SU1130863A1 - Микропрограммное устройство управлени - Google Patents

Abstract

МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ, содержащее блок модификации адреса, регистр адреса, блок пам ти адресов микрокоманд, регистр адреса микрокоманды, блок пам ти микрокоманд, регистр микрокоманды, коммутатор, генератор тактовых импульсов , триггер, первый элемент И, счетчик, дешифратор, регистр сдвига , причем входы сигналов логических условий устройства соединены с первой группой входов блока модификации адреса, выходы которого соединены с первой группой входов регистра адреса, выходы которого соединены с адресными входами блока пам ти адресов микрокоманд, выходы которого соединены с входами регистра адреса микрокоманды, перва  группа выходов которого соединена с второй группой входов регистра адреса, втора  и треть  группы выходов - соответственно с второй и третьей группами входов блока модификации адреса, четверта  группа выходов - с адресными входами блока пам ти микрокоманд, перва  группа выходов кото.юго соединена с входами регистра микрокоманды, выходы счетчика соединены соответственно , с входами дешифратора, выходы которого .соединены с.управл ющими .входами коммутатора, входы кода операции устройства соединены с третьей группой входов регистра адреса, вход сигнала Пуск устройства соединен с входом генератора тактовых импульсор,, первый выход которого соединен с управл ющим входом блока пам ти микрокоманд, второй выход - с первым входом первого элемента И, отличающее с  тем, что, с целью сокращени  объема оборудовани , оно содержитпервый, второй и третий элементы задержки, второй и третий элементы И, одновибратрр, эле (Л мент ИЛИ-НЕ, первый и второй блоки элементов И, регистр микроопераций, преобразователь кода микрокоманды, причем выходы регистра микрокоманды § соединены с входами преобразовател  . кода микрокоманды, выходы которого соединены с информационными входами коммутатора, выход которого соединен СО с первыми входами второго и третьего элементов И, выход второго элех мента И соединен с первыми входами 01) &9 первого блока элементов И, выходы которого соединены с вхоДами регистра микроопераций, выходы которого соединены с первыми входами второго блока элементов И, выходы которого соединены с выходами микроопераций устройства, первый выход генератора тактовых импульСов соединен с единичным входом триггера, единичный выход которого соединен с вторым входом первого элемента И и чбрез первый элемент задержки - с третьим входом первого элемента И

Description

и управл ющим входом регистра сдвига , выход первого элемента И сое-;:динен со счетным входом счетчика, вторым входом второго элемента И и через второй элемент задержки - с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с входом синхронизации регистра сдвига,втора  группа выходов блока пам ти микрокоманд соединена с информационными входами регистра сдвига, первый выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, рыходы регистра сдвига соединены соответственно с входами элемента ИЛИ-НЕ, выход,которого соединен с вторыми входами второго блока элементов И и с входом одновибратора, выход которого соединен с входами сброса счетчика и триггера, а через третий элемент задержки -С входом сброса регистра микроопераций , третий выход генератора тактовых импульсов соединен с управл ющим входом блока пам ти адресов микрокоманд , выходы дешифратора соединены с вторыми входами первого блока элементов И соответственно.

Изобретение относитс  к автоматике , вычислительной технике, передаче данных и может быть использовано при проектировании микропрограммных устройств управлени  цифровых систем,

Известно двухуровневое микропрограммное устройство управлени  которое содержит два блока пам ти, дешифратор, счетчик, регистр адреса , генератор тактовых импульсов, два блока элементов И, два элемента задержки, элемент ИЛИ-НЕ fl J

Недостатком указанного устройства  вл етс  больша  избыточность блока пам ти микрокоманд, обусловленна  низкой информативностью заполнени   чеек пам ти.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению  вл етс  двухуровневое микропрограммное устройство управлени , содержащее блок модификации адреса, регистр адреса, блок пам ти адресов микрокоманд, ре гистр адреса микрокоманды, блок памти микрокоманд, регистр микрокоманды , коммутатор, генератор тактовых импульсов, триггер, первый элемент И, счетчик, дешифратор, регистр сдвига, причем входы сигналов логичких , условий устройства соединены с первой группой входов блока модификации адреса, выходы бло.ка модификации адреса соединены с адресными входами блока пам ти адресов микрокоманд , выходы которого соединены с

