Микропрограммное устройство управления

 

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 кото.юго соединена с входами регистра микрокоманды, выходы 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 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 преобразователя . 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

63 А

091 (И) зШ G 06 F 9/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2)) 3497256/24-24 (22) 06.10.82 (46) 23.12.84. Бкя. ¹ 47 (72) С. В. Кузнецов,. )П. И. Николаев, Н. П. Благодарный, В. И. Ключко, Л. С. Сорока, Г.Н.Тимонькин и B.Ñ.Õàð÷åíêo (53) 681. 32 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 482744, кл. G 06 F 9/22, 1975.

2. Геолецян А. Г. 3ВМ "Наири-3".

M. "Статистика", 1 975, с. 1 1 — 1 6, 39-51 (прототип) . (54) (57) 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, вьг 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 импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом блока памяти микрокоманд, второй выход— с первым входом первого элемента И, отличающее с я тем, что, с целью сокращения объема оборудования, оно содержит 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 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 соединеч с вторым входом первого элемента И и через первый элемент задержки — с третьим входом первого элемента И

11308 63 и управляющим входом регистра сдвига, выход первого элемента И сое. дннен 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

I 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, выходы регистра сдвига соединены со1

Изобретение относится к автоматике, вычислительной технике, передаче данных и может быть использовано при проектировании микропрограммных устройств управления цифровых 5 систем.

Известно двухуровневое микропрограммное устройство управления которое содержит два блока памяти, дешифратор, счетчик, регистр адре- 10 са, генератор тактОвых импульсов, два блока элементов И, два элемента задержки, элемент ИЛИ-НЕ jig.

Недостатком указанного устройства является большая избыточность 15 блока памяти микрокоманд, обусловленная низкой информативностью заполнения ячеек памяти.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положитель- 20 ному эффекту к изобретению является двухуровневое микропрограммное устройство управления, содержащее блок модификации адреса, регистр адреса, блок памяти адресов микрокоманд, ре- 25 гистр адреса микрокоманды, блок памяти микрокоманд, регистр микрокоманды, коммутатор, генератор тактовых импульсов, триггер, первый элемент

И, счетчик, дешифратор, регистр ЗО сдвига, причем входы сигналов логических условий устройства соединены с первой группой входов блока модификации адреса, выходы. блока модификации адреса соединены с адресными входами блока памяти адресов микрокоманд, выходы которого соединены с ответственно с входами элемента

ИЛИ-НЕ., выход.кот эрого 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 управляющим входом блока памяти адресов микрокоманд, выходы дешифратора соединены с вторыми входами первого блока элементов И соответственно. входами регистра адреса микрокоманды, первая группа выходов которого соединена с второй группой входов регистра адреса, вторая и третья группы выходов соединены соответственно с второй и третьей группой входов блока модификации адреса, четвертая группа выходов соеди,нена с адресными входами блока памя-. ти микрокоманд, первая группа выходов которого — с входами регистра микрокоманды вьиоды счетчика соединены с входами дешифратора, выходы которого — с управляющими входами коммутатора, выходы кода операции устройств а соединены с третьей группой входов регистра адреса, вход сигнала "Пуск" соединен с входом генератора тактовых импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом блока памяти микрокоманд, второй выход — с первым входом первого элемента И 127.

Недостатками, ограничивающими область применения известного устройства, являются большая избыточность блока памяти микрокоманд и низкий коэффициент информативного заполнения блоков памяти.

Большой объем оборудования обусловлен тем, что 10-20Х разрядов микрокоманд, формируемых двухуровневым микропрограммным устройством управления; содержит полезную (значащую) информацию.В то. же время 80-907 разрядов выполняемьи микрокоманд не содержит полезной информации, т.е.

1130863

Цель изобретения — сокращение объема оборудования.

В микропрограммное устройство управления, содержащее блок модификации адреса, регистр адреса, блок памяти адресов микрокоманд., регистр адреса микрокоманды, блок памяти микрокоманд, регистр микро.команды, коммутатор, генератор так30 товых импульсов, триггер, первый элемент И,. счетчик, дешифратор, регистр сдвига, причем входы сигналов логических условий устройства соединены с первой группой входов блока модификации адреса, вы— ходы которого соединены с первой группой входов регистра адреса, выходы которого соединены с адресными входами блока памяти адресов микрокоманд, выходы которого соеди- 40 иены с входами регистра адреса микрокоманды, первая группа выходов которого соединена с второй группой входов регистра адреса, вторая и третья группы выходов †. соответст- 45 венно с второй и третьей группами входов блока модификации адреса, четвертая группа выходов — с адресными входами блока памяти микрокоманд, первая группа выходов которо- 50 го соединена с входами регистра мик, рокоманцы, выходы счетчика соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора, входы кода опера- 55 ции устройства соединены с третьей группой входов регистра адреса, вход сигнала "Пуск" устройства соединен с

35 являются информационно избыточными .

