DE2336676A1

DE2336676A1 - Einrichtung zur modifizierung von mikroprogrammbefehlen

Info

Publication number: DE2336676A1
Application number: DE19732336676
Authority: DE
Inventors: Guenter Knauft; Oktavy Koltschak; Klaus Dipl Ing Kraft
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1973-07-19
Filing date: 1973-07-19
Publication date: 1975-01-30
Also published as: DE2336676B2; FR2238189B1; FR2238189A1; DE2336676C3; IT1010167B; GB1433076A; JPS5040050A; JPS5334981B2

Description

Einrichtung zur Modifizierung von Mikroprogrammbefehlen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Modifizierung von Mikroprogrammbefehlen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Erhöhung der Flexibilität des datenverarbeitenden Systems und aus Gründen der Kostenersparnis wird in modernen Rechenanlagen weitgehend von der Technik der Mikroprogrammierung Gebrauch gemacht. Dabei wird ein Programmbefehl im Hauptspeicher (Makrobefehl) als eine zeitliche Folge von Elementaroperationen, sogenannten MikroOperationen, ausgeführt. Diese MikroOperationen werden durch einzelne Mikrobefehle angestoßen, die aus einem Speicher in Abhängigkeit vom vorliegenden Makrobefehl abgerufen werden. Neben anderen Informationen enthalten diese Mikrobefehle Steuerfelder, aus denen direkt Signale zur Steuerung der Elementaroperationen abgeleitet werden.

In bekannten Einrichtungen dieser Art, so z.B. in vielen der Rechenanlagen der Reihe IBM/360/370, besteht die Mikroprogrammsequenz zur Ausführung eines Makrobefehls im wesentlichen aus folgenden Schritten:

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A) Einleitende Phase

1. Lesen des Makrobefehls im Hauptspeicher;

2. Aufbereitung der Operandenadressen;

B) Ausführungsphase

3. Verzweigen zur speziellen Mikroprogrammausführungsroutine für den vorliegenden Makrobefehl;

4. Ausführung des vorliegenden Makrobefehls,

a) Lesen der Operanden

b) Verarbeiten der Operanden

c) Speichern des Resultats;

5. Verzweigen zu Schritt 1.

Prinzipiell ist nun für jede der unter Punkt 4 geschilderten Befehlsausführungsphasen eine spezielle Mikroprogrammschrittfolge erforderlich. Dies bringt den Nachteil mit sich, daß in Datenverarbeitungsanlagen mit einem mächtigen, aus vielen Instruktionen bestehenden Instruktionssatz ein Mikroprogrammspeicher beträchtlicher Kapazität erforderlich ist, daß weiterhin infolge der notwendigen Programmverzweigungen ein Zeitverlust in der Mikroprogrammausführung auftritt und daß schließlich die Erstellung der Mikroprogramme sehr aufwendig ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, für eine mikroprogrammgesteuerte Befehlsausführungseinheit die geschilderten Nachteile zu vermeiden und insbesondere den Speicherplatzbedarf für Mikroprogramme zu verringern.

Dazu geht die Erfindung von der Feststellung aus, daß sich innerhalb des Instruktionsrepertoires einer modernen Datenverarbeitungsanlage Gruppen von Instruktionen zusammenfassen lassen, die denselben Instruktionsaufbau besitzen, bei denen also bei-GE 972 048

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spielsweise die Anzahl und die Lage der Felder in einer Instruktion gleich sind und die dasselbe Datenformat besitzen.

Für Instruktionen innerhalb einer derartigen Gruppe unterscheiden sich die oben erwähnten Mikroprogrammschritte 1 bis 5 nur in dem Schritt 4b/ wo die eigentliche, durch den Makroinstruktionscode spezifizierte Aufgabe durchgeführt wird. Durch Zusammenlegung der verschiedenen Ausführungsphasen für die einzelnen Makroinstruktionen in eine für alle Instruktionen einer Gruppe gemeinsame Phase ließe sich danach eine beträchtliche Einsparung an Speicherplatz und Ausführungszeit erreichen; diese gemeinsame Ausführungsphase muß dabei selbstverständlich entsprechend der jeweils vorliegenden Instruktion dynamisch modifiziert v/erden, wobei eine Einrichtung geschaffen werden muß, die diese Modifizierung in einfacher und zeitsparender Weise durchzuführen gestattet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe entsprechend den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen.

Weitere Einzelheiten, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Mikroprogrammsteuer

werks mit der Erfindung,

Fig. 2 das Bitmuster der für die Erfindung maßgeblichen

Mikroinstruktions-Steuerfelder während der verschiedenen Ausführungsphasen einer Makroinstruktion.

