🍺 👩🏼‍💻 🦐 داخل AMD 1970s Am2901 المعالجات الدقيقة متعددة الشرائح 👨🏼‍🔬 🧑 👺

داخل معالج AMD Am2901 متعدد الشرائح المقطعي في السبعينيات ،

قد تكون على دراية بالمعالجات المتقدمة المصنعة بواسطة Advanced Micro Devices. لكن AMD بدأت في إنتاج المعالجات في عام 1975 عندما قدمت Am2901 لأول مرة. كان ما يسمى ب معالج مقطعي متعدد الشرائح: كل شريحة عالجت 4 بتات ، ولزيادة حجم الكلمة ، تم استخدام عدة شرائح في وقت واحد. تم استخدام هذا النهج في السبعينيات والثمانينيات لإنشاء معالجات 16 أو 32 أو 64 بت (على سبيل المثال) ، عندما لم يتمكنوا من وضع المعالج بالكامل على شريحة واحدة سريعة. كانت هناك معالجات على نفس الشريحة ، ولكن MOS الخاصة بهمعملت الترانزستورات أبطأ. بمرور الوقت ، أصبحت معالجات CMOS أسرع من معالجات الترانزستور ثنائية القطب ، وعندما نمت سرعتها بما يكفي ، تحولت جميع الشركات المصنعة تقريبًا إليها. صورة لكريستال بشريحة Am2901. الطبقات المعدنية للرقاقة مرئية ؛ السليكون في الأسفل. عند حواف البلورة ، تقوم الموصلات الصغيرة بتوصيل الشريحة مع جهات الاتصال الخارجية.

اكتسبت رقاقة Am2901 شعبية كبيرة ، فقد تم استخدامها في مجموعة متنوعة من الأنظمة ، من لعبة فيديو Battlezone إلى الكمبيوتر المصغر VAX-11/730 ، من محطة عمل Xerox Star إلى كمبيوتر Magic 372 على متن مقاتلة F-16. استخدمت نسخة أسرع من هذا المعالج ، Am2901C ، المنطق المقترن بباعث (ESL) لتحسين الأداء. في هذه المقالة ، أقوم بتشريح Am2901C ، وفحص الكريستال الخاص به تحت المجهر ، وشرح كيف تجعل دوائر ESL من الممكن تنفيذ وحدة المنطق الحسابي (ALU).

بالمناسبة ، في وثائق Atari Battlezone لا يوجد ذكر لنموذج محدد لشريحة Am2901 ، ولكن هناك حاشية سفلية لرقم الجزء 137004-001 ، والتي يسمونها "مجموعة الترانزستور". علاوة على ذلك ، تم إجراء تشويهات مقصودة في الرسم التخطيطي المحدد للرقاقة ، ويظهر 20 دبابيس عنوان و 8 دبابيس بيانات لجعل الشريحة تبدو مثل ROM (على عكس ، على سبيل المثال ، رقائق سلسلة 7400 الموصوفة بالضبط). ربما حاولت Atari منع استنساخ ألعاب الفيديو الخاصة بها عن طريق إخفاء نماذج بعض الرقائق الرئيسية.

كان البديل الشائع لـ Am2901 في العديد من الحواسيب الصغيرة هو شريحة ALU 74181 . قدم نفس الوظائف الحسابية والمنطقية مثل Am2901 ، ولكن ليس سجلاته.

معالج دقيق متعدد الشرائح

قد تتساءل عن كيفية عمل العديد من شرائح المعالج معًا ودعم الكلمات ذات الطول العشوائي. خلاصة القول هي أن قسم المعالجات الدقيقة (MS) هو لبنة البناء ، وليس المعالج بأكمله ، ويحتاج إلى دوائر منفصلة لفك تشفير التعليمات والتحكم في النظام. كان لدى MS سجلات ، وأجروا عمليات حسابية ومنطقية باستخدام البيانات ، وأخبرت رقاقة التحكم (مثل Am2901) MS عن ماذا تفعل. تم تقسيم كل تعليمات الآلة إلى خطوات أصغر ، يتم تخزين التعليمات الدقيقة في الرمز الصغير ROM. في هذه الحالة ، تم تحديد مجموعة التعليمات بواسطة الرمز الصغير ، وليس Am2901 ، لذلك يمكن دعم أي مجموعة تعليمات تقريبًا .