Поскольку в известном устройстве реализовано горизонтальное кодирование микрокоманд, когда каждой 5 микрооперации соответствует отдельный разряд кода, то это приводит к тому, что в рассмотренном случае коэффициент информативного заполнения блока памяти также составит 1О

О, 18.

Таким образом,.большой объем оборудования известного устройства обус-. ловлен реализованным в нем горизонтальным кодированием микрокоманд и . 15 отсутствием специальных технических средств, обеспечивающих декодирование микрокоманд при более эффективном методе кодирования, учитывающем малое содержание в них единиц. О входом. генератора тактовых импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом блока памяти 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 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 через первый элемент задержки — с третьим входом первого элемента И и управляющим 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 треть- его 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, выходы регистра сдвига соединены соответственно с входами элемента ИЛИ-НЕ

Ъ 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 управляющим входом блока памяти адресов микрокомайд,. выходы дешиф1 атора соединены с вторыми входами первого блока элементов И соответственно.

II30g63

Сущность изобретения состоит в сле-. следующем. Максимальное число единичных разрядов в микрокоманде определя.ется величиной

S+0,2 У.

Микрокоманды, содержащие S единичных разрядов, будем в дальнейшем на- .. зывать базовыми микрокомандами. Очевидно, что таких микрокоманд может быть не больше Z.

Например, при S=2, У=4 такими микрокомандами являются 0011, 0110, 01.01, ° 1001, 1010, 1100.

Остальные микрокоманды, формируемые устройством, в которых число единичнык разрядов S меньше S (0< S

Ч и можно получать путем маскирования единичных разрядов соответствующей базовой микрокоманды. 20

С этой целью в формат микрокоманд блока памяти микрокоманд вводится nor ле кода коррекции:й,.

В этом поле записывается информация о том, какие единичные разряды 25 .базовой микрокоманды следует оставить без изменений, а какие необходимо маскировать."

Так как множество формируемых двухуровневым микропрограммным устройством управления микрокоманд порождается из базовых микрокоманд множества 2 путем маскирования их единичных разрядов .в соответствии с кодом коррекции.Q, то вместо хранения в У разрядах микрокоманды

t кодов базовых микрокоманд осуществляется хранение их номеров. Для

«этой цели потребуется поле длийой в g = 1log K j разрядов, где

fotg знак округления d. до ближайmего целого числа, не меньшего чем * .

Если хранить в блоке памяти микрокоманд номера базовых микрокоманд и коды их коррекции, то число разрядов в таких микрокомандах при сделанных допущениях, меньше числа разрядов (У ) в микрокомандах, используемых в известном устройстS0 ве — и имеет следующий вид

Yf-- Ht @ьаъ, где Ф«. — номер базовой микрокоманды С«,э

55

В дальнейшем будем называть информацию, записанную в ячейках памяти блока памяти микрокоманд с числом разрядов У, характеристикой Р-й микрокоманды.

Пример. Из кода базовой микрокоманды

6 = 011010 получить следующие микрокоманды:

1) 011010, 2) 010010, 3) 001010, 4) 001000, 5) 011000.

Номер кода базовой микрокоманды С;-Г1. = 011. Тогда в ячейках памяти разрядность У блока памяти микрокоманд для первой — пятой микрокоманд будут .записаны следующие характеристики (табл.}.

Микрокоманда

Характеристики микрокоманды

Содержимое

011

101

011

3 !

011

011

Ol 1

011

010

110

При считывании характеристики -й микрокаманды из блока памяти микрокоманд по номеру базовой микрокоманды N кодовым преобразователем формируется базовая микрокоманда G .

Затем код модифицируется путем выполнения операции поразрядной коньюкции его единичных разрядов и соответствующих разрядов кода коррекции.

Модифицированный код является формируемой устройством -микрокомандой.

Следовательно, имея множество базовых микрокоманд и кодов коррекции, можно хранить в блоке памяти микрокоманд вместо множества микрокоманд разрядностью У, реализуемых устройством, их характеристики разряд1130863

55 ностью У . Такая возможность реализуется в предлагаемом устройстве.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого микропрограммного устройства управления; на фиг.2 -5 временной график его функциониро-. вания.

Микропрограммное устройство управления содержит f фиг.1) входы 1 сигналов логических условий, блок 2 модификации адреса, регистр 3 адреса, блок 4 памяти адресов микрокоВ манд, регистр 5 адреса микрокоманды, регистр 6 микрокоманды,блок 7 памяти микрокоманд, преобразователь 8 ко- 15 да микрокоманды, вход 9 сигнала

"Пуск", генератор 10 тактовых импульсов с третьим 11, первым 12 и вторым 13 выходами, счетчик 14, дешифратор 15, коммутатор 16, второй 20 элемент И 17, первый блок элементов И 18, регистр 19 микроопераций второй блок элементов И 20, выходы 21 микроопераций устройства, третий элемент 22 задержки, триггер 23, первый 25 элемент И 24, второй элемент 25 задержки, третий элемент И 26, первый элемент 27 задержки, регистр 28 сдви1 га, элемент ИЛИ-НЕ 29, одновибратор 30, блок элементов И 31, группу ,сумматоров 32 по модулю два, входы 33 кода операции.

