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[[ファイル:SN74S181N.JPG|右|サムネイル|データシート上の74S181 [[4ビット]] [[ビットスライス]] [[演算装置|ALU]]]]

'''74181'''は、[[汎用ロジックIC]]のひとつで、{{仮リンク|7400シリーズ|en|7400 series|label=}}の[[Transistor-transistor logic|TTL]][[集積回路]]として実装された[[ビットスライス|4ビット・スライス]][[演算装置|演算装置(Arithmetic Logic Unit; ALU)]]である。 1チップ上の最初の完全なALUであり<ref>{{cite book|url=http://archive.computerhistory.org/resources/text/bell_gordon/bell.computer_structures_principles_and_examples.1982.102630397.pdf|title=Computer Structures: Principles and Examples|chapter-url=http://gordonbell.azurewebsites.net/computer_structures_principles_and_examples/csp0079.htm|chapter=Chapter 6: Structure|author1=Daniel P. Sieworek|authorlink1=Daniel Siewiorek|author2=C. Gordon Bell|authorlink2=Gordon Bell|author3=Allen Newell|authorlink3=Allen Newell|page=63|quote=The earliest and most famous chip, the 74181 arithmetic logic unit (ALU), provided up to 32 functions of two 4-bit variables.}}</ref>、歴史的に重要な[[ミニコンピュータ]]やその他のデバイスの[[CPU]]の演算/論理コアとして使用されていた。

74181は、ディスクリート・[[論理回路|ロジック・ゲート]]を使用して構築された1960年代のCPUと、今日のシングルチップCPUや[[マイクロプロセッサ]]との間の進化のステップを表している。74181は、もはや商用製品では使用されていないものの、今日でもコンピュータ関連組織の教科書や技術論文で参照されている。また、将来の[[CPU設計|コンピュータアーキテクト]]を養成するために、大学の「実践的な」コースで使用されることもある。

== 仕様 ==
[[ファイル:74181aluschematic.png|代替文=|サムネイル|74181集積回路の組合せ論理回路]]
74181は、{{仮リンク|7400シリーズ|en|7400 series|label=}}の[[集積回路#SSI、MSI、LSI|中規模集積(MSI)]][[Transistor-transistor logic|TTL]][[集積回路]]で、75個のロジックゲートに相当し<ref>
Miles Murdocca, Apostolos Gerasoulis, and Saul Levy.
[http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=ADA244057 "Novel Optical Computer Architecture Utilizing Reconfigurable Interconnects"].
1991.
p. 23.
quote:
"Logic diagram for the 74181 ... There are 63 logic gates."
</ref>、最も一般的には24ピン{{仮リンク|Dual in-line package|en|Dual_in-line_package|label=DIP}}としてパッケージ化されている。 [[4ビット]]幅のALUは、(M=0)のときキャリーを利用して加算/減算/インクリメント/デクリメント等、(M=1)のとき[[ビット演算#AND|AND]]/NAND、[[ビット演算#OR|OR]]/NOR、[[ビット演算#XOR|XOR]]等、そして、左[[ビット演算#ビットシフト|シフト]]<ref>シフタは持っておらず、後述するように片方の入力Aに対し A plus A を計算した結果としてのシフトなので、左シフトだけで右シフトは無い。</ref>を実行できる。 これらの基本関数の多くのバリエーションが利用可能で、2つの4ビットのワードに対して合計16の論理演算と合計16の演算が可能である。乗算・除算関数はないが、シフトと加算・減算関数を使用して複数ステップで実行できる。 シフトは明示的な関数ではないが、利用可能な複数の関数から導き出すことができる。例えば(M=0)(Cn=0)で関数 "A plus A" を選択すると、A入力の左シフトが得られる。

74181は、2つの4ビット・オペランドに対してこれらの演算を実行し、22ナノ秒(45 MHz)でキャリー付きの4ビット結果を生成する。 74S181は、11ナノ秒(90 MHz)で同じ演算を実行し、74F181は7ナノ秒(143 MHz)で演算を実行する(代表値)。