نظرًا لحقيقة أن الأقسام في هذا المعالج ليست مستقلة تمامًا عن بعضها البعض ، تنشأ بعض الصعوبات أثناء تشغيل المعالج. على سبيل المثال ، عند إضافة رقمين ، يجب نقل التحويل من قسم إلى آخر. أيضًا ، يتطلب العمل المشترك لعدة أقسام عمليات مثل فحص علامة أو التحقق من نتيجة صفر. رقاقة Am2901 لديها مخرجات خاصة لدعم هذه الوظائف.

هل Am2901 معالج دقيق؟ من وجهة نظري ، Am2901 ليست سوى جزء من المعالج ، ولكن كل هذا يتوقف على كيفية تحديد "المعالج الدقيق" (وصفت أفكاري حول هذا بالتفصيل في مقال منفصل) من المثير للاهتمام ، في الاتحاد السوفييتي كانوا أكثر ميلا نحو المعالجات الدقيقة المقطعية مما كانت عليه في الولايات المتحدة. وإذا كانت كلمة "معالج دقيق" في الغرب تعني عادة معالجًا على شريحة واحدة ، في معالجات اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية على شريحة واحدة أو من عدة أقسام لا يتم تمييزها عادةً .

كانت المعالجات الدقيقة متعددة الشرائح (MSMs) في مكان ما في الوسط بين شرائح المعالجات الدقيقة وجهاز كمبيوتر مصنوع من TTLs بسيطةرقائق. في ذلك الوقت ، كان تجميع جهاز كمبيوتر من رقائق TTL أسرع بكثير من إنشاء معالج دقيق ، لكن هذا يتطلب الكثير من الألواح ذات الرقائق. سمح استخدام MSM بالحفاظ على ميزة السرعة ، مع تقليل عدد الرقائق المستخدمة. يوفر MSM أيضًا مرونة أكبر مقارنة بالمعالجات الدقيقة ، مما يسمح للمصمم بتخصيص مجموعة التعليمات والميزات المعمارية الأخرى.

نظرة عامة على الكريستال

تُظهر الصورة أدناه بلورة Am2901 وتسلط الضوء على الكتل الوظيفية الرئيسية. في هذه الصورة ، قمت بإزالة الطبقات المعدنية بحيث يمكن رؤية السيليكون والترانزستورات. أكبر كتلة وظيفية للرقاقة هي ذاكرة التسجيل في المركز. تحتوي الرقاقة على 16 تسجيل 4 بت (يمكنك رؤية 16 عمودًا و 4 صفوف في صفيف الذاكرة). توجد دوائر تشغيل الذاكرة التي تتحكم في الكتابة والقراءة إلى يسار كتلة الذاكرة ويمينها. صورة الكريستال Am2901 ؛ يتم تمييز كتل الوظائف الرئيسية. تتكون الدوائر الخارجية بشكل أساسي من مخازن مؤقتة تقوم بتحويل الإشارات بين TTLs الخارجية و ESLs الداخلية. Am2901 مخطط انسيابي كامل

يعمل الجهاز المنطقي الحسابي (ALU) للرقاقة في العمليات الحسابية (الجمع والطرح) والعمليات المنطقية (AND ، OR ، باستثناء OR). القسم الأول من ALU عبارة عن كتلة كبيرة في أسفل اليسار. يتكون من أربعة صفوف ، لأنه ALU 4 بت. لدى ALU أيضًا منطق يولد إخراج حمل للإضافة ، ويستخدم تقنية سريعة تسمى "حمل lookahead". بعد ذلك ، تستخدم ALU القيم المنقولة لإنشاء المجموع بالتوازي. وأخيرًا ، تقوم دوائر الإخراج بمعالجة الكمية وتخزينها مؤقتًا وإرسالها إلى جهة اتصال الإخراج.