входами регистра адреса микрокоманды , перва  группа выходов которого соединена с второй группой входов регистра адреса, втора  и треть  группы выходов соединены соответственно с второй и третьей группой входов блока модификации адреса , четверта  группа выходов соеди|Нена с адресными входами блока пам ти микрокоманд, перва  группа выходов которого - с входами регистра микрокоманды} выходы счетчика соединены с входами дешифратора, выходы которого - с управл ющими входами коммутатора, выходы кода оцерации устройства соединены с третьей группой входов регистра адреса, вход сигнала Пуск соединен с входом генератора тактовых импульсов, первый выход которого соединен с управл ющим входом блока пам ти микрокоманд , второй выход - с первым входом первого элемента И f2J.

Недостатками, ограничивающими область применени  известного устройства ,  вл ютс  больша  избыточность блока пам ти микрокоманд и низкий коэффициент информативного заполнени  блоков пам ти.

Большой объем оборудовани  обусловлен тем, что 10-20% разр дов микрокоманд , формируемых двухуровневым микропрограммным устр ойством управлени  j содержит полезную (значащую) информацию.В тО- же врем  80-90% разр дов выполн емых микрокоманд не содержит полезной информации, т.е. 3 .  вл ютс  информационно избыточными ,, Поскольку в известном устройстве реализовано горизонтальное кодирова ние микрокоманд, когда каждой микрооперации соответствует отдельньГй разр д кода, то это приводит к тому, что в рассмотренном случае коз.ффициент информативного заполнени  блока пам ти также составит 0,18. . Таким образом,.большой объем обо рудовани  известного устройства обу ловлен реализованным в нем горизонтальным кодированием микрокоманд и отсутствием специальных технических средств, обеспечивающих декодирование микрокоманд при более эффективном методе кодировани , учитывающем малое содержание в них единиц. Цель изобретени  - сокращение объема оборудовани . . . В микропрограммное, устройство управлени , содержащее блок модификации адреса, регистр адреса, блок пам ти адресов микрокоманд., регистр адреса микрокоманды, блок пам ти микрокоманд, регистр микро ,команды, коммутатор, генератор тактовых импульсов, триггер, первый элемент И,, счетчик, дешифратор, регистр сдвига, причем входы сигналов логических условий устройства соединены с первой группой входов блока модификации адреса, выходы которого соединены с первой группой входов регистра адреса, выходы которого соединены с адресными входами блока пам ти адресов микрокоманд, выходы которого соединены с входами регистра адреса микрокоманды , перва  группа выходов которого соединена с второй группой входов регистра адреса, втора  и треть  группы выходов - соответственно с второй и третьей группами входов блока модификации адреса, четверта  группа выходов - с адресными входами блока пам ти микрокоманд , перва  группа выходов которого соединена с входами регистра мик , рокоманды, выходы счетчика соединены с входами дешифратора, выходы ко торого соединены с управл ющими вхо дами коммутатора, входы кода операции устройства соединены с третьей группой входов регистра адреса, вхо сигнш1а Пуск устройства соединен 34 входом генератора тактовых импульсов , первый выход которого соеди- . нен с управл ющим входом блока пам ти микрокоманд, второй выход - с первым входом первого элемента И, дополнительно введены первый, второй, и третий элементы задержки, второй и третий элементы И, одновибратор, элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй блоки элементов И, регистр микроопераций, преобразователь кода микрокоманды, причем выходы регистра микрокоманды соединены с входами, преобразовател  кода микрокоманды, выходы которого соединены с информационными входами коммутатора, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, выход второго элемента И соединен с первыми входами первого блока элементов И выходы которого соединены с входами регистра микроопераций, выходы которого соединены с первыми входами, второго блока элементов .