複数の「スライス」を組み合わせて、任意に大きなワードサイズにすることができる。 たとえば、16個の74S181と5個の74S182ルック・アヘッド・キャリー・ジェネレータ(look ahead carry generator)を組み合わせることで、28ナノ秒(36MHz)で[[64ビット]]・オペランドに対して同じ演算を実行することができる。 今日のマルチ・ギガヘルツの64ビット・マイクロプロセッサの性能には見劣りするが、初期の4ビットおよび8ビット・マイクロプロセッサのサブ・メガヘルツのクロック速度と比較すると、これは非常に印象的であった。

=== 関数表 ===
{| class="wikitable"
|+ 関数表<ref>{{cite web|url=https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn54ls181.pdf|title=SN54LS181, SN54S181 SN74LS181, SN 74S181 ARITHMETIC LOGIC UNITS/FUNCTION GENERATORS|website=[[Texas Instruments]]|date=March 1988|accessdate=2020-11-08|publisher=}}</ref>
|-  style="background:#def; text-align:center;"
|colspan=4|'''Selection''' 
|colspan=2|'''Active-low inputs & outputs'''
|colspan=2|'''Active-high inputs & outputs'''
|- bgcolor="#ddeeff" align="center"
| S3 || S2 || S1 ||S0 || Logic (M = 1) || Arithmetic (M = 0) (Cn = 0) || Logic (M = 1) || Arithmetic (M = 0) (Cn = 1)
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 0 || 0 || 0 || 0 || <math>\overline{A}</math> || <math>A </math> minus <math> 1</math> || <math>\overline{A}</math> || <math>{A}</math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 0 || 0 || 0 || 1 || <math>\overline{AB}</math> || <math>AB </math> minus <math> 1</math> || <math>\overline{A+B}</math> || <math>{A+B}</math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 0 || 0 || 1 || 0 || <math>\overline{A} + B</math>|| <math>A \overline{B} </math> minus <math> 1</math>|| <math>\overline{A}B</math> || <math>A + \overline{B}</math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 0 || 0 || 1 || 1 || Logical 1 || <math>-1</math> || Logical 0 || <math>-1</math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 0 || 1 || 0 || 0 || <math>\overline{A+B}</math> || <math>A</math> plus <math>(A + \overline{B})</math> || <math>\overline{AB}</math> || <math>A</math> plus <math>(A \overline{B})</math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 0 || 1 || 0 || 1 || <math>\overline{B}</math> || <math>AB</math> plus <math>(A + \overline{B})</math> || <math>\overline{B}</math> || <math>(A + B)</math> plus <math>(A \overline{B})</math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 0 || 1 || 1 || 0 || <math>\overline{A \oplus B}</math> || <math>A </math> minus <math> B </math> minus <math> 1</math> || <math>A \oplus B</math> || <math>A </math> minus <math> B </math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 0 || 1 || 1 || 1 || <math>A + \overline{B}</math> || <math>A + \overline{B}</math> || <math>A \overline{B}</math>|| <math>A \overline{B} </math> minus <math> 1</math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 1 || 0 || 0 || 0 || <math>\overline{A}B</math>|| <math>A</math> plus <math>(A + B)</math> || <math>\overline{A} + B</math> || <math>A</math> plus <math>AB</math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 1 || 0 || 0 || 1 || <math>A \oplus B</math> || <math>A</math> plus <math>B</math> || <math>\overline{A \oplus B}</math> || <math>A</math> plus <math>B</math> plus 1
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 1 || 0 || 1 || 0 || <math>B</math> || <math>A \overline{B}</math> plus <math>(A + B)</math> || <math>B</math> || <math>(A + \overline{B})</math> plus <math>AB</math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 1 || 0 || 1 || 1 || <math>A + B</math> || <math>A + B</math> || <math>AB</math> || <math>AB </math> minus <math> 1</math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 1 || 1 || 0 || 0 || Logical 0 || <math>A</math> plus <math>A</math> || Logical 1 || <math>A</math> plus <math>A</math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 1 || 1 || 0 || 1 || <math>A \overline{B}</math> || <math>AB</math> plus <math>A</math> || <math>A + \overline{B}</math> || <math>(A + B)</math> plus <math>A</math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 1 || 1 || 1 || 0 || <math>A B</math> || <math>A \overline{B}</math> plus <math>A</math> || <math>A + B</math> || <math>(A + \overline{B})</math> plus <math>A</math>
|-  style="background:#dfd; text-align:center;"
| 1 || 1 || 1 || 1 || <math>A</math> ||<math>A</math> ||<math>A</math> || <math>A</math> minus <math>1</math>
|}