يستخدم النقل مع المعاينة إشارات توليد ونشر لتحديد ما إذا كان البت في كل موضع ينتج نقله الخاص أو يمر التحويل الوارد. على سبيل المثال ، إذا أضفت 0 + 0 + C (C هي التحويل) ، فلا يمكن استبعاد النقل من هذه الإضافة ، بغض النظر عن حجمها. من ناحية أخرى ، إذا أضفت 1 + 1 + C ، فسيظهر النقل على أي حال ، بغض النظر عن C. وأخيرًا ، في الحالات 0 + 1 + C (أو 1 + 0 + C) ، سيتم نقل التحويل أكثر إذا كان C غير صفري. ونتيجة لذلك ، تقوم البوابات المنطقية البسيطة بإنشاء إشارة G (توليد) لكل بت إذا كانت كلتا البتتين تساوي 1 ، وإشارة P (نشر) إذا لم تكن كلتا البتتين تساوي 0.

تعتمد صيغة النقل على موقع البت. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك نقلًا من بت 0 إلى بت 1. سيحدث إذا تم تعيين علامة P0 (أي ، النقل أو نشأ أو تم إرساله) ، وإذا ظهر النقل في هذا البت ، أو أنه جاء إليه من بتات أخرى. ثم C1 = P0 AND (Cin OR G0). في الواصلة الأعلى ، يزداد عدد الخيارات ، ويتزايد تعقيدها باستمرار. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك النقل إلى البت 2. أولاً ، يجب أن يكون P1 مرتبًا بحيث ينتقل النقل من البت 1. بالإضافة إلى ذلك ، تم إنشاء النقل بواسطة البت 1 أو نقله من البت 0. خذها: كانت إما عملية نقل جاءت من بت 0 ، أو تحويل تم إنشاؤه بواسطة بت 1. إذا وضعت كل هذا في صيغة ، فستحصل على الوظيفة المستخدمة في Am2901: C2 = P1 AND (G1 OR P0) و (C0 أو G0 أو G1).يتم إعطاء الصيغ للتحويلات المختلفة و P و G الخارجيةالمواصفات ، الشكل 9.

المستطيلات الفارغة عند حواف الشريحة هي مناطق لربط الشريحة بالعالم الخارجي. بجانبهم مخططات لإرسال واستقبال الإشارات. على وجه الخصوص ، نظرًا لأن الشريحة تتواصل مع الدوائر الخارجية باستخدام إشارات TTL ، ولكنها تستخدم ESL داخليًا ، يتم تحويل هذه الدوائر بين الفولتية TTL و ESL.

تحتوي الرقاقة على سجالت إزاحة قادرة على تحريك الكلمة بتًا واحدة إلى اليمين أو اليسار. Register Q - سجل 4 بت على أساس المشغلات. وأخيرًا ، تولد دائرة الجهد المرجعي الجهد المرجعي الدقيق اللازم لتشغيل ESL.

كيف ترى البلورة

للنظر داخل الرقاقة ، عليك عادةً حل غلافها البلاستيكي في الأحماض الخطرة. ومع ذلك ، لم أشتري شريحة Am2901 في علبة بلاستيكية ، ولكن في علبة خزفية. مشيت للتو على طول خط التماس مع إزميل وفصل نصفين ، مما سمح لي بالوصول إلى البلورة في الداخل. بلورة السيليكون عبارة عن مستطيل صغير في وسط الشريحة. تقوم الموصلات الرفيعة بتوصيل منصات الكريستال بإطار الرصاص ، مما يؤدي إلى 40 اتصال خارجي للشريحة.

