Многотактное микропрограммное устройство управления

 

МНОГОТАКТНОЕ МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд, счетчик, генератор тактовых импульсов , первую группу триггеров, группу дешифраторов, первую группу элементов ИЛИ, дешифратор, первый элемент И и элемент задержки, причем выход регистра адреса соединен с адресньм входом блока памяти микрокоманд, выход которого соединен с информационньм входом регистра микрокоманд, группы выходов кодов змикроопераций которого соединены с соответствующими группами входов депшфраторов группы, выходы которых соединены с соответствующими входами m элементов ИЛИ первой группы, выходы которых соединены с информационными входами триггеров первой группы, нулевые выходы которых соединены с входами первого элемента И, выход счетчика соединен с входом дешифратора, fh выходов которого (т 1,2,..., где тколичество многоТактных микроопераций) соединены с входами установки в О соответствующих m триггеров первой группы, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет реализации алгоритмов с произвольными точками начала и конца микроопераций , оЛо дополнительно содержит вторую группу триггеров, группу элементов И, вторую группу элементов ИЛИ, коммутатор, мультиплексор, триггер пуска, второй элемент И, первый и второй элементы ИЛИ и одновибратор , причем вход пуска устройства соединен с первым входом kn первого элемента ИЛИ и с входом элемента задержки, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и с входом установки в 1 триггера пуска, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с прямым входе второго элемента И, СД инверсный вход которого соединен с выходом одновибратора, с входом ус тановки в О счетчика, с входом синхронизации регистра микрокоманд и с вторив входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом синхронизации регистра адреса, информационный вход которого соединен с выходом коммутатора, первая группа информационных входов которого является группой входов кода команды устройства, Сп-t) информационных входов второй группы коммутатора (,2,..., где I) - разрядности, адреса блока памяти микрокоманд) соединены с (п-1) выходами немодифи

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦ)ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (1Ц

4(51) G 06 F 9!22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ (21) 3686070/24-24 (22) 28.12.83 (46) 23.04.85. Бюл. В 15 (72) Н.Ф.Сидоренко, В.С.Харченко, Б.В.Остроумов, Г.Н.Тимонькин, С.П.Кирсанов, С.А.Шереметьев и- С.H.Òêà÷eíêî (53) 681.325(088.8) (5e) 1. Авторское свидетельство СССР

1(602947, кл. С 06 F 9/22, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

У 834700, кл. С 06 F 9/22, 1981.

3 ° Авторское свидетельство СССР

II 924708, кл. G 06 Р 9/22, 1982 (прототип). (54) (57 ) МНОГОТАКТНОЕ МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд, счетчик, генератор тактовых импульсов, первую группу триггеров, группу дешифраторов, первую группу элементов ИЛИ, дешифратор, первый элемент И и элемент задержки, причем выход регистра адреса соединен с адресным входом блока памяти микрокоманд, выход которого соединен с информационным входом регистра микрокоманд, группы выходов кодов микроопераций которого соединены с соответствующими группами входов дешифраторов группы, выходы которых соединены с соответствующими. входами m элементов ИЛИ первой группы, выходы которых соединены с информационными входами триггеров первой группы, нулевые выходы которых соединены с входами первого элемента И, выход счетчика соединен с входом дешифратора, Ф выходов которого (m =1,2,..., где m - количество многотактных микроопераций) соединены с входами установки в

"0" соответствующих m триггеров первой группы, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет реализации алгоритмов с произвольными точками начала и конца микроопераций, оно дополнительно содержит вторую группу триггеров, группу эле. ментов И, вторую группу элементов

ИЛИ, коммутатор, мультиплексор, триггер пуска, второй элемент И, первый и второй элементы ИЛИ и одновибратор, причем вход пуска устройства соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и с входом элемента задержки, выход которого соединен с первым входом второго элемента

ИЛИ и с входом установки в "1" триггера пуска, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с прямым входом второго элемента И, инверсный вход которого соединен с выходом одновибратора, с входом установки в "0" счетчика, с входом синхронизации региетра микрокоманд и с вторым входом первого элемента

ИЛИ, выход которого соединен с входом синхронизации регистра адреса, информационный вход которого соединен с выходом коммутатора, первая группа информационных входов которого является группой входов кода команды устройства, (д-1) информационных входов второй группы коммутатора (П=1,2,..., где II — разрядность °, адреса блока памяти микрокоманд) соединены с (n-1) выходами немодифи135 цируемых разрядов адреса регистра микрокоманд, выход модифицируемого разряда адреса которого соединен с первым информационнь1м входом группы мультиплексора, остальные информационные входы группы которого являются входами логических.условий группы устройства, выход кода анализируемых логических условий регистра микрокоманд соединен с управляющим входом мультиплексора, выход которого соединен с 8 -и информационным входом второй группы коммута-. тора, управляющий вход которого соединен с выходом признака конца команды регистра мнкрокоманд и является выходом индикации конца команды устройства, выход признака конца работы регистра микрокоманд соединен с входом установки в "О" триггера пуска и является выходом индикации конца работы устройства, щ выходов де1963 шифратора соединены с входами уста новки в "О" соответствующих rn триггеров второй группы, нулевые выходы которых соединены с первыми входами соответствующих щ элементов И группы, вторые входы которых соединены с единичными выходами соответствую.щих Ф триггеров первой группы, входы синхронизации которых соединены с входами синхронизации ro триггеров второй группы и с (я+1)-м выходом дешифратора, выход первого элемента

И соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом одновибратора, выход второго элемента И соединен со счетным входом счетчика, выходы группы дешифраторов соединены с третьими входами соответствующих элементов И группы, выходы которых являются управляющими выходами группы устройства.

1О

Изобретение относится к вычислительной технике и ыожет быть использовано при построенни микропрограммируемых контроллеров для АСУ технологическими процессами.

Известны многотактные микропрограммные устройства управления, содержащие блок памяти, регистр адреса, регистр микрокоманд, дешифраторы, логические элементы И, ККЯиЯ.

В этих устройствах реализуется принцип нанопрограммнрования, представляющего собой уровень микропрограммного управления, допускающий задание временной последователь- 1 ности управляющих сигналов (наноопер аций} .

Недостатками укаэанных устройств являются низкая экономичность, обус" ловленная раэнотипным форматом однотактных м многотактних микрокоманд, и узкая область применения, вызванная ограниченной номенклатурой процедур нанопрограммированйя.

Наиболее близким к предлагаемому является многотактное микропрограммное устройство управления, содержащее блок памяти, регистры адреса и мнкрокоманд, счетчик, генератор импульсов, группу триггеров, группу дешифраторов, дешифратор, групну элементов ИЛИ, элемент И, злемент задержки, причем выход генератора импульсов является тактовым вьг ходом устройства и соединен со счетным входом счетчика, выходы которого соединены с входами дешифратора,выходы которого соединены с нулевымн входами группы триггеров, выходы группы дешифраторов являются информационными выходами устройства и соединены с соответствующими входами группы элементов ИЛИ, выходы которых соединены с единичньпчи входами группы триггеров, выходы которых соединены с входами элемента И, выход которого соединен с входом регистра адреса, а через элемент задержки—

20 с нулевым входом счетчика, выход регистра адреса соединен с входом блока памяти, выход которого соединен с входом регистра микрокоманд, выходы которого соединены с входами группы дешифраторов 3 .

Недостатком известного устройства является узкая область применения, обусловленная тем, что в указанном

I устройстве невозможно в пределах од-

1151963 ного микротакта реализовать набор микро (нано) операций, имеющих различные моменты начала и конца формирования управляющих сигналов. В данном устройстве микротакт, а соот- 5 ветственно и микрокоманда, заканчиваются одновременно с окончанием самой длинной микрооперации. Это обстоятельство существенно сужает область применения устройства в качестве контроллера АСУТП, в которых требуется реализовать сложные многотактные алгоритмы управления, что обусловлено следующими причинами: при реализации алгоритмов, содержащих управляю- 15 щие сигналы различной длительности, длина микротакта должна выбираться исходя из длительности самого короткого сигнала, действующего в его пределах. Это приводит к значительному 20 увеличению числа микрокоманд, хранимых в блоке памяти, а в конечном итоге — к снижению надежности устройства. Количественное увеличение числа микрокоманд оценивается выражением где и; и К; — число разлйчных начал 30 и концов управляющих сигналов в микрокоманде М;, " — число микрокоманд.

Снижение надежности устройства происходит в этом случае также и вследствие увеличения вероятности сбоя в связи с ростом частоты обращения к блоку памяти. отн

Увеличение интенсивности сбоев З ь 40 пропорционально росту числа микрокоманд (а следовательно, и обраще-" ний к блоку памяти):

al4 (2)

45 съ N

При выполнении алгоритмов, содержащих управляющие сигналы, длительность которых приближается к времени считывания информации из блока памя- 50 ти, использование известного устройства становится невозможным в силу реальных технических ограничений по быстродействию.

Таким образом, вследствие рас- 55 смотренных причин известное устройство имеет ограниченную область применения в АСУТП, в которых реализуются алгоритмы управления рассмотренного класса.

Цель изобретения — расширение области применения за счет реализации алгоритмов с произвольными точками начала и конца микроопераций.

Поставленная цель достигается тем, что в многотактное микропрограммное устройство управления, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд, счетчик, генератор тактовых импульсов, первую группу триггеров, группу дешифраторов, первую группу элементов ИЛИ, дешифратор, первый элемент И и элемент задержки, причем выход регистра адреса соединен с адресным входом блока памяти микрокоманд, выход которого соединен с информационным входом регистра микрокоманд, группы выходов кодов микроопераций которого соединены с соответствующими группами входов дешифраторов группы, выходы которых соединены с соответствующими входами элементов ИЛИ первой группы, выхолы которых соединены с информационными входами триггеров первой группы, нулевые выходы которых соединены с входами первого элемента И, выход счетчика соединен с входом дешифратора, rn выходов которого (re=1,2,..., где в — количество многотактных микроопераций) соединены с входами установки в "О" соответствующих щ триггеров первой группы введены вторая группа триггеров, группа элементов И, вторая группа элементов ИЛИ, коммутатор, мультиплексор, триггер пуска, второй элемент И, первый и второй элементы

ИЛИ и одновибратор, нричем вход пуска устройства соединен с первым входом первого элемента ИПИ и с входом элемента задержки, выход которого соединен с первьм входом второго элемента ИПИ и с входом установки в "1" триггера пуска, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с прямым входом второго элемента И, инверсный вход которого соединен с выходом одновибратора, с входом установки в "О" счетчика, с входом синхронизации регистра микрокоманд и с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом синхрони1151963 новибратора и обусловленных ими связей позволяет управлять записью информации в регистры адреса и микрокоманд и счетчиком.

Введение триггера пуска и новых связей элемента задержки дает возможность управлять пуском генератора импульсов и формировать сигнал первоначального занесения информации в регистры адреса и микрокоманд.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — временные диаграммы работы устройства.

Функциональная схема многотактного микропрограммного устройства управления (фиг.1) содержит блок 1 памяти микрокоманд, регистр 2 адреса, регистр 3 микрокоманд, счетчик

4, дешифратор 5, группу дешифраторов 64,...,6е, мультиплексор 7, коммутатор 8, генератор 9 тактовых импульсов, триггер 10 пуска, вторуго группу триггеров 11,...,11 (начала микроопераций), первую группу триггеров 12 1,...,12 (конца микроопераций), группу 13 элементов

И, второй элемент И 14, первый элемент И 15, вторую 16,,......,,16 и пер| вую 17,,...,17 группы элементов

ИЛИ, первый элемент ИЛИ 18, второй элемент ИЛИ 19, одновибратор 20, элемент 21 задержки, группу 22 входов кода команды, группу 23 входов логических условий, вход 24 пуска, группу 25 кода анализируемых логических условий регистра микрокоманд, выход

26 моднфицируемого разряда адреса регистра микрокомаид, группу 27 выходов иемодифицируемых .разрядов адреса регистра микрокоманд, группы

28 1- 28я выходов кодов микроопераций регистра микрокоманд, выход 29 признака конца команды регистра микрокоманд, выход 30 признака конца работы регистра микрокоманд и группу 31 управляющих выходов.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

I да "Пуск" на вход 24, которая представляет собой единичный импульс.

По заднему фронту этого импульса зации регистра адреса, информационный вход которого соединен с выходом коммутатора, первая группа информационных входов которого является группой входов кода команды устройства, (й-1) информационных входов второй группы коммутатора (q =1,2, где и = разрядность адреса блока памяти микрокоманд) соединены с (й-1) выходами немодифицируемых разрядов адреса регистра ьыкрокоманд, выход модифицируемого разряда адреса которого соединен с первым информапионньм входом группы мультинлексора, остальные информационные входы группы которого являются входами логических условий группы устройства, выход кода анализируемых логических условий регистра микрокоманд соединен с управляющим входом мультиплек- Ж. сора, выход которого соединен с r1 -м информационным входом второй группы коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом признака конца команды регистра микрокоманд и является выходом индикации конца команды устройства, выход признака конца работы регистра микрокоманд с входом установки в "0" триггера пуска и является выходом индикации ЗО конца работы устройства, щ выходов дешифратора соединены с входами установки в "0" соответствующих ш .триг- . геров второй группы, нулевые выходы которых соединены с первыми входами соответствующих, m элементов И группы, вторые входы которых соединены с единичными выходами соответствующих

Ю триггеров первой группы, входы синхронизации которых соединены с . 40 входами синхронизации у триггеров второй группы и с (в+1)-м выходом дешифратора, выход первого элемента

И соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен4б с входом одновибратора, выход второго элемента И соединен со счетно входом счетчика, выходы группы дешифраторов соединены с третьими входаии соответствующих элементов И группы, so выходы которых являются управляю- В исходном состоянии элементы щими выходами группы устройства, памяти находятся в "0", на выходе

Введение коммутатора и мульти- 29 регистра 3 имеет место логичесплексора и обусловленных ими связей кая "1". После прихода кода адреса позволяет управлять передачей и мо- у "на группу 22 входов подается коман дификацией адреса.

Введение первого и второго элементов ИЛИ, второго элемента И и од4

1151963 происходит запись кода операции (начального адреса) в регистр 2..

Задержанный на величину «, элементом 21 задержки импульс пуска переводит триггер 10 пуска в единичное состояние. Единичный сигнал с выхода триггера 10 разрешает формирование тактовых импульсов генератору 9 тактовых импульсов.

Одновременно по сигналу на выходе

10 элемента ИЛИ 19 одновибратор 20 формирует единичный сигнал, который запрещает подачу импульсов с выхода генератора 9 тактовых импульсов на счетчик 4. Кроме того, по переднему фронту импульса на выходе одновид атора 20 происходит считывание микрокоманды из блока 1 памяти в регистр 3 микрокоманд.. Иикрокоманда считывается по адресу, записанному в регистре 2. Время формирования импульса на выходе одновибратора 20 определяется временем формирования адреса очередной микрокоманды. Последнее состоит из времени проверки логического условия и модификации младшего разряда адреса. мультиплексором

7 и времени коммутации адреса коммутатором 8 ° В течение этого импульса также осуществляется дешифрация кодов микроопераций, поступающих с групп 28»,...,?8g входов регистра

3, дешифраторами 6«,...»6«». По заднему фронту импульса на выходе одновибратора 20 осуществляется запись 35 адреса очередной микрокоманды в регистр 2. Одновременно открывается элемент И 14 и разрешает поступление сигналов с выхода генератора 9 тактовых импульсов на счетный вход счетчи- о ка.

Каждый выход дешифраторов 61,...»

6 соответствует одной микфооперации, Если данная микрооперация начинается после « --го нанотакта и прекращается после « -го нанотакта внутри микротакта, то выход дешифратора, соответствующий данной микрооперации, соединен через один из элементов ИЛИ

16 группы с информационным входом 50 триггера начала группы 11 триггеров, обнуляемого после « -го нанотакта, а.через один из элементов ИЛИ группы

17 — с информационным входом триггера конца группы 12 триггеров, обнуля-«55 емого после j -ro нанотакта. Нулевой выход триггера начала и единичный выход триггера конца подключены к соответствующему элементу И 13, соответствующего-данной микрооперации.

Первый импульс генератора 9 тактовых импульсов возбуждает первый выход дешифратора 6. Данный сигнал переводит триггеры группы 11 и 12, на информационные входы которых подается единичный сигнал, в единичное состояние. В дальнейшем осуществляется последовательное обнуление данных триггеров и формирование выходных сигналов в данном мнкротакте. После обнуления последнего триггера конца группы 12 триггеров на выходе элемента И 15 формируется перепад "0" в "1". По этому перепаду одновибратор 20 формирует единичный импульс.

Он закрывает элемент И 14, прекращает подачу импульсов с выхода генератора 9 тактовых импульсов на вход счетчика 4. Кроме того, данный импульс обнуляет счетчик 4, разрешает считывание очередной микрокоманды из блока 1 памяти микрокоманд в регистр 3. Считывание происходит по адресу, записанному в регистре 2.

В дальнейшем работа устройства повторяется.

Расширение области применения при использовании предлагаемого устройства количественно может быть оценено через снижение суммарного числа микрокоманд, .необходимого для реализации заданного алгоритма управления, что в свою очередь приводит к уменьшению объема памяти, повышению надежности устройства.

Относительное уменьшение требуемо го числа микрокоманд с учетом формулы (1) может быть определено выражением:

«00% при»«; =k; 0,01 Ио1«1=(0»02N-1) 100Х при N "- 80-100 «» N=160-2007.

Кроме того, расширение области применения достигается sa счет существенного снижения ограничений требований к минимальной длине управляющих сигналов, поскольку в этом случае она определяется только частотой генератора, а не временем обращения к блоку памяти. Указанное об. стоятельство способствует расшире1151963

9 нию.области применения устройства и благодаря повышению точности формирования микропрограмм, поскольку она определяется в предлагаемом устройстве в основном стабильностью генератора импульсов и незначительно зависит от разброса параметров блока памяти.

Таким .образом, предлагаемое устройство имеет более широкую область применения, поскольку может в отличие от известного устройства при5 меняться в качестве контроллера

АСУ ТП, реализующего сложные алгоритмы управления с управляющими сигналами различной длительности.

1151963

Я

2I

ЗмиГян? счеачам0 f 23956012395 01 2

Л.2

f2.2

524

Я8

М.72

Фиг.2

БНИИПИ Заказ 2325/38 Тираж 710 Подписиое

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