И, выходы ко-. торого соединены с выходами микроопераций устройства, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с единичным входом триггера, единичный выход которого Соединен с вторым входом первого элемента, И и через первьш элемент задержки - с третьим входом первого элемента И и управл ющим входом регистра сдвига, выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика, вторым входом второго элемента И и через второй элемент задержки - с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с входом синхронизации регистра сдвига, втора  группа выходов блока пам ти микрокоманд соединена с информационными входами регистра сдвига , первый выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, выходы регистра сдвига соединены соответственно с входами элемента ИЛИ-НЕ выход которого соединен с вторыми входами второго блока элементов И и с входом одновибратора, выход которого соединен с входами сброса счетчика и триггера и через третий элемент задержки - с входом сброса регистра микроопераций третий выход генератора тактовых импульсов соединен с управл ющим входом блока пам ти адресов микрокомайд,. выходы дешифратора соединены с вторыми входами первого блока элементов И соответственно . Сущность изобретени  состоит в е следующем. Максимальное число едини ных разр дов в микрокоманде определ етс  величиной . 5 г 0,2 У, Микрокоманды, содержащие S едини ных разр дов, будем в дальнейшем на зьшать базовыми микрокомандами. Оче видно, что таких микрокоманд, может быть не больше Z Например, при , такими ми рокомандами  вл ютс ООП, 0110, 01 Ч 001, 1010, 1100. Остальные микрокоманды, формируе мые устройством, в которых число ед ничных разр дов S меньше S ( можно получатьпутем маскировани  единичных разр дов соответствующей базовой микрокоманды. С этой целью в формат микрокоман блока пам ти микрокомандвводитс  п ле кода коррекции Q . В этом поле записываетс  информа ци  о том, какие единичные разр ды базовой микрокоманды следует остави без изменений, а к:акие необходимо маскировать 1 Так как множество формируемых двухуровневым микропрограммным устройством управлени  микрокоманд порождаетс  из базовых микрокоманд множества Z путем маскировани  их единичных разр дов .в соответствии с кодом коррекции Q, то вместо хранени  в У разр дах микрокоманды кодов базовых микрокоманд осуществл етс  хранение их номеррв. Дл  этой цели потребуетс  поле длиной в S- разр дов, где CoCJ знак округлени  оС до ближайшего целого числа, не меньшего чем оС . Если хранить в блоке пам ти микрокоманд номера базовьк микрокоманд и коды их коррекции, то число разр дов в таких микрокомандах при сделанных допущени х, меньше числа разр дов (У )в микрокомандах, используемых в известном устройстве - и имеет следующий вид .ate., где A/i - номер базовой микрокоманды Gj;; - код коррекции базовой микрокоманды G t при формировании С-и микрокоманды. В дальнейшем будем называть информацию , записанную в  чейках пам ти блока пам ти микрокоманд с числом разр дов У, характеристикой микрокоманды. Пример, Из кода базовой микрокоманды G ОПОЮ получить следующие микрокоманды: 011010, 010010, 001010, 001000, 011000. Номер кода базовой микрокоманды GJ-NI 011. Тогда в  чейках пам ти разр дность У блока пам ти микрокоманд дл  первой - п той микрокоманд будут записаны следующие характеристики (табл.). При считывании характеристики .-й микрокоманды из блока пам ти микрокоманд по номеру базовой микрокоманды N крдовым преобразователем формируетс  базова  микрокоманда GI. Затем код модифицируетс  путем выполнени  операции поразр дной коньюкции его единичных разр дов и соответствующих разр дов кода коррекции. Модифицированный код  вл етс  формируемой устройством -микрокомандой. Следовательно, име  множество базовых микрокоманд и кодов коррекции, можно хранить в блоке пам ти микрокоманд вместо множества микрокоманд разр дностью У, реализуемых устройством , их характеристики разр д7 ностью у. Така  возможность реализуетс  в предлагаемом устройстве. На фиг.1 представлена функционал на  схема предлагаемого микропрогра ного устройства управлени ; на фиг. временной график его функционировани , Микропрограммное устройство упра лени  содержит (фиг.1) входы 1 сигналов логиг)еских условий, блок 2 модификации адреса, регистр 3 адреса , блок 4 пам ти адресов микрокоманд , регистр 5 адреса микрокоманды регистр 6 микрокоманды,блок 7 пам ти микрокоманд, преобразователь 8 к да микрокоманды, вход 9 сигнала Пуск, генератор 10 тактоввк импульсов с третьим 11, первым 12 и вторым 13 выходами, счетчик 14, д шифратор 15, коммутатор .16, второй элемент И 17, первый блок элементов И 18., регистр 19 микроопераций второй блок элементов И 20, выходы микроопераций устройства, третий эл мент 22 з.