== 意義 ==
74181は、1960年代後半から1980年代前半にかけて、高速計算を必要とするコンピュータやその他の機器の開発と製造を大幅に簡素化し、今でも「古典的な」ALU設計として参照されている<ref>{{cite conference|url=https://users.soe.ucsc.edu/~karplus/papers/kestrel-vlsi-1997.pdf|title=Kestrel: Design of an 8-bit SIMD parallel processor|conference=Proc. 17th Conf. on Advanced Research in VLSI|date=September 15–17, 1997|page=11}}</ref>。

74181が登場するまでは、コンピュータのCPUは複数の回路基板を占有しており、非常に単純なコンピュータでも複数のキャビネットを埋め尽くすことがあった。74181はCPU全体、場合によってはコンピュータ全体を1枚の大型[[プリント基板]]上に構築することを可能にした。74181は、複数の回路基板に分散した個別のロジック機能に基づいた古い[[CPU]]と、単一のチップにすべてのCPU機能を組み込んだ最新のマイクロプロセッサとの間で、歴史的に重要な段階を占めている。74181は、1970年代から様々なミニコンピュータやその他のデバイスで使用されていたが、マイクロプロセッサがより強力になるにつれ、ディスクリート部品からCPUを構築するという習慣はなくなり、74181は新しい設計では使用されなくなった。

== 今日 ==
74181をベースにしたCPU設計は、マイクロプロセッサが比較的低価格で高性能になったため、商業的には成立しなくなった。しかし74181は、学生がほとんど利用できない設計や実験を体験できる機会を提供してくれるため、今でもコンピュータ組織や[[CPU設計]]の教育の観点から関心を寄せられている<ref>{{cite proceedings|url=http://www.bradrodriguez.com/papers/piscedu2.htm|title=A Minimal TTL Processor for Architecture Exploration|author=Bradford J. Rodriguez|conference=Proceedings of the 1994 ACM Symposium on Applied Computing|quote=The study of computer architecture is often an abstract, paper exercise. Students cannot probe the inner workings of a single-chip microprocessor, and few discrete-logic machines are open to student inspection.}}</ref>。 

* ''Digital Electronics with VHDL (Quartus II Version)'' [http://www.ijme.us/issues/spring2007/Book%20Reviews2007.pdf review] in Journal of Modern Engineering, Volume 7, Number 2, Spring 2007.
* [http://www.bradrodriguez.com/papers/piscedu2.htm A Minimal TTL Processor for Architecture Exploration] 74181をCPUアーキテクチャを教えるためにどのように使用できるかを説明した論文。
* [https://web.archive.org/web/20060905124143/http://www.iona.edu/academic/artsscience/departments/computerscience/faculty/FacultyPublications/ccsce2003.pdf A Hardware Lab for the Computer Organization Course at Small Colleges]{{snd}} 74181が今日の教育環境でどのように使用されているかを示すもう1つの例。
* [https://web.archive.org/web/20070612011944/http://tams-www.informatik.uni-hamburg.de/applets/hades/webdemos/20-arithmetic/50-74181/demo-74182-ALU-CLA.html 74181 + 74182 demonstration] Javaベースのシミュレータ
* [http://apollo181.wixsite.com/apollo181 APOLLO181] (by Gianluca.G, Italy 2012): TTLロジックとバイポーラメモリで作られた自作の教育用プロセッサで、Bugbook® IおよびIIチップ、特に74181をベースにしている。
* [https://www.youtube.com/watch?v=GeSSkvwFDHs Build Your Computer using LOGIC & MEMORY, before the advent of microprocessor] a マイクロプロセッサが登場する前に74181 ALUの歴史と教育用としての使用方法を紹介するビデオ。