Fig. 1 zeigt in schematischer Weise die wesentlichen Elemente eines Mikroprogrammsteuerwerks, von denen die Erfindung Gebrauch macht. Die Makroinstruktionen, auch als Maschineninstruktionen

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bezeichnet, sind im Hauptspeicher HS 1 in Form von Programmen gespeichert. Sie werden in der einleitenden Phase der Befehlausführung aus dem Speicher abgerufen und in ein mit SDR 1 bezeichnetes Speicherausgangsregister 2 gebracht. Der Befehlsschlüssel befindet sich dann in einem Feld OP CODE 20. Von dort werden die im Makrobefehl enthaltenen Informationen zur Mikroprogrammsteuerung an die entsprechenden Steuerelemente weitergeleitet, so z.B. als Adresseninformation für den Mikroprograinmspeicher CS 4 oder für die Aufbereitung der Operanden. Diese Einzelheiten sind für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich und sollen deshalb auch nicht weiter betrachtet werden. Im späteren Verlauf der Befehlsausführung dienen die mit SDR 1 und SDR 2 bezeichneten Register 2 und 3 zur Aufnahme der Operanden für die in der Ausführung befindliche Instruktion.

Das Mikroprogramm ist im Mikroprogrammspeicher CS 4 enthalten, aus dem die einzelnen Mikroinstruktionen entsprechend der in der Einleitung geschilderten Einzelschritte 1 bis 5 durch ein (nicht dargestelltes) Fortschaltewerk abgerufen und in ein Ausgangsregister CSDR 5 gebracht werden. Von den einzelnen Feldern dieses Registers bestehen Verbindungen zu anderen Systemkomponenten, auf denen die entsprechend der Bitverteilung in den Steuerfeldern erzeugten Steuersignale an die Systemkomponenten, wie z.B. die arithmetische und logische Einheit ALU 6, weitergeleitet werden.

Die genaue Aufteilung des Ausgangsregisters CSDR 5 in die zur Steuerung der Anlage notwendigen Felder (und damit die Aufteilung des gesamten Mikrobefehls in entsprechende Felder) ist für die vorliegende Erfindung ohne Belang; deren Einfluß äußert sich nur im Vorhandensein eines zusätzlichen Steuerfeldes 52 und zweier zusätzlicher spezieller Steuerbits 50 und 51.

Bevor nun die Einzelheiten der Erfindung und ihre Funktionsweise anhand der Elemente 7, 8 und 9 erläutert wird, soll zunächst auf das Makroinstruktionsformat eingegangen werden, wie es in den Rechenanlagen des Systems IBM/360/370 verwendet wird, und auf

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welchem die Erfindung aufbaut. Es ist jedoch selbstverständlich, daß die Erfindung auch anwendbar ist, wenn andere als die hier geschilderten Instruktionsformate zugrunde gelegt werden.

In dem genannten System besteht der Instruktionsschlüssel 20 aus acht Bits. Dabei ist er so aufgebaut, daß die hochstelligen vier Bits Gruppen von Instruktionen zusammenfassen, die identisches Instruktions- und Operandenformat besitzen; die niedrigstelligen Bits dienen dann zur Unterscheidung der Einzelinstruktionen innerhalb der 16 Gruppen.

Als Beispiel für eine derartige Zusammenfassung von Instruktionen in Gruppen können die logischen Register-Register-Operationen dienen, d.h. solche, bei denen der Inhalt zweier Register Rl und R2 logisch verknüpft wird:

Operation Befehlsschlüssel

UND Rl, R2 00010100

ODER Rl, R2 00010110

XOR (Antivalenz) Rl, R2 00010111

Weitere Einzelheiten über Instruktionsformate im System IBM/360/370 sind in der Broschüre IBM System/360 Principles of Operation enthalten.

Innerhalb dieser so definierten Instruktionsgruppen kommt nun die Erfindung zum Tragen. Während der einleitenden Phase steuert ein spezielles Bit 50 der für diese Phase wirksamen Mikroinstruktion die Übertragung der niedrigstelligen Bits des Befehlsschlüssels aus dem Register 2 in das ALU-Index-Register 7. Dort wird der Schlüssel bis zur Ausführungsphase dieses Befehls zwischengespeichert. Für jedes der zu speichernden Bits ist dementsprechend eine Selbsthalteschaltung 7a bis 7d in üblicher Bauart vorgesehen, die gesetzt wird, wenn zum Zeitpunkt der Übertragung das zu speichernde Bit und das Steuerbit 50 auf "1" stehen.