адержки, триггер 23, первы элемент И 24, второй элемент 25 задержки , третий элемент И 26, первый элемент 27 задержки, регистр 28 сдв га, элемент ИЛИ-НЕ 29, одновибратор 30, блок элементов И 31, группу .умматоров 32 по модулю два, входы 3 кода операции. Предпагаемое микропрограммное устройство управлени  функционирует следующим образом. . Код очередной операции с группы входов 33 поступает на регистр 3. С приходом сигнала Пуск на вхо 9 устройства происходит запуск генератора 10. Тактовый импульс после довательности импульсов с выхода 11 генератора 10 поступает на упра: п ющий вход блока 4 пам ти. При это по адресу, записайному в регистре 3 с него считьшаетс  в регистр 5 адре на  информаци  о характеристике -й микрокоманды. Далее код немодифицируёмой части адреса характеристики t+1-й микрокоманды с группы вы ходов 5.1 записываетс  в регистр 3, код модифицируемой части адреса с группы выходов 5.2 и код провер емо го логического услови  с группы выходов 5.3 регистра 5 поступают на вторую и третью группы входов блока 2 модификации адреса. I Адрес характеристики 1-й микрокоманды с выходов регистра 5 по63 ступает на адресные входы блока 7 пам ти. С приходом очередного тактовогсг импульса с выхода 12. генератора 10 на управл ющий вход.блока 7 пам ти с него считываетс  характеристика о Е-Й микрокоманде. Номер базовой микрокоманды с первой группы выходов 7.1 поступает в регистр 6. Код коррекции базовой микрокоманды с выходов 7.2 блока 7 пам ти поступает в регистр 28 сдвига . Этим же импульсом триггер 23 устанавливаетс  в единичное состо ние . Так как содержимое регистра 28 сдвига становитс  ненулевым, то сигнал на выходе элемента ИЛЙ-НЁ 29 исчезает и элементы И 20i блока элементов по управл ющим входам закрываютс . При по влении на выходе элемента 27 задержки сигнала элемент И 24 становитс  открытым по второму и . третьему входам. При этом, тактовые импульсы с выхода 13 генератора 10 через элемент И 24 поступают на счетный вход счетчика 14, на элемент И 17 и через элемент 25 задержки на элемент И 26. С поступлением первого импульса содержимое счетчика 14 увеличиваетс  на единицу и становитс  равным единице. На пеЬвом выходе дешифратора Н по вл етс  единичный сигнал, поступающий на первый управл юй ий вход ко мутатора 16 и на управл киций вход первого {элемента И 18 первого блока.. Младший разр д (первый) базовой микрокоманды с первого выхода преобразовател  8 черезг коммутатор 16 поступаетна первый-вход элемента И 17. , На третий вход элемента И 17 поступает сигнал с мпадшбго разр да кода коррекции, записанного в регистре 28. На выходе элемента И 17 формируетс  сигнал, соответствунндий первому разр ду формируемой микрокоманды . Этот сигнал поступает через первый элемент И 20 блока элементов, открытый по управл ющему входу сигналом с выхода дешифратора 15, на первый вхдд группы входов регистра .19. В последний записьшаетс  значение сигнала, соответствующего перBot разр ду микрокоманды. Если значение сигнала на перчом преобразовател  8 ненулевое 9 It о выходной сигнал элемен та 25 задержки проходит через элемент И 26 на вход синхронизации регистра 28. Содержимое последнего сдвигаетс  на один разр д вправо, и в младший разр д записьюаетс  зна чение разр да кода коррекции. Если значение сигнала на первом выходе преобразовател  8 нулевое , то сигнал на выходе элемента И 2i6 отсутствует. При этом содержимое регистра 28 не измен етс . С по ступлением второго тактового импуль са содержимое счетчика 14 увеличива етс  на единицу и становитс  равным двум. На втором выходе дешифратора 15 по вл етс  единичный сигнал. Далее осуществл етс  формирование второго разр да микрокоманды аналогично опи санному алгоритму формировани  первого рйзр да. . С поступлением -третьего им пульсов на элемент И 24 .