Am2901 بعد فصل نصفي جسم الخزف

للحصول على صور عالية الدقة للرقاقة استخدمت مجهرًا خاصًا بالمعادن. في الصورة أدناه يمكنك رؤية شعار AMD. أعلاه موصل موصل إلى الموقع. تحتوي الرقاقة على طبقتين معدنيتين تخلق دائرة كهربائية ، مرئية في الصورة على اليمين.

صورة مقرّبة للرقاقة - يمكن رؤية النقش 4301X (ربما رقم القطعة) و "1983 AMD".

جمعت صورة كبيرة عالية الدقة من عدة صور مجهرية صغيرة (اقرأ المزيد حول عملية إنشاء صور كريستالية هنا ). ثم قمت بإزالة الطبقات المعدنية والتقطت مجموعة أخرى من صور السيليكون.

تظهر الصورة عن قرب أدناه أربعة ترانزستورات وثلاثة مقاومات. مناطق مختلفة من السيليكون لها شوائب مختلفة ، مما يمنحها خصائص مختلفة ، وهذه المناطق مرئية تحت المجهر. الرقاقة مبنية على القطبينتختلف الترانزستورات NPN عن الترانزستورات MOS لأجهزة الكمبيوتر الحديثة. يتم تمييز الترانزستور الأساسي (السيليكون من نوع p) ، والباعث (السيليكون من النوع n) والمجمع (السيليكون من النوع n) على الترانزستور الأيسر [B ، E ، C]. المستطيلات الخفيفة هي نقاط اتصال السيليكون والطبقة المعدنية التي كانت في الأعلى. الترانزستوران على اليمين لهما جامع كبير مشترك. في هذه الشريحة ، غالبًا ما يتم العثور على الترانزستورات مع جامع مشترك.

فيما يلي ثلاثة مقاومات. يتم الحصول على المقاوم بإضافة شوائب إلى السليكون التي تزيد من مقاومته. عادة ما تكون دقة المقاومات في الدوائر المتكاملة ضعيفة. وتبين أيضًا أنها كبيرة نسبيًا - فهي هنا بنفس الحجم مع الترانزستورات ، بينما البعض الآخر أكبر بكثير. لذلك ، عند تصميم الدوائر المتكاملة ، يحاولون تقليل عدد المقاومات.

المنطق المرتبط بالباعث

يمكن إنشاء مخططات المنطق بطرق مختلفة للغاية. تستخدم جميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة تقريبًا النظام المنطقي CMOS (هيكل تكميلي من أشباه الموصلات وأكسيد المعادن ) ، حيث تتكون الصمامات من ترانزستورات MOS. في عصر الحواسيب الصغيرة ، كانت TTL تحظى بشعبية كبيرة. كان ESL مخططًا أسرع ولكن أقل شيوعًا. كان عيوب ESL هو زيادة استهلاك الطاقة (استخدم الكمبيوتر العملاق Cray-2 عام 1985 صمامات ESL لزيادة سرعته ، ولكن كان يجب تبريده باستخدام الفريون السائل).

ترجع معظم مزايا ESL في السرعة إلى حقيقة أن الترانزستورات لم يتم تشغيلها بالكامل. هذا سمح للترانزستورات بتغيير المسارات الحالية بسرعة كبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، كان الفرق بين الجهد للقيم 0 و 1 صغيرًا (بترتيب 0.8 فولت) ، لذلك يمكن أن تتحول الإشارات ذهابًا وإيابًا بسرعة كبيرة. على سبيل المثال ، في صمامات TTL ، يكون فرق الجهد حوالي 3.2 فولت (يمكن أن تتحول الإشارات بسرعة حوالي 1 فولت لكل نانو ثانية ، لذا مع وجود فرق جهد كبير ، هناك تأخيرات لعدة نانو ثانية). من ناحية أخرى ، أدى فرق الجهد الصغير إلى زيادة حساسية ESL للضوضاء الكهربائية.

استخدمت الإصدارات الأولى من Am2901 TTL ، ولكن في عام 1979 قدمت AMD نسختها الأسرع Am2901C. يستخدم Am2901C داخليًا ESL للسرعة ، ولكن من الخارج حافظ على جهد TTL ، مما يجعله سهل الاستخدام في أجهزة كمبيوتر TTL. يصف هذا المنشور متغير Am2901C.