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Wie schon erwähnt, laufen die Mikroprogrammschritte für die Ausführung von Makroinstruktionen innerhalb derselben Gruppe in identisch gleicher Weise ab; die einzelnen Mikroinstruktionen sind dabei auch nur einmal im Mikroprogrammspeicher enthalten. Die notwendige Modifizierung der Mikroinstruktion erfolgt im Abschnitt 4b der Ausführungsphase, in dem die Verarbeitung der Operanden durchgeführt wird. Dazu wird der im ALU-Index-Register 7 zwischengespeicherte Teil des Befehlsschlüssels logisch verknüpft mit dem Inhalt des Steuerfeldes 52 im gerade angezogenen Mikrobefehl. Dies erfolgt in der Weise, daß ein spezielles Steuerbit 51 in der Mikroprogramminstruktion die UND-Schaltung 8 aktiviert und damit den Inhalt des ALU-Index-Registers der logischen Verknüpfungsschaltung 9 zuführt. Gleichzeitig wird der Inhalt des Steuerfeldes 52 der Mikroinstruktion der logischen Verknüpfungsschaltung 9 zugänglich gemacht. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung handelt es sich bei der logischen Verknüpfungsschaltung 9 um eine Schaltung, die das Exklusive ODER verwirklicht. Das für alle Instruktionen der Gruppe gleiche Steuerfeld 52 der Mikroinstruktion wird dabei durch die logische Verknüpfungsschaltung 9 mit Hilfe des im ALU-Index-Register gespeicherten Teils des Befehlsschlüssels so modifiziert, daß am Ausgang der logischen Verknüpfungsschaltung 9 die für diese Instruktion spezifischen Steuersignale an die arithmetische und logische Einheit 6 zur Verfügung stehen.

Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung sei die Modifizierung der Mikroinstruktion für den Schritt 4b am Beispiel der Register-Register-Operationen betrachtet. Zur Ausführung dieser Funktion sei angenommen, daß die arithmetische Einheit folgende Steuersignale benötigt:

Operation Steuersignal .

UND Rl, R2 1000

ODER Rl, R2 1010

XOR Rl, R2 1011

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Diese Bitmuster lassen sich nun leicht aus den früher angegebenen Befehlsschlüsseln der Makrobefehle erzeugen, wenn als gemeinsames Steuerfeld 52 der Mikroinstruktion das Bitmuster ¹IlOO¹ gewählt wird. Die Verknüpfung dieses Steuerfelds mit den niedrigstelligen vier Bits nach den Regeln der Antivalenz ergibt dann gerade die geforderten Steuersignale, beispielsweise für eine UND Rl, R2-Operation:

niedrigstellige Bits im Befehlsschlüssel 0100

Bitmuster im Steuerfeld 52 1100 ^X0R

Steuerbits 1000

In Fig. 2 sind für dieses Beispiel die für die Erfindung maßgeblichen Steuerfelder in der Mikroinstruktion während der Abarbeitung einer Makroinstruktion angegeben. Die übrigen, durch Kreuze angedeutete Bits unterscheiden sich in nichts von den sonst gebräuchlichen Steuerbits in Mikroinstruktionen. Die früher erwähnten Schritte 1 bis 5 sind in der Figur durch Sl bis S5 gekennzeichnet.

In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung kann die Verknüpfung von Befehlsschlüssel und Steuerfeld 52 durch eine binäre Addition oder durch sonstige logische Operationen erfolgen. Weiterhin kann auf die Steuerbits 50 und 51 verzichtet werden, wenn die ihnen entsprechenden Steuersignale aus anderen Quellen ermittelt werden, beispielsweise durch Decodierung von Teilen des Makro-Befehlsschlüssels 20.

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Claims

- 8 PATENTANSPRÜCHE

Einrichtung zur Modifizierung von Mikroprogranunbefehlen während ihrer Ausführungsphase in einer Datenverarbeitungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Register (7) zur zeitweisen Speicherung des Makrobefehlsschlüssels (20) oder eines Teiles davon, sowie eine Schaltung (9) zur logischen Verknüpfung des Inhalts des ersten Registers (7) und ausgewählten Feldern (52) eines zweiten, eine Mikroinstruktion enthaltenden Registers (5) vorgesehen sind, wobei das Ergebnis der logischen Verknüpfung Steuersignale für die Elementaroperationen des datenverarbeitenden Systems darstellt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragung des Befehlsschlüssels (20) in das erste Register (7) und die logische Verknüpfung in der Schaltung (9) durch das Mikroprogramm gesteuert werden.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Verknüpfungsschaltung (9) ein Exklusives ODER (Antivalenz) realisiert.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Verknüpfungsschaltung (9) eine Addition realisiert.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Mikroprogrammsteuerbit (50) die übertragung von Teilen des Makrobefehlsschlüssels (20) in das erste Register (7) steuert und daß ein durch ein zweites Mikroprogrammsteuerbit (51) aktiviertes UND-Glied (8) die Verknüpfung der Inhalte des ersten Registers (7) und des Steuerfeldes (52) im zweiten Register (5) steuert.

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