-bitlik aritmetik ve mantıksal fonksiyonları yerine getirmekte ve birleştirilerek daha geniş hafıza alanlarında kullanılabilmektedir. Aşağıdan entegrenin datasheetini indirip inceleyebilirsiniz.

http://www.esi.uclm.es/www/isanchez/apuntes/ci/74181.pdf

Datasheetinden entegrenin devre şemasına baktığımızda biraz karmaşık olduğunu ve bilindik tarzda devrelerin olmadığını görmekteyiz. Devre özelliklerinde bu entegrenin 16 mantıksal ve 16 aritmetik işlem yaptığı söylenmektedir. Burada toplama, çıkarma, karşılaştırma, kare alma gibi aritmetik işlemler ve  AND, NAND, OR, NOR gibi mantıksal işlemeler yer almaktadır. Devre şemasını aşağıda görebiliriz.

74181 çipinin dijital elektronik tarihinde önemli bir yeri vardır. Günümüzde kullanımı nostaljik hacker projeleri ile sınırlı kalsa da mikroişlemci çağından önce mini bilgisayarlar 74 serisi TTL mantık entegreleri ile yapılıyordu. Mikroişlemci birimini oluşturmak içinse ALU ünitesine ihtiyacımız olmaktaydı. Önceden bu ALU birimi mantık kapılarının birleştirilmesiyle büyük bir devre halinde mevcut iken 1970 yılında Texas Instruments firması 74181 ALU entegresini çıkardı ve artık bilgisayar sistemlerinde ALU ünitesini oluşturmak için karmaşık mantık devreleri yerine bu entegre kullanılır oldu. Bu çip toplamda 32 aritmetik ve mantık fonksiyonunu yüksek performansta gerçekleştirebilmektedir. Böylelikle bu entegre döneminde mini bilgisayarlar daha kompakt hale gelmiştir.  PDP-11, Xerox Alto ve VAX-11 gibi mini bilgisayarlar 74181 entegresini kullanmaktadır.

Resim: PDP-11 bilgisayarının panel ünitesi. 

74181 entegresinin fonksiyonları aşağıdaki tabloda verilmiştir.

74181 entegresinde 16 adet boolean fonksiyonu bulunmaktadır. Bu fonksiyonların 16 adet olması 2^4 = 16 olmasından dolayıdır. Yani dört bitlik girişte mümkün olan kombinasyonların toplamı 16 sayısını bize vermektedir. Bu mantık fonksiyonlarının açıklaması boolean aritmetiğinde verilmiştir. Fonksiyon girişi ise S0-S3 ayaklarından olmaktadır. Entegrenin ayak diyagramına baktığımızda daha rahat anlayabiliriz.

Burada A0-A3 ve B0-B3 olmak üzere ayak dizilimlerinin yanı sıra S0-S3 olmak üzere ayaklar mevcuttur. Bu ayakların ne işe yaradığını ise ayak açıklamaları kısmında görmekteyiz.

Burada A0-A3 ayakları ve B0-B3 ayakları operand girişinde kullanılmaktadır. Yani iki sayıyı toplayacaksak birinci sayı A0-A3 ayaklarında ikilik olarak temsil edilmekte (terslenmiş olarak) ikinci sayı ise B0-B3 ayaklarında temsil edilmektedir. Ayrıca bir elde girişi olduğu zaman Cn ayağına sinyal girmektedir. Cn+4 ise elde değeri çıkışıdır. Bundan başka S0-S3 ayakları vardır ki bunlar fonksiyon tablosundaki komutları seçme ayaklarıdır. Yukarıdaki tabloya göre ayaklara 1 veya 0 sinyali verdiğimizde istediğimiz fonksiyon işletilmektedir. Görüldüğü gibi entegrenin çalışma prensibi oldukça basittir ve bizi onlarca kapıdan oluşan bir devre tasarlayıp kurmaktan kurtarmaktadır.

Fonksiyonlar 16 adet olsa da toplamda 32 adet işlem yapabiliyorduk. Bunu ise M yani mod seçme ayağına sinyal vererek yaparız.

Son olarak sizlere entegrenin silikon çipinin resmini gösterelim. Basit bir yapıda olduğu için fotoğrafta daha ayrıntılı olarak görmemiz mümkündür. Tersine mühendislik uygulamalarında bu fotoğraflar incelenerek entegrenin devre şeması çıkarılabilir. Nitekim MOS 6502 işlemcisinin bile devre şeması bu şekil fotoğraflar incelenerek çıkarılmıştır.

Kaynaklar, 

Inside the vintage 74181 ALU chip: how it works and why it’s so strange, Ken Shirriff, http://www.righto.com/2017/03/inside-vintage-74181-alu-chip-how-it.html, Erişim Tarihi: 12.02.2019

SN54/74LS181 (Datasheet), Motorola, http://www.esi.uclm.es/www/isanchez/apuntes/ci/74181.pdf, Erişim Tarihi 12.02.2019

Bizi Facebook grubumuzda takip etmeyi unutmayın. Bilgili ve öğrenmeye hevesli bir topluluk oluşturmak istiyoruz.

https://www.facebook.com/groups/1233336523490761/

UYARI!!

Gökhan Dökmetaş

"Arduino Eğitim Kitabı" ve "Arduino ve Raspberry PI ile Nesnelerin İnterneti" kitaplarının yazarı. Başkent Teknoloji ve Dedektör Merkezi'nde Ar-ge Sorumlusu. Araştırmacı-Yazar.

You may also like...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.