История процессоров - это история увеличения количества вещей в упаковке.
Самые ранние процессоры всегда использовали последовательные ALU, построенные из нескольких реле или вакуумных ламп. Первым, кто нарушил эту традицию, был Вихрь 1947 года.
Самые ранние транзисторные процессоры построили все из отдельных транзисторов.
Apollo Guidance Computer (AGM), возможно, первый компьютер, построенный на основе интегральных микросхем, использовал только один вид микросхем вне памяти: 3-входные вентили NOR. АЛУ и любая другая часть ЦП были полностью построены из большого количества интегральных схем NOR. (Гораздо быстрее) Cray 1 также использовал только один вид микросхем вне памяти: другой тип шлюза NOR.
Когда люди выяснили, как собрать больше транзисторов в чип, более поздние процессоры использовали (относительно) меньшее количество чипов для реализации ALU.
ALU может быть построен полностью из мультиплексоров ( «Мультиплексоры: тактическая ядерная логика» ), используя гораздо меньше микросхем, чем реализация NOR.
Дитер Мюллер (Dieter Mueller) опубликовал 8-битный дизайн ALU, который имеет больше функциональных возможностей, чем два чипа 74181 - 74181 не может сдвинуть вправо - построенный из еще меньшего количества чипов: 14 сложных чипов TTL: два 74283 4-битных сумматора, некоторые 4: 1 мультиплексор, и немного мультиплексора 2: 1.
Как и многие исторически важные коммерческие компьютеры, многие домашние процессоры используют некоторую версию 74181, первого «полного» ALU на одном кристалле.
Многие из этих процессоров построили 8-битный ALU или 16-битный (или оба) из нескольких 74181 чипов и нескольких 74182 чипов - каждый из 74181 обрабатывает только операции шириной 4 бита. Доморощенные машины, как правило, используют простейшую вещь, которая будет работать - вынос одного 74181, подающего к переносу следующего, образуя сумматор волнистого переноса. Коммерческие машины, которые используют чипы 74181, обычно используют генератор переноса с упреждением 74182, чтобы значительно быстрее сложить и вычесть.
Сегодня большинство ALU спрятаны внутри некоторого чипа - небольшой части процессора, некоторого другого типа ASIC, или CPLD или FPGA.
Даже после того, как «однокристальные компьютеры» стали доступны, иногда кто-то может создать 74181-совместимый ALU из GAL или ALU, используя только более простые логические элементы или даже отдельные транзисторы или реле для целей обучения.
Люди сделали это, поэтому это должно быть возможно.
Пошаговое руководство, объясняющее дизайн и реализацию ALU, звучит как очень хорошая идея. Пожалуйста, помогите нам написать один в викибуке Microprocess Design, возможно, в разделах «ALU» или «Wire Wrap» .