SU1029178A2 - Микропрограммное управл ющее устройство - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, в частности к микропрограммным устройствам управлени , и может быть использовано в цифровых вычислительных системах , а также терминальной аппарату|эе По основному авт.св. W известно микропрограммное управл ющее устройство, содержащее блок пам ти микрокоманд, регистр микрокоманд, регистр адреса, блок проверки условий, генератор импульсов, группу элементов И, регистр блокировки и элемент причем выходы блока проверки условий соединены с входами регистра адреса, выходы которого соединены с входами блока пам ти микрокоманд, выходы которого соединены с информационными входами регистра микрокоманд , адресные выходы которого соединены с информационными входами бл ка, проверки условий, управл ющие вхо ды которого  вл ютс  входом устройства , управл ющие выходы регистра микрокоманд соединены с первыми входами каждого элемента И, группы элементов И, выходы которых  вл ютс  первым выходом устройства, а информационные выходы регистра микрокоманд  вл ютс  вторым выходом устройства , выход Каждого элемента И груп1пы элементов И соединен с инверсными входами всех последующих элементов И группы элементов И, с инверсным входом элемента И и с установочным входом регистра блокировки, соответстве но выходы регистра блокировки соедин ны с вторыми входами элементов И гру пы элементов И, выход элемента И соединен с управл ющим входом регистра микрокоманд и с входом установки в исходное состо ние регистра блокиров ки, тактирующий вход которого соединен с выходом генератора импульCOB l . Недостатком данного устройства  в л етс  ограниченный набор комбинаций микроприказов, выдаваемых в каждой отдельной микрокоманде. Зто св зано с тем,что микроприказы выдаютс  в жестко установленном пор дке. Причем пор дковый Т)омер микроприказа, выдаваемого в первом микротакте, имеет наименьшее значение, а пор дковый номер следуюи4его микроприказа больше номера микроприказа, выданного в предыдущем микротакте. Это ограничивает функциональные возможности устройства . Если дл  выполнени  операции, задаваемой в операционном поле микрокоманды , требуетс  выдача микроприказов в пор дке, отличном от установленного , используетс  несколько микрокоманд. Причем операционные пол  этих микрокоманд одинаковы, а в управл ющем поле каждой микрокоманды содержитс  часть необходимого набора микроприказов, котора  может быть выдана в одной микрокоманде. Последовательное выполнение этих микрокоманд дает возможность выполнить операцию с необходимой комбинацией микроприказов , однако при этом требуетс  большой объем микропрограммной пам ти . Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства за счет расширени  набора комбинаций микроприказов , выдаваемых в одной микрокоманде Поставленна  цель достигаетс  тем, что микропрограммное управл ющее устройство содержит регистр управлени , дешифратор, первый и второй элементы И и элемент задержки, причем информационный вход регистра управлени  соединен с выходом блока пам ти микрокоманд , а выход - с входом дешифратора , первый выход которого соединен через элемент задержки с инверсным входом первого элемента И и первым входом второго Элемента И, другие входы которых соединены с выходом элъ. мента И, выходы дешифратора, кроме первого, соединены с инверсными входами элементов И группы, пор дковые номера которых меньше пор дкового номера соответствующего выхода дешифратора , выход первого элемента И соединен с входом установки в ноль регистра управлени , выход второго элемен- . та И - с входами записи регистров микрокоманд и управлени  и с установоч-. ным входом регистра блокировки, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом регистра адреса , вход начальной установки устройства соединен с установочными входами регистров микрокоманд и адреса. Такое решение позвол ет осуществить цикличeckий пор док выдачи микроприказов , при котором в одной микрокоманде микроприказы сначала выдаютс  в пор дке возрастани  номеров, начина  с первого микроприказа с любым пор дковым номером и конча  микроприказо 4;С наибольшим пор дковым номе3-10 ром. Затем микроприказы продолжают выдаватьс  в том же пор дке, начина  с микроприказа с наименьшим пор дко Btm номером и конча  последним микро приказст, пор дковый номер которого хот  бы; на единицу меньше первого выданного микроприказа. При .