== コンピュータ ==
多くのコンピュータ CPU とサブシステムは 74181 をベースにしており、その中には歴史的に重要なモデルも含まれている。

* [[データゼネラルNova|NOVA]]{{snd}}[[データゼネラル|Data General]]社が製造した最初の広く利用可能な[[16ビット]][[ミニコンピュータ]]。NOVA 1200は、事実上、1970年に74181を使用した最初の商用ミニコンピュータであった<ref>[http://apollo181.wixsite.com/apollo181/about History of the 74181 in commercial minicomputers]</ref>。
* [[PDP-11]]の数機種<ref>{{cite book|url=https://books.google.com/books?id=SDOoBQAAQBAJ&pg=PA334&lpg=PA334&dq=%2274181%22+%22pdp-11%22&source=bl&ots=qqP5yG4CWs&sig=pRV54HQPlmAZ7yb9d8OzLyblxZQ&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwjYmpLVsrnRAhVirVQKHRrxADoQ6AEIWTAN#v=onepage&q=%2274181%22%20%22pdp-11%22&f=false|title=Computer Engineering: A DEC View of Hardware Systems Design|author1=C. Gordon Bell|author-link1=Gordon Bell|author2=J. Craig Mudge|author3=John E. McNamara|page=335,336|publisher=Digital Press|date=August 1979|isbn=0-932376-00-2}}</ref>{{snd}}[[ディジタル・イクイップメント・コーポレーション|ディジタル・イクイップメント]]社製の最も人気のあるミニコンピュータ<ref name="acmqueue.org">{{cite journal|author=Bob Supnik|date=August 31, 2004|title=Simulators: Virtual Machines of the Past (and Future)|url=http://queue.acm.org/detail.cfm?id=1017002|journal=[[ACM Queue]]|volume=2|issue=5}}</ref>。
* [[Alto|Xerox Alto]]{{snd}}[[デスクトップ・メタファー]]と[[グラフィカル・ユーザー・インターフェース|グラフィカル・ユーザー・インターフェース(GUI)]]を使用した最初のコンピュータ<ref>{{Cite web|url=http://www.computerhistory.org/events/lectures/star_06171998/star_xscript.shtml|work=Computer History Museum|title=The final demonstration of the Xerox 'Star' Computer|access-date=2007-10-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20071115201439/http://www.computerhistory.org/events/lectures/star_06171998/star_xscript.shtml|archive-date=2007-11-15|url-status=dead}}</ref><ref>[http://www.chac.org/engine-ascii/engv2n2.txt The ANALYTICAL ENGINE, Page 23, Volume 2, Number 2, October 1994] [https://web.archive.org/web/20070912190242/http://www.chac.org/engine-ascii/engv2n2.txt archive]</ref>。
* [[VAX-11/780]]([[:en:VAX-11]]){{snd}} 最初のVAX、ディジタル・イクイップメント社製の1980年代の最も普及した<ref name="acmqueue.org" />[[32ビット]]コンピュータ<ref>{{cite web|title=VAX-11/780, in Digital Computing Timeline, 1977|url=http://research.microsoft.com/~GBell/Digital/timeline/1977-3.htm|date=30 April 1998|publisher=Digital Information Research Services, via Microsoft Research (research.microsoft.com)|accessdate=2007-11-02}}</ref>。
* [[PERQ|Three Rivers PERQ{{snd}}]]Xerox Altoの影響を受けた業務用コンピュータワークステーションで、1979年に初版が発売された<ref>[http://www.chac.org/engine-ascii/engv2n3.txt The ANALYTICAL ENGINE, Page 46, Volume 2, Number 3, May 1995] [https://web.archive.org/web/20070912190242/http://www.chac.org/engine-ascii/engv2n3.txt archive]</ref>。
* {{仮リンク|Computer Automation|en|Computer_Automation|label=}}Naked Mini LSI[[PERQ|{{snd}}]]LSI ICの試験装置やプロセス制御に使用されたコンピュータ。
* KMC11{{snd}} ディジタル・イクイップメント社製[[PDP-11]]用ペリフェラル・プロセッサ<ref>[http://www.psych.usyd.edu.au/pdp-11/early_peripherals.html Early PDP-11 peripherals]</ref>。
* FPP-12{{snd}} ディジタル・イクイップメント社製浮動小数点ユニット。[[PDP-12]]<ref>[http://parse.ca/~museum/pdp12/fpp12.html FPP-12 -- The PDP-12 Floating Point Unit]</ref>。
* {{仮リンク|Wang 2200|en|Wang_2200|label=}}[[PERQ|{{snd}}]]CPU(1CPUにつき74181を1台)<ref>[http://www.wang2200.org/uarch_2200.html Wang 2200 CPU Microarchitecture]</ref>、ディスクコントローラ(1コントローラにつき74181を2台)<ref>[http://www.wang2200.org/disk_channel.html Wang 2200 Disk Channel Description]</ref>。
* {{仮リンク|TI-990|en|TI-990|label=}}{{snd}}[[テキサス・インスツルメンツ|Texas Instruments]] の16ビットミニコンピュータシリーズ。
* Honeywell option 1100{{snd}}ハネウェル H200/H2000 シリーズのメインフレーム用のいわゆる「科学ユニット」オプション。
* [[Datapoint 2200|Datapoint 2200 Version II]]<ref>[http://bitsavers.org/pdf/datapoint/2200/2200_Drawing_Package.pdf Datapoint 2200 Drawing Package p36]</ref> と後継機であるDatapoint 5500, 6600, 800/3800{{snd}}[[Intel 8008]]のアーキテクチャを定義したコンピュータ。
* {{仮リンク|Cogar|en|George Cogar|label=}}System 4 / Singer ([[:en:International Computers Limited#Singer Business Machines]]) 1501 / {{仮リンク|インターナショナル・コンピューターズ・リミテッド|en|International Computers Limited|label=ICL}} 1501[[PERQ|{{snd}}]]インテリジェントターミナル<ref>{{cite web|title=ICL 1501 Intelligent Terminal|url=http://allardschaap.woelmuis.nl/computermuseumgroningen/icl/icl.html|website=Allard's Computer Museum Groningen|accessdate=23 April 2015|archive-url=https://archive.is/20150423022335/http://allardschaap.woelmuis.nl/computermuseumgroningen/icl/icl.html|archive-date=23 April 2015|url-status=dead|df=dmy-all}}</ref>。
* {{仮リンク|Varian Data Machines|en|Varian Data Machines|label=}}{{snd}}V70シリーズ16ビットミニコンピュータ。

