Мультимикропрограммное устройство управления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я) 4 С 06 F 9 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3863016/24-24 (22) 20 . 02. 85 (46) 07.09.86. Бюл. У 33 (72) А,П. Шех, В.П. Улитенко, Г.Н. Тимонькин, С.Н. Ткаченко, В.С. Харченко, В.И. Ярмонов и Б.О. Сперанский (53) 681 ° 32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 643874, кл. G 06 F 9/22, 1976.

Авторское свидетельство СССР

У 959079, кл. С 06 F 9/22, 1982. (54) МУЛЬТИМИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть ис"

1пользовано для построения высокопроизводительных вычислительных систем с микропрограммным управлением, Целью изобретения является повышение

ИЛИ, счетчик, коммутатор логических условий, мультиплексор логических условий. Введение двух регистров микрокоманд, второго и третьего коммута.торов адреса, коммутатора и мультиплексора логических условий, второго коммутатора управления, счетчика, восьми элементов И, четырех элементов ИЛИ обеспечивает достижение поставленной цели. 3 ил.

1256025

20

ЗО

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения высокопроизводительных вычислительных систем с микропрограммным управлением.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства, на фиг.2 временная диаграмма работы генератора тактовых импульсов) на фиг.3 алгоритм функционирования устройства.

Устройство (фиг.i) содержит блок

1 памяти микропрограмм>первый 2 и второй 3 регистры адреса, первый 4 и второй 5 регистры микрокоманд, счетчик 6, триггер 7 пуска, триггер

Ь.блокировки, первый 9 и второй 10 триггеры ожидания, триггер 11 управления, коммутатор 12 логических ус.ловий, второй 13 третий 14, первый

15 коммутаторы адреса, первый коммутатор 16 управления, мультиплексор 17 логических условий, первый 18 второй 19, третий 20, четвертый 21, седьмой 22, десятый 23, одиннадцатый л

24, тринадцатый 25 элементы И, второй коммутатор 26 управления, пятый

27, шестой 28, восьмой 29, девятый

30, двенадцатый 31 четырнадцатый

32 элементы И, первый 33, второй 34, седьмой 35, третий 36, четвертый

37, пятый 38, шестой 39, восьмой 40 элементы ИЛИ, первую 41 и вторую 42

P группы входов логических услов1лй устройства, первые 43 и вторые 44 входы, первый 45 и второй 46 выходы микроопераций, вход 47 пуска, выход

48 ошибки, первый 49 и второй 50 управляющие входы режимом работы, выход 51 фиксации простоя, выход

52 поля адреса блока памяти микропрограмм, выход 53 поля логических условий блока памяти микрокоманд, выход 54 поля микрокоманд блока памяти микрокоманд, выход 55 признака записи адреса, выход 56 признака окончания команды, выход 57 кода