этом расшир етс  набор комбин ций микроприказов, выдаваемых в одно микгюкоманде, что позвол ет многие операции выполн ть при помощи меньшего количества микрокоманд. На фиг. 1 изображена схема предлагаемого микропрограммного управл ющего устройства; на фиг 2 - схема блока проверки условий; на фиг. 3 временна  диаграмма работы устрой ,ства. :-.- - Микропрограммное управл ющее уст|ройство содер «йт блок 1 пам ти микрокоманд , регистр И адреса, регистр микрокоманд, вход начальной установки которого  вл етс  одноименным входом устройства, сГ информационные выходы - информационными выходами 5 устройства, блок 6 проверки условий , управл ющие входы которого  в л ютс  управл ющими входами 7 устрой ства, регистр Я управлени , дешифратор 9, группу элементов И 10, выходы которых  вл ютс  управлтхцмни выхода |ми 11 устройства, регистр 12 блокировки , элемент И 13, генератор Т та товых импуль ов, первый элемент И 15 второй элемент И 16 и элемент 17 задержки , Влок 6 проверки условий Гфиг.2/ содержит группу элементов И 18 и rpjfftny элементов ИЛИ 19. Первые входы элементов И 13 соеди нены ме еду собой и с одним информационным входом блока 6 проверки усло ВИЙ, остальные йнфо|(ациоиные входа которого  вл ютс  входами элементов ИЛИ 19. выходы элементов И 18 и соединены с входами элементов ИШ 19 Вторые входы элементов И 18  вл ют;; с   втравл ющими входами блока 6 проверки условий, Выходы элементов ИЛИ  вл ютс  выходами блока б проверки УСЛОВИЙ. ,. На временной диаграмме работы ус т poifcTBa обозначено 20 - импульсы на .выходе генератора Н; 21 - сигнал {начальной установки на входе k устро ства; 22 .-.сигнал на выхоле элемен / та И 13;23,24,25 - сигналы микроорик зов на выходах восьмого, двенадцатого и седьмого элементов И 10 соот8 4 ветственно; 26 - сигнал на выходе элемента 17 задержки; 27 - сигнал на выходе элемента И 15; 28 - сигнал на выходе элемента И 16; 29, 30, 31 сигналы микроприказов на выходах п того, первого и третьего элементов И 10 соответственно. Микропрограммное управл ющее устройство работает следующим образом. Дл  приведени  устройства в исходное состо ние на его вход подаетс  сигнал 21 начальной установки, по ко- . торону регистр 3 микрокоманд и регистр 2 адреса устанавливаютс  в нулевое состо ние-. По нулевому содержимому регистра 2.адреса из блока 1 пам ти микрокоманд выбираетс  начальна  микрокоманда и поступает на вхдг ды регистра 3 микрокоманд и регистра 8 управлени . Так как содержимое-регистра 3 мик1рокЬманд равно нулю, то сигналами его управл ющих выходов оказываютс  закрытьачи все элементы И 10. При этом на .их выходах присутствуют нулевые потенциагш , в результате чего на выходе элемента И 13 вырабатываетс  сигнал 22 и поступает на входы элемен тов И 15 и 16. В начальный момент времени, после включени  устройства , регистр 8 управлени  находитс  в неопределенном состо нии. Поэтому, если .содержимое регистра 8 управлени  не равно нулю, 31начение сигнала на первом выходе д и атора 9 и соответственно сигнала 26 на выходе элемента 17 задержки равно нулю. При этом срабатывает элемент И 15, и сигнал 27 с его выхода устанавливает в нулевое состо ние регистр 8 управлени . В результате этого,сигнал на пе{жом выходе дешифратора 9 и соответственно сигнал 26 На выходе элемента 17 задержки принимает значение, равное единице. При этом элемент И 15 закрываетс , а элёцент И 16 открываетс . Сигнал 28 с его выхода устанавливает в исходное единичное срсто  ние регистр 12 блокировки. Кроме тот ;го. Сигнал 28 с выхода эле 4ента И 16 поступает на входы занесени  регист- ра 3 ммкро1со манд и регистра 8 улравЛШ4ИЯ . Однакр зане(;еии  а эти регистры не должны производитьс  до тех пор, пока не сн т сигнал 21 начальной ус- тановки с входа Л устройства. Таким , после сн ти  сигнала 21 начальной установки в регистр 3 микрок «анд и регистр 8 управлени  заноситс  начальна  микрокоманда.