== その他の用途 ==

* {{仮リンク|Vectorbeam|en|Vectorbeam|label=}}{{snd}}Cinematronics社が[[:en:Space Wars|Space Wars]], [[:en:Starhawk (arcade game)|Starhawk]], [[:en:Warrior (arcade game)|Warrior]], [[:en:Star Castle|Star Castle]]スペースウォーズ、スターホーク、ウォリアー、スターキャッスルなど様々な[[アーケードゲーム]]で使用しているアーケードゲームのプラットフォームでは、12ビットプロセッサに25LS181チップを3個使用している<ref>{{cite book|title=Star Castle Op and Maintenance|date=1980|publisher=Cinematronics, Inc.|url=https://archive.org/stream/StarCastleOpMaintenanceEnglish/Star%20Castle%20[Op%20&%20Maintenance]%20[English]_djvu.txt}}</ref>。

== 関連項目 ==

* [[Arithmetic Logic Unit|演算装置 (Arithmetic Logic Unit; ALU)]]
* [[マイクロシーケンサ]]
* [[:en:7400-series integrated circuits|7400-series integrated circuits]]
*[[:en:List of 7400-series integrated circuits|List of 7400-series integrated circuits]]

== 脚注 ==
{{reflist}}

== 外部リンク ==
'''メーカーのデータシート:'''

* [http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn54ls181.pdf Texas Instruments] (and [http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn54s182.pdf 74182 look-ahead carry generator])
* [http://www.tranzistoare.ro/datasheets/560/493318_DS.pdf Signetics]
* [http://www.montefiore.ulg.ac.be/~pw/cours/struct-tp/files/74HC_HCT181.pdf Philips]
* [https://web.archive.org/web/20120131123316/http://www.aeromech.usyd.edu.au/MTRXLAB/ref/components/TTL/DM74LS181.pdf Fairchild].

[[Category:デジタル回路]]