аналогично описанному алгоритму формировани  разр дов осуществл емс  формировани остапьных разр дов микрокоманды и записи их значений в регистр 19. После формировани  разр да микрокоманды , дл  которого содержимое К-го разр да базовой микрокоманды GJ ненулевое, а К+1 -h й разр ды нулевые , содержимое регистра.28 становитс  нулевым. При этом на выходе элемента ИЛИ-НЕ 29- по вл етс  высокий потенциал .. Элементы И 20 блока элементов от крьшаютс  по управл ющему входу, и сигналы микроопераций микрокоманды с регистра 19 поступают на выходы 21. микроопераций устройства . Кроме того, сигнал с выхода элемента ИЛИ-НЕ 29 запускает однрвибра тор 30. Выходной импульс одновибра .тора 30 поступает наR-входы тригге ра 23, счетчика 14 и через элемент задержки на R-вход регистра 19 и переводит их в нулевое состо ние. В процессе вьшолнени  С-й микро команды в блоке 2 модификации адре осуществл етс  формирование модифи цированной части адреса кода адре-са характеристики е,+Ч-й микрокоманд 3 Формирование модифицированной части адреса осуществл етс  следующим образом. На первые входы элементов И 31 группы элементов блока 2 модификации адреса поступает код с группы выходов 5.3 регистра 3. На вторые входы группы элементов И 31 поступают сигналы логических условий с входов I логических условий. Выходные сигналы группы элементов И 31 поступают на первые входы соответствующих сумматоров 32 по модулю два группы сумматоров, на вторые входы которых поступает код с выходов 5.2 регистра 5. На выходах группы сумматоров 32 по модулю два формируетс  код модифицированной части адреса кода адреса характеристики S микрокоманды и через выходы с блока 2 модификации адреса поступает в регистр :3 адреса. С приходом очередцого .тактового импульса на управл ющий вход блока 4 пам ти в соответствии со значением адреса, записанного в регистре 3, из блока 4 пам ти считываетй  код адреса характеристики 6+1-й микрокоманды и базовый адрес кода адреса характеристики С+2-й микрокоманды . Считанна  информаци  записываетс  в регистр 5. Далее устройство функционирует аналогично алгоритму функционировани  при формировании 5,-и микрокоманды . . Оценим технико-экономическую эффективность изобретени . Так как 90-95% сложности микропрограммных устройств управлени  составл ет сложность блоков пам ти микрокоманд и лишь 5-10% - сложность аппаратурного обрамлени , то будем оценивать сложность микропрограммных устройств управлени  сложностью блоков пам ти. С учетом этого допущени  сложность известного микропрограммного устройства управлени  оцениваетс  выражением 1 Д1 + 01 где Сд - сложность блока 4 пам ти CQ - сложность блока 7 пам ти. Соответственно СА KNA, где hi - множество реализуемых устройством микрокоманд-. A - число разр дов считываемой адресной информации; К - удельна  стоимость элемента пам ти (руб./бит); CQ KNy, где У - разр дность формируемой устройством микрокоманды. Сложность предлагаемого устройст ва -оцениваетс  вьфажением Coi, С| - Сд2 где Сд2 сложность блока 4 пам тиj Со2 сложность блока 7 пам ти. Соответственно Сд2,-К-М-А СА1 Co2.KNlto lZ- 0 3 где Z - множество базовых микроко . манд G(,формируемыхустройст О. - разр дность кода коррекции. Так как число значащих разр дов кода микрокоманды (отличных от в реальных микрокомандах составл ет 10-20% разр дности микрокоманды, то размерность формата кода коррекции I Q определ етс  выражением а. (0,1 - 0,2) Y. Размерность множества базовых ми рокоманд определитс  числом сочетаний из У разр дов по Q разр дов а у; Cy-q, /(,;. Сравним выражени  С и CQJ ме ду собой, тогда. 4c KNy-KN(eo3tCy а) . Из анализа этого выражени  следует, что iu С О при . а(0,25 - 0,3), что всегда имеет место на практике . , выигрыш в экономичности предлагаемого устройства по отношение к известному оценитс  величиной (y-(ec.gj,) (l6-e...))-,0.iSQo Следовательно, предлагаемое микропрограммное устройство управлени  существенно экономичнее, известного. Применение предлагаемого двухуровневого микропрограммного устройства управлени  в автоматике, вычисЬительной технике, системах передачи данных позволит сократить объем их оборудовани  и снизить стоимость. Объем оборудовани  двухуровневых микропрограммных устройств управлени  сокращаетс  за счет хранени  в блоке пам ти микрокоманд вместо микрокоманд номеров их базовых микрокоманд и одов коррекции. Коэффициент использовани  блока пам ти микрокоманд yвJeличивaeтc  за счет хранени  в блоке пам ти 6je3избыточной информа1щи о текущих микрокомандгис, формируемых устройством .