Микрокоманда состоит из четырех полей - адресного, операционного, управл ющего и дополнительного.

В адресном поле микрокоманды, кроме кода, по которому определ етс  адрее следующей микрокоманды, содержитс  один разр д, значение которого указывает на проведение или не проведение УСЛОВНЫХ переходов в данной микрокоманде.

В операционном поле указываетс  код операции, которую выполн ют операционные схемы, управл емые данным микропрограммным управл ющим устройством .

В. управл юо1ем поле задаетс  набор микроприказов, при выдаче которых осуществл етс  выполнение Операции, указанной в операционном поле.

Дополнительное поле содержит двоичный код на единицу меньше номера того микроприказа, которы выдаетс  в микрокоманде первым.

Первые три пол  микрокоманды содержатс  в регистре 3 микрокоманд, а дополнительное поле - в регистре 8 управлени .

Пример. Дл  выполнени  операции , содержащейс  в операционном поле, необходимы шесть микротактов.. Причем в течение первого, второго, третьего , четвертого, п того и шестого микротактов единичйый сигнал должен присутствовать на выходе восьмого , двенадцатого, седьмого, п того и третьего элементов И 10 соответственно .

Така  последоватё 1ьность микроприказов в предлагаемом устройстве выпол н етс  при помоо и двух микрокоманд, причем в первой микрокоманде выдаютс  восьмой, двенадцатый и седьмой микроприказы, а во второй - п тый, первый и третий. Тогда на седьмом, восьмом и двенадцатом управл ющих выходах регистра 3 микрокоманд присутствует единичный сигнал, а на ос таЛьных - нулевой ТаТ какпервымвыдаетс  микроприказ с пор дковымiномером , равнщ восьми, код,:занесенный в регистр 8 управлени , равен семи . Поэтому на восьмом выходе -дешифратора 9 вырабатываетс  единичный сигнал, который закрывает элементы И 10, начина  с первого и конча  седь мым. Тогда на выходе восьмого элемента И 10 в течение первого микротакта присутствует единичный сигнал 23,

вследствие чего все последующие элементы И 1 О закрыты.

Во втором микротакте по сигналу 20 и при наличии единичного сигнала на восьмом установочном входе восьмой разр д регистра 12 блокировки устанавливаетс  в ноль. При этом восьмой элемент И 10 закрываетс , открыва  тем самым все последующие элементы И 10, но так как дев тый, дес тый и одиннадцатый элементы И 10 закрыты нулевыми сигналами с управл ющих выходов регистра 3 микрокоманд, единичный сигнал вырабатываетс  на выходе двенадцатого элемента И 10.

В третьем микротакте аналогично устанавливаетс  в ноль двенадцатый разр д регистра 12 блокировки, при этом состо ние остальных разр дов регистра 12 блокировки не измен етс . Двенадцатый элемент И ТО закрываетс  и на выходах всех элементов И 10 единичный сигнал отсутствует, так как нулевой Сигнал присутствует на всех следующих после двенадцатого управл ющих выходах регистрах3 микрокоманд. В результате этого на выходе элемента И 13 вырабатываетс  сигнал 22. Так как содержимое регистра В управлени  не равно нулю, сигнал на первом выходе дешифратора 9 и соответственно сигнал 26 на выходе элемента 17 задержки равны нуло. Поэтому срабатывает элемент И 15, и сигнал 27 с его выхода устанавливает в ноль регистр 8 управлени . При этом единичный сигнал вырабатываетс  на первом выходе дешифратора 9, в на всех остальных выходах присутствует нулевой сигнал, вследствие чего открываютс  ранее заблокированные с первого по седьмой элементы И 10, и на выходе седьмого элемента И 10 вырабатываетс  единичный сигнал. Элемент 17 задержки предупреждает возникновение  влени  гонок при переключении дешифратора 9, задержива  сигнал с первого выхода дешифратора 9 на врем  фор мировани  сигнала 22. Поэтому изменение сигнала 26 на выходе элемента 17 задержки происходит уже после того, как сбрасываетс  сигнал 22 на выходе элемента И 13, что предупреждает лож ное срабатывание элементов И 15 и 16.