يعتمد ESL على نظام زوجي تفاضلي - تعمل مكبرات الصوت بطريقة مماثلة . فكرة الزوج التفاضلي (انظر أدناه) هي أن الشعور الثابت يتدفق وفقًا للمخطط. إذا كان الجهد عند الإدخال على اليسار أكبر منه على اليمين ، فسيتم تشغيل الترانزستور الأيسر وسيذهب معظم التيار عبر الفرع الأيسر. والعكس صحيح (لاحظ أن بواعث الترانزستور متصلة - ومن هنا جاء اسم المنطق المرتبط بالباعث.

زوج تفاضلي. إذا كان الجهد عند المدخل الأيسر (أحمر) أعلى ، فسيذهب معظم التيار على طول المسار الأيسر والعكس صحيح.

تسمح لك بعض التعديلات بتحويل زوج تفاضلي إلى صمام ESL. أولاً ، يتم تثبيت الجهد في فرع واحد ويصبح مرجعًا ، في مكان ما في الفترة الفاصلة بين المستويات 0 و 1. ثم ، إذا كان الإدخال أعلى من الجهد المرجعي ، فسيتم اعتباره 1 ، وإذا كان أقل - مثل 0. ثم ، يتم توصيل الإخراج بالفرع الترانزستور (الأخضر) ، الذي يعطي إشارة الخرج عن طريق التخزين المؤقت لجهد الفرع. يتم عرض دائرة العاكس أدناه ، لأنه إذا كان جهد الدخل مرتفعًا ، فإن التيار من خلال المقاوم الأيسر سيسحب الإخراج لأسفل. لزيادة الأداء ، تم استبدال المقاوم السفلي بمصرف (أرجواني) يتكون من ترانزستور ومقاوم.

في الواقع ، يوفر التصريف في الجزء السفلي من صمام ESL تيارًا ثابتًا يتم التحكم فيه بواسطة الجهد الوارد V _CS . هذا الخيار أفضل من المقاوم البسيط ، لأن التيار من خلال المقاوم يختلف اعتمادًا على الجهد ، اعتمادًا على جهد الدخل. أيضًا ، توفر هذه الدائرة مساحة ، لأنها تستخدم مقاومًا أصغر.

العاكس ESL. يمكن حذف المقاوم العلوي الأيمن لأنه غير متصل في أي مكان.

يمكنك بناء صمام ESL أكثر تعقيدًا عن طريق إضافة المزيد من المدخلات. في الرسم البياني أدناه ، يتم إضافة ترانزستور الإدخال الثاني (2) بالتوازي مع الأول (1). سوف يتدفق التيار خلال المقاوم R1 إذا كان هناك 1 عند الإدخال A أو B (أي أن الجهد سيكون أعلى من المرجع). في هذه الحالة ، يتم سحب الإخراج لأسفل ، ونحصل على صمام NOR. باستخدام تكوينات أخرى ، يمكنك عمل صمامات AND و XOR أو دوائر أكثر تعقيدًا.

صمام ESL NOR

يوضح الرسم البياني أعلاه بوابة NOR - مثل التي يتم تنفيذها على شريحة. توضح الصورة أدناه الرسم البياني المادي المقابل للصمام. على اليسار طبقة من الكريستال السليكوني ، حيث تكون الترانزستورات والمقاومات مرئية. على اليمين توجد مسارات معدنية في نفس الجزء من الشريحة. أعلاه هي الترانزستورات 1 و 2 ، تلقي إشارة إدخال. كل واحد منهم لديه قاعدة في الأعلى ، وباعث في المنتصف. تحتوي الترانزستورات على جامع مشترك - مستطيل أبيض أدناه. المقاومات R1 و R2 هي مستطيلات من السيليكون. جميع الترانزستورات في المنتصف (بما في ذلك 3 و 4) لها جامع مشترك متصل مرتين مع الزائد (ترانزستورات غير مرقمة ومقاومات تنتمي إلى صمامات أخرى).

