DE2336676C3 - Einrichtung zur Modifizierung von Mikroprogrammbefehlen - Google Patents

Description

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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 6> abgeleitet werden. Einzelheiten dieser Technik sind z. B. beschrieben in dem Buch »Microprogramming« von S. S. Husson, Englewood Cliffs, 1970.

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:

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

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wurde in der deutschen Auslegeschrift 12 50 659 angegeben, für verschiedene Makrobefehle Mikroprogrammroutinen mit gleicher Anfangsadresse zu verwenden und an bestimmten Punkten dieser Routinen, abhängig vom gerade durchzuführenden Makrobefehl, zu verschiedenen Mikroprogrammadressen zu verzweigen. Die vorgeschlagene Adreßmodifizierung erfordert jedoch einen komplizierten Schaltungsaufbau; außerdem ist die Einsparung an Speicherplatz noch nicht optimal, da auch hier verschiedene Mikroinstruktionen für verschiedene Makrobefehle gespeichert werden müßten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, für eine mikroprogrammgesteuerte Befehlsausführungseinheit eine Einrichtung zur Modifizierung von Mikroprogrammbefehlen anzugeben, die einfach strukturiert ist, dabei jedoch eine hohe Flexibilität aufweist und zu einer möglichst großen Speicherplatzeinsparung führt

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 beispielsweise 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 spezifl· zierte 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 werden, 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.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausfühn-Tigsbeispiel der Erfindung soll im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt werden. Es zeigt

F i g. ί ein Prinzipschaltbild eines Mikroprogrammsteuerwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 2 das Bitmuster der für die Erfindung maßgeblichen Mikroprogrammbefehls-Steuerfelder während der verschiedenen Ausführungsphasen einer Makroinstruktion.

F i g. 1 zeigt in schematischer Weise die wesentlichen Elemente eines Mikroprogrammsteuerwerks, von denen die Erfindung Gebrauch macht Die Makroinstruktionen, auch als Maschineninstruktionen bezeichnet sind im Hauptspeicher HSi 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 OPCODEX. Von dort werden die im Makrobefehl enthaltenen Informationen zur Mikroprogrammsteuerung an die entsprechenden Steuerelemente weitergeleitet, so z. B. als Adresseninformation für den Mikroprogrammspeicher 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 SDRi 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 ALU6, weitergeleitet werden.

Die geniale 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 Sl.

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 welchem die Erfindung aufbaut. Es ist jedoch selbstverständlich, daß die Erfindung auch anwendbar ist, wenn andere als die hier geseri'derten 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

ίο Instruktionen in Gruppen können die logischen Register-Register-Operationen dienen, d. h. solche, bei denen der Inhalt zweier Register R 1 und R 2 logisch verknüpft wird:

Operation

Befehlsschlüssel

UND/? 1, Λ2

ODER Al, Λ 2

XOR (Antivalenz) R \,R 2

00010100
00010110
00010111

Weitere Einzelheiten über Instruktionsformate im

System IBM/360/370 sind in der Broschüre i3M System/360, Principles of Operation, IBM Form Nr. GA 22-6821 enthalten.

Innerhalb dieser so definierten Instruktionsgruppen kommt nun die Erfindung zum Tragen. Während der einleitenden Phase steuert ein spezielles ßit 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 Td in üblicher Bauart vorgesehen, die gesetzt wird, wenn zum Zeitpunkt der Übertragung das zu speichernde Bit und das Steuerbit 50 auf»1« stehen.

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

so Inhalt des Steuerfeldes 52 im gerade angezogenen Mikrobefehl. Dies erfolgt in der Weise, daß ein spezielles Steuerbit 5t 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 Jogischui Verknüpfungsschaltung 9 zugänglich gemacht in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der logischen Verknüpfungsschaltung 9 um eine Schaltung, die das Inklusive 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 R\. Rl
ODKR R\.R2
XOR R 1. R2

1000
1010
K)II

Diese Bitmuster lassen sich nun leicht aus den früher angegebenen Befehlsschlüsseln der Makrobefehle erzeugen, wenn als gemeinsames Steuerfeld 52 der Mikroinstruktion das Bitmuster Ί 100' gewählt wird. Die Verknüpfung dieses Steuerfeldes mit den niedrigstelli gen vier Bits nach den Regeln der Antivalenz ergibt dann gerade die geforderten Steuersignale, beispielsweise für eine UND R I. R 2-Operation:

Niedrigslelligc Bits im Bcfehlsschlüssel

Bitmuster im Steuerfeld 52
Steuerbits

OKK)

IKW)

1Of)O

XOR

In F i g. 2 sind für dieses Beispiel die für die Erfindung maßgeblichen Steuerfelder in der Mikroinstruktion während der Abarbeitung einer Makroinstruktion angegeben. Die übrigen, durch Kreuze angedeuteten Bits unterscheiden sich in nichts von den sonst gebräuchlichen Steuerbits in Mikroinstruktionen. Die früher erwähnten Schritte I bis 5 sind in der Figur durch S 1 bis 55 gekennzeichnet.

Anstelle der Exklusiv-ODER-Funktion kann /ur Verknüpfung von Befehlsschlüssel und Steuerfeld 52 auch eine binäre Addition oder eine sonstige logische Operation gewählt werden. Die Steuerbits 50 und 51 der Mikroinstruktion können entfallen, wenn die ihnen entsprechenden Steuersignale aus anderen Quellen ermittelt werden, beispielsweise durch Decodierung von Teilen des Makro-Befehlsschlüssels 20.

Hliitt

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Einrichtung zur Modifizierung von Mikroprogrammbefehlen einer Datenverarbeitungsanlage während ihrer Ausführungsphase in Abhängigkeit vom auszuführenden Makrobefehl, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Register (7) zur zeitweisen Speicherung des Makrobefehlsschlüssels (20) oder eines Teiles davon, sowie eine Schaltung (9) ι ο zur logischen Verknüpfung des Inhalts des ersten Registers (7) mit einem ausgewählten Teil (Feld 52) eines zweiten, einen Mikroprogrammbefehl enthaltenden Registers (5) vorgesehen sind, wobei das Ergebnis der logischen Verknüpfung einen Mikroprogrammbefehl oder Teile davon 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 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 Mikroprogrammbefehlssteuerbit (50) die Übertragung von Teilen des Makrobefehlsschlüssels (20) in das erste Register (7) steuert und daß durch ein zweites Mikroprogrammbefehlssteuerbit (51) aktivierte UND-Glieder (8) die Verknüpfung der Inhalte des ersten Registers (7) und des ausgewählten Feldes (32J im zweiten Register (5) steuern.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Register (5) das Ausgangsregister eines Mikroprogrammspeichers (4) ist