В следующем, четвертом микротакте по импульсу 20 с выхода генератора Ш устанавливаетс  в ноль седьмой разр д регистра 12 блокировки. В результате этого закрываетс  седьмой элемент И 10, и на выходе всех элементов И 10 оп ть присутствует нулевой сигнал. Вырабатываетс  снгнал 22 на выходе элемента И 13 и так как на выходе элемента 17 задержки-присутствует единичный сигнал 26, срабатывает элемент И 16, По сигналу 28..с . его выхода устанавливаетс  в единичное состо ние рёгйстр 12 блокировки, а в регистры 3 микрокоманд и 8 управлени  заносис  следующа  микрокоманда у которой в операционном поле содержитс  такой же код как и в первой микрокоманде, в управл ющем поле первый, третий и п тый разр ды равны единице, а остальные - нулю. Так как при выполнении второй микрокоман ды первым должен выдаватьс  п тый микроприказ, то дополнительное поле второй микрокоманды содержит код, равный четырем. В результате этого единичным сигналом с п того выхода дешифратора 9 блокируютс  первые четыре элемента И 10, и единичный сигнал 29 вырабатываетс  на выходе п то го элемента И 10, До этого момента по адресной час ти первой микрокоманды формируетс  адрес второй микрокоманды. Так как после выполнени  первой микрокоманды выполнение всей операции еще не завершаетс , то переход от первой микрокоманды ко втопой осуществл етс  без учета УСЛОВИЙ, сигналы коТооых поступают из опепаиионных схем на вход 7 устоойства. ПОЭТОМУ в апоесном поле первой микрокоманды разр д, определ ющий тип перехода, равен нул При этом элементы И 18 в блоке 6 проверки условий оказываютс  закрыты ми, и адрес следующей второй микроко нанды определ етс  непосредственно и адресного пол  первой Микрокоманды. Адрес второй микрокоманды через элементы ИЛИ 19 поступает на вход регис ра 2 адреса и заноситс  в него по сиг-- налу 20, По этому адресу из блока 1 пам ти микрокоманд выбираетс  втора  микрокоманда и поступает на информационные входы регистра 3 микрокоманд и регистра 8 управлени . Таким зом, при поступлении сигнала 28 хода элемента И 16 в регистры 3 команд и 8 управлени  заноситс  нее подготовленна  микрокоманда. В п том микротакте по импульсу 20 устанавливаетс  в ноль п тый разр д регистра 12 блокировки. Закрываетс  п тый элемент И 10, и на входах всех элементов И 10 присутствует нулевой с вы микр 788, , сигнал. Вырабатываетс  сигнал 22 на выходе элемента И 13, в результате чего срабатывает элемент И 15, так как содержимое регистра 8 управлени  равно НУЛЮ , а сигнал 26 на выходе элемента 17 задержки, равен нуло. Регистр 8 управлени  устанавливаетс  в ноль, в результате чего открываютс  первые четыре элемента И 10 и единичный сигнал 30 вырабатываетс  на выходе первого элемента И 10. В шестом микротакте аналогично устанавливаетс  в ноль первый разр д регистра 12 блокировки, закрываетс  первый элемент И Ю и единичный сигнал 31 вырабатываетс  на выходе третьего элемента И 10, После того, как в очередном микротакте третий разр д регистра 12 блокировю устанавливаетс  в ноль, и вследствие этого закрываетс  третий элемент И 10, на выходах всех элементов И 10 присутствует нулевой сигнал. На выходе элемента И 13 вырабатываетс  снгнал 22, по которому срабатывает элемент И 16, Сигналом 28 с его выхода устанавливаетс  в исходное единичное состо ние регистр 12 блокировки, а в регистры 3 микрокоманд и 8 управлени  заноситс  следующа  заранее подготовленна  микрокоманда . Адрес этой микрокоманды формируетс  с учетом поступающих на входы 7 устройства сигналов логических условий, так как после выполнени  .второй микрокоманды в данном случае завершаетс  выполнение требуемой операции. Поэтому в адресном поле второй микрокоманды разр да признака перехода равен единице, вследствие чего элементы И 1В в блоке 6 проверки 1усЛбпий открыты. Сигналы логических условий с входов 7 уст|Х)йства поступают через элементы И 1Q на первые Входы элементов ИЛИ 19, на вторые входы которых поступает код с адресных выходов регистра 3  икрокоманд. В результате на выходах элементов ИЛИ 19 формируетс  адрес следующей микрокомандыг который по сигналу 20 с выхода генератора 1 Заноситс  в регистр 2 адреса. Выбранна  по этому адресу из блока 1 .