9

JL

iO /5

ac

yff

/« R

15

/r

KG

Claims (1)

1. МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ, содержащее блок модификации адреса, регистр адреса, блок памяти адресов микрокоманд, регистр адреса микрокоманды, блок памяти микрокоманд, регистр микрокоманды, коммутатор, генератор тактовых импульсов, триггер, первый элемент И, счетчик, дешифратор, регистр сдвига, причем входы сигналов логических условий устройства соединены с первой группой входов блока модификации адреса, выходы которого соединены с первой группой входов регистра адреса, выходы которого соединены с адресными входами блока памяти адресов микрокоманд, выходы которого соединены с входами регистра адреса микрокоманды, первая группа выходов которого соединена с второй группой входов регистра адреса, вторая и третья группы выходов - соответственно с второй и третьей группами входов блока модификации адреса, четвертая группа выходов + с адресными входами блока памяти микрокоманд, первая группа выходов которого соединена с входами регистра микрокоманды, вы- ходы счетчика соединены соответственно. с входами дешифратора, выходы которого соединены с.управляющими, входами коммутатора, входы кода операции устройства соединены с третьей группой входов регистра адреса, вход сигнала Пуск устройства соединен с входом генератора тактовых импульсор., первый выход которого соединен с управляющим входом блока памяти микрокоманд, второй выход — с первым входом первого элемента И, отличающее ся тем, что, с целью сокращения объема оборудования, оно содержит'первый, второй и третий элементы задержки, второй и третий элементы И, одновибратор, элемент ИЛИ-HE, первый и второй блоки элементов И, регистр микроопераций, преобразователь кода микрокоманды, причем выходы регистра микрокоманды соединены с входами преобразователя . кода микрокоманды, выходы которого соединены с информационными входами * коммутатора, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, выход второго элемента И соединен с первыми входами первого блока элементов И, выходы которого соединены с вхоДами регистра микроопераций, выходы которого соединены с первыми входами второго блока элементов И, выходы которого соединены с выходами микроопераций устройства, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с единичным входом триггера, единичный выход которого соединен с вторым входом первого элемента И и чёрез первый элемент задержки - с третьим входом первого элемента И и управляющим входом регистра сдвига, выход первого элемента И сое·?· : дцнен со счетным входом счетчика, вторым входом второго элемента И и через второй элемент задержки - с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с входом синхронизации регистра сдвига,вторая группа выходов блока памяти микрокоманд соединена с' информационными входами регистра сдвига, первый выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, рыходы регистра сдвига соединены со ответственно с входами элемента ИЛИ-HE, выход, которого соединен с вторыми входами второго блока элементов И и с входом одновибратора, выход которого соединен с входами сброса счетчйка и триггера, а через третий элемент задержки - с входом сброса регистра микроопераций, третий выход генератора тактовых импульсов соединен с управляющим входом блока памяти адресов мик рокоманд, выходы дешифратора соединены с вторыми входами первого блока элементов И соответственно.