تم تنفيذ صمام NOR على بلورة Am2901

يمكن أن نرى من الموصلات الموجودة على اليمين أن الطبقة العليا توفر اتصال الموصلات الأفقية بالجهد الزائد ، والجهد المرجعي ، واستنزاف VCS والناقص (يمكن ملاحظة أن الزائد والناقص يتم اتساعهما لدعم التيارات العالية). في الأسفل توجد الموصلات التي تربط الترانزستورات. من الأعلى ، ترتبط المدخلات A و B بقواعد الترانزستورات. يصعب تتبع بقية الأسلاك ، حيث تغطيها الطبقة العليا. ولكن يمكنك ، على سبيل المثال ، رؤية العلاقة بين الترانزستور 4 وجامع الترانزستورات 1 و 2 و R1. من خلال دراسة صور البلورة بعناية ، يمكنك فهم جميع الأسلاك وهندسة منطق الشريحة.

وحدة المنطق الحسابي (ALU)

تقوم وحدة المنطق الحسابي (ALU) في الشريحة Am2901 بإجراء العمليات الحسابية أو المنطقية من 4 بتات. يدعم 8 عمليات مختلفة: الجمع والطرح والعمليات المنطقية بالبت (لا يتعامل مع الضرب والقسمة).

يوضح مخطط الكتلة أدناه هيكل AL29 Am2901. أولاً ، يختار المحدد (معدد الإرسال) مدخلين من مصادر محتملة. يتم إرسال قيمة D إلى جهات اتصال بيانات الشريحة ، عادةً إلى ناقل بيانات المعالج. أ - هذه هي قيمة أحد الإدخالات الـ 16 في ملف تسجيل الرقائق ، المحدد بواسطة جهات الاتصال A0-A3 ؛ يعمل B بطريقة مماثلة. يمكن تغذية القيمة الثابتة 0 إلى ALU. أخيرًا ، Q هي محتويات سجل Q (تسجيل منفصل اختياري). تمنح العديد من مصادر البيانات الشريحة المزيد من المرونة.

رسم تخطيطي لوحدة ALU Am2901 من مواصفات الشريحة. تقوم ALU بوظيفة واحدة من ثماني وظائف على مدخلين 4 بت ، R و S. على اليمين مخرجات مختلفة من الشريحة: G ، P ، حمل الإخراج ، التوقيع ، تجاوز ، صفر اختبار.

يتم إدخال قيمتين محددتين ، R و S ، إلى ALU ، والتي تؤدي العملية المختارة وتنتج النتيجة إلى F. كما تقبل ALU مبلغ النقل وتحويل القيمة المنفذة (CN + 4) ؛ هذا يسمح لك بدمج العديد من وحدات ALU للتعامل مع الكلمات الأطول. يتم استخدام المخرجات G و P للنقل مع معاينة ، ويمكن استخدام علامة الأصفار وتجاوزها واختبارها كرموز معالج شرطي.

وصف موجز لدائرة ALU ، بدءًا من المحدد. أول مربعين من المحدد أدناه (D و A) يختارون الوسيطة الأولى لـ ALU ، بينما تختار الثلاثة الأخيرة (A و Q و B) الوسيطة الثانية. يقوم كل محدد بتنفيذ الوظيفة Select • (Value ⊕ Invert) ، حيث Value هي قيمة الإدخال المحتملة ، و Select هو 1 لتحديد هذه القيمة ، و Invert هو 1 لعكس القيمة (نظرًا لأن ALU 4 بت ، يتم تحديد 4 بتات ؛ يتم تنفيذ كل محدد باستخدام أربعة صمامات ESL).