пам ти микрокоманд и занесенна  в регистры 3 микрокоманд и 8 управлени  микрокоманда выполн етс  аналогично. Дл  выполнени  рассмотренного примера известным устройством потребовалось бы четыре микрокоманды« В первой микрокоманде выдаетс  только восьмой и двенадцатой микроПриказы , во второй - седьмой, в третьей - п тый и только в четвертой мик рокоманде первый и третий. Таким образом, описываемое устройство обладает расширенными по сравнению с известным функциональными возможност ми ,за счет увеличенного набора комбинаций микроприказов, выдавае .мых в одной микрокоманде. Это позвол  et выполн ть многие операции при поМ04ЦИ меньшего числа -микрокоманд, что дает возможность сократить объем мик ропрограммной пам ти. Дл  качественной оценки преимуществ предлагаемого устройства сравним его с известным, в качестве которого возь мем микропрограммное устройство управлени  встроенное в систему технологического контрол  печатных плат. Дл  реализации всех комбинаций микроприказов при использовании базового объекта необохдимо 128 микрокоманд , В случае применени  описываемого устройства дл  выполнени  этой задачи достаточно лишь 96 микрокоманд. При этом величина, показывающа  относительное сокраи1ение количества мимикрокоманд , равна 1--К-т11-« ( количество микрокоманд, негде обходимых дл  реализации пол ного набора комбинаций из че тырех микроприказов в за вл  емом устройстве; количество микрокоманд, нёоб ходимых дл  реализаций полного набора комбинации из че тырех микроприказов в базовом с ъекте. . Величина У показывает относительное сокращение микропрограммной пам ти в за вл емом устройстве по сравнению , с базовым объектом при равноверо  . ной выдаче каждой комбинации мйкпроприказов . . .,. .. MI %La. С44 -0,7 rfNr где объемы микропрограммной пам ти, соответственно, в за вл емом и базовом устройствах; ,2 длина микрокоманд, соответственно , в за вл емом и базовом устройствах; С - число разр дов в адресном .и операционном пол х микрокоманды;. М - число разр дов в управг л ющем поле микрокомандыо Из выражени  (, Я) видно, что с увеличением С соотношение S . приближаетс  к единице, а объем микропрограммной пам ти в за вл емом устройстве - к минимальному, равному 75% от объема микропрограммной пам ти в базовом объекте. Таким образом, максимальное сокращение микропрограммной пам ти в за вл емом устройстве приближаетс  k 25% от объема микропрограммной пам ти в базовом объекте . ; Определим минимальное сокращение микропрограммной пам ти при выполнении полного набора комбинаций из четырех микроприказов. Так как дл  выполнени  этой задачи в базовом объекте Требуетс  128 микрокоманд, ..то адресное поле микрокоманды должно иметь, как минимум, восемь разр дов (семь дл  вычислени  адреса и один дл  указани  типа, перехода). Так как количество комбинаций в полном наборе из четырех микроприказов равно б , то операционное поле микрокоманды имеет, как минимум, шесть разр дов. Тогда Ч 0,75 0,75 |Jj|- 0,825. Максимальный объем микропрограммной пам ти в за вл емом устройстве составл ет 82,5 от объема микропрограммной пам ти в базовом объекте. образом в за вл емом устройстве сокращение микропрограммной пам ти составлйет 17, по срав-; нению с базовым ъектом.

ie

Ю

ft

e

d

Ли

JL

JL

JL

JL

JL

A

JL

JL

Claims (1)

1. МИКРОПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО по авт.св. Г 949657, о т лича ю щ е е с я тем, что,с целью расширения функциональных воз- . можностей за счет расширения комбинационного набора микроприказов, выдаваемых в одной микрокоманде, оно содержит регистр управления,, дешифратор, первый и второй элементы И и элемент задержки, причем информационный вход регистра управления соединен с выходом блока памяти микрокоманд, а выход - с входом дешифратора, первый выход которого соединен через элемент задержки с инверсным входом первого элемента И и первым входом второго элемента И, другие входы которых соединены с выходом элемента И, выходы дешифратора, кроме первого, соединены с инверсными входами элементов И группы, порядковые номера которых меньше порядкового номера соответствующего выхода дешифратора, выход первого элемента И соединен с входом установки в ноль регистра управления, выход второго элемента И - _Q с входами записи регистров микроко- · манд и управления и с установочным fо входом регистра блокировки, выход V генератора тактовых импульсов соедийен с тактовым входом регистра адреса, вход начальной установки устройст- 2 ва соединен с установочными входами регистров микрокоманд и адреса.

   1 1029178 2