Предлагаемое микропрограммное устройство управления функционирует следующим образом.

Код очередной операции с группы входов 33 поступает на регистр 3.

С приходом сигнала "Пуск" на вход

9 устройства происходит запуск генератора 10. Тактовый импульс после40 довательности импульсов с выхода 11 генератора 10 поступает на управляющий вход блока 4 памяти. При этом по адресу, записанному в регистре 3, с него считывается в регистр 5 адрес4S ная информация о характеристике -й микрокоманды. Далее код немодифицируемой части адреса характеристики ь+1-й микрокоманды с группы вьг ходов 5.1 записывается в регистр 3, 50 код модифицируемой части адреса с группы выходов 5.2 и код проверяемого логического условия с группы выходов 5.3 регистра 5 поступают на вторую и третью группы входов блока 2 модификации адреса. !

Адрес характеристики (-й микрокоманды с выходов регистра 5 поступает на адресные входы блока 7 памяти.

С приходом очередного тактового импульса с выхода 1.2 генератора 10 на управляющий вход. блока 7 памяти с него считывается характеристика î f-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 памяти поступает в регистр 28 сдвига. Этим же импульсом триггер 23 устанавливается в единичное состояние.

Так как содержимое регистра 28 сдвига становится ненулевым, то сигнал на выходе элемента ИЛИ-HE 29 исчезает и элементы И 20 блока элементов по управляющим входам закрываются.

При появлении на выходе элемента 27 задержки сигнала элемент И 24 . становится открытым по второму и . третьему входам.

При этом, тактовые импульсы с выхода 13 генератора IO 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 увеличивается на единицу и становится равным единице.

На .первом выходе дешифратора 15

У появляется единичный сигнал, поступающий на первый управляк4ий вход коымутатора 16 и на управляющий вход первого элемента И 18 первого блока., I

Младший разряд (первый} базовой микрокомаиды с первого выхода преоб. разователя 8 через коммутатор 16 поступает на первый- вход элемента И 17.

На третий вход элемента И l7 поступает сигнал с.младшего разряда кода коррекции, записанного в регистре 28. На выходе элемента И 17 формируется сигнал, соответствующий первому разряду формируемой микрокомано ды. Этот сигнал поступает через первый элемент. И 20 блока элементов, открытый по управляющему входу сигналом с выхода дешифратора 15, на первый вход группы входов регистра 19. В последний записывается вна" чение сигнала, соответствующего первому разряду микрокоманды.

1130863

Иэ анализа этого выражения следует что BC 0 при

5, д «w (0,25 — 0,3), что всегда имеет место на практике.

При@.=З, У=16 выигрыш в экономичности предлагаемого устройства по отношение к известному оценится величиной с„=ЮВ,К+а3 где Z — множество базовых микрокоманд G1,ôoðìèðóåìûõ устройством;

@ — разрядность кода коррекции.

Так как число значащих разрядов кода микрокоманды 1отличных от:нулю в реальных микрокомандах составляет

10-203 разрядности микрокоманды, то размерность формата кода коррекции

i Q определяется выражением

Я. (О,1 — 0,2). Y.

ЗО

Размерность множества базовых микрокоманд определится числом сочетаний из У разрядов по разрядов

I

"=тг = и 35 и СОХ

A — число разрядов считываемой адресной информации;

" — удельная стоимость элемента памяти (руб. /бит );

Ъ

С .1 = 1 1 У где У вЂ” разрядность формируемой устройством микрокоманды.

Сложность предлагаемого устройства оценивается выражением

С =.Сд + Сор, и где Cj — сложность блока 4 памяти1

Со — сложность блока 7 памяти.

Соответственно

CAg =K.N.ß =CD

Сравним выражения С „ ду собой, тогда. дс = кму-ии(ьч,cy+Q) .

Дс =ки(у-(Е.,с„"+а) =

= (1б-@g, +ç)) =0,2. о(Следовательно, нредлаг аемое мик-. ропрограммное устройство управления существенно экономичнее, известного, Применение предлагаемого двухуровневого микропрограммного устройства управления в автоматике, вычислительной технике, системах передачи данных позволит сократить объем их . оборудования и снизить стоимость.

Объем оборудования двухуровневых микропрограммных устройств управления сокращается эа счет хранения в

1 I блоке памяти микрокоманд вместо микрокоманд номеров их базовых микрокоманд и Йодов коррекции.

Коэффициент использования блока памяти микрокоманд увеличивается эа счет хранения в блоке памяти без избыточной информации о текущих микрокомандах, формируемых устрой-, ством»

1 1 30863

1130863 2У

Составитель Л. Логачева

Техред И. Асталош КорректорМ.Розман

Редактор P.Цицика т

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4

Зак аз 961 1 /35 Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5