يتم تحديد القيمة المطلوبة بتضمين أحد خطوط التحديد. إذا لم يتم تشغيل أي منها ، فإن القيمة القادمة إلى ALU ستكون 0. وأيضًا ، يمكن للمحدد عكس الإدخال ؛ تقوم الشريحة بالطرح بإضافة القيمة المقلوبة.

يتكون الجزء الأول من ALU من أربع طبقات أفقية ، واحدة لكل بت

يوضح الرسم البياني أدناه دائرة AND-XOR المستخدمة في ALU AM2901 ، والتي تنفذ العملية A '• (B ⊕ C). سوف أصف بإيجاز كيف يعمل. إذا كان الجهد عند المدخل A مرتفعًا ، يتدفق التيار عبر الترانزستورات اليسرى ، ويسحب الناتج إلى أسفل. إذا كانت B و C ذات جهد عالي ، فإن التيار من خلال الترانزستورات اليسرى B و C يسحب الإخراج إلى أسفل. إذا كان الجهد على V و C منخفضًا ، فإن التيار من خلال الترانزستورات V _ref يسحب الناتج إلى أسفل. إذا كان B و C لهما جهد مختلف ، فإن التيار ينتقل من الترانزستورات + ، ويظل الإخراج عالي الجهد. خلاصة القول هي أن صمام ESL واحد يمكنه تنفيذ وظائف معقدة. مع معظم البوابات المنطقية ، يصعب تنفيذ XOR. بالنسبة لي شخصياً ، يشبه منطق ESL تتابع العشرينيات ، لأنه ينتقل بين المسارين الحاليين ، وليس فقط تشغيل وإيقاف.

بعد تحديد مدخلين لوحدة ALU ، تقوم بحساب بتات "Propagate" (P) و "Genوليد" (G) لكل زوج من وحدات البت الواردة. هذا جزء من إجراء نقل المعاينة المستخدم للإضافة السريعة.

توضح الصورة أدناه الأجزاء المتبقية من دائرة ALU (للتغيير ، تحتوي هذه الصورة على طبقة معدنية ، على عكس الصور السابقة ، حيث كان هناك فقط سيليكون). تمر الإشارات P و G من الدائرة السابقة إلى كتلتين لحساب التحويل. تقوم وحدة النقل السفلية بحساب إشارة P و G الخارجية ونقل البيانات بمعاينة للعديد من الرقائق ؛ هذا يسمح لك بإضافة كلمات طويلة بسرعة.

يمكن تنفيذ تقنية النقل مع المعاينة على عدة شرائح لإضافة أرقام أكبر من 4 بت بسرعة. تقوم كل شريحة بتوليد إشارات ونشرها ، تخبر ما إذا كانت ستقوم بإنشاء تحويل أو إرسال تحويل وارد. يتم دمج هذه الإشارات مع شريحة مولد نقل بمعاينة - مثل تلك الموجودة في Am2902.

تقوم وحدة النقل العليا بحساب التحويلات الداخلية. يحسب مخطط "المجموع" مجموع كل بت باستخدام الواصلة ، وقيم P و G. من المهم أنه بسبب الواصلة الواصلة ، يمكن حساب مجموع كل بت بالتوازي. وأخيرًا ، تقوم دائرة الإخراج بتحويل إشارات ESL الداخلية إلى إشارات TTL وتتحكم في جهات اتصال الإخراج الأربعة.

باقي دائرة ALU

تستخدم الرقاقة بعض التقنيات المثيرة للاهتمام التي تسمح لك باستخدام الأفعى لثمانية عمليات. يمكن لدائرة الاختيار الموصوفة سابقًا أن تكمل مدخلاتها بشكل اختياري. يتم استخدام هذا للطرح ، وكذلك لبعض الوظائف المنطقية. عند حساب الوظائف المنطقية (بدلاً من الجمع / الطرح) ، يتم تعطيل حساب النقل. أثناء العمليات المنطقية ، لا تتأثر البتات بما يحدث للبتات الأخرى. وأخيرًا ، تتحول دارة XOR الخاصة بالمُصمم إلى الدائرة AND عن طريق زيادة إشارات P إلى الحد الأقصى. وبالتالي ، بدلاً من استخدام ثماني دوائر مختلفة لثماني عمليات ALU ، تستخدم الشريحة دائرة واحدة مع بعض التعديلات المختارة بعناية.

تستخدم الرقاقة قيم P و G لتوليد مجموع المدخلات R و S بالحمل C. ويحسب المجموع (R ⊕ S ⊕ C) '((P' ∨ G) ⊕ C) '، حيث P = R∨S ، و G = R • S. إذا كانت P تساوي 1 ، فإن (P '∨ G) تنخفض إلى G تساوي R • S. اتضح أنه من خلال تغيير P ، يمكن استخدام نفس الدائرة لحساب AND من قيم الإدخال R و S.

يوضح الجدول أدناه العمليات الـ 8 التي نفذتها الجامعة. يتم تغذية ثلاث بتات من التعليمات إلى الشريحة وتستخدم لتحديد العملية: I5 و I4 و I3. يعرض عمود "الدالة" الوظائف وفقًا للتوثيق ، ويظهر عمود "الحساب" كيفية حساب كل بت. لاحظ أن جميع العمليات يتم تخفيضها في النهاية إلى OR (⊕) أو AND (∧). يتم الإضافة بواسطة XOR bitwise للحجج وحمل البتات. يتم إجراء الطرح من خلال إضافة الوسيطة والجمع اللاحق. على سبيل المثال ، إضافة المكمل R (R ') هي نفس عملية طرح R. يكمل R3 I ، ويكمل البت I4 S. العمليات باستخدام OR الحصري (EXOR و EXNOR) تستخدم نفس العناصر مثل الجمع ، ولكن مع قفل حساب التحويل. يتم تنفيذ العملية AND عن طريق حجب الإشارة G. أخيرًا ، يتم حساب OR وفقًا لقانون de Morgan ، R '∧ S'= (R ∨ S) '. النقطة هي أن Am2901 لا يتطلب عناصر منفصلة للجمع والطرح و AND و OR و EXOR - يتم استخدام معظم العناصر في كل من العمليات.

تدوين رمزي	I5	I4	I3	وظيفة	عملية حسابية
أضف	0	0	0	R plus s	R ⊕ S ⊕ حمل
SUBR	0	0	1	S ناقص r	R '⊕ S ⊕ حمل
SUBS	0	1	0	R ناقص s	R ⊕ S '⊕ حمل
أو	0	1	1	R أو S	(R '∧ S') ⊕ 1
و	1	0	0	R AND S	R ∧ S
NOTRS	1	0	1	R 'و S	R '∧ S
EXOR	1	1	0	R EX أو S	R ⊕ S '⊕ 1
EXNOR	1	1	1	R EX NOR S	R '⊕ S' ⊕ 1

استنتاج

تعتبر شريحة Am2901C ذات أهمية كمثال على ESL عالي السرعة ، وهي عائلة منطقية نادرة نسبيًا. يتم توزيع شريحة ALU في الجزء السفلي من الشريحة ، وتنفذ ثماني وظائف مختلفة ، وتستخدم نقل المعاينة لتسريع العمل. على الرغم من أن الرقاقة معقدة للغاية ، إلا أن الفحص الدقيق تحت المجهر يساعد على فهم عملها.

تم استخدام المعالجات المقطعية متعددة الشرائح ، مثل Am2901 ، في الحواسيب الصغيرة والعديد من الأنظمة الأخرى في السبعينيات والثمانينيات. ومع ذلك ، في النهاية ، مكنت التحسينات في تقنية CMOS من تنفيذ معالج سريع على شريحة واحدة ، مما جعل هذه التكنولوجيا عتيقة. وبينما تحتوي Am2901 على حوالي ألف ترانزستور ، وتعمل بسرعة 16 ميجاهرتز ، تقوم AMD اليوم بتصنيع معالجات تحتوي على مليارات الترانزستورات وتعمل بتردد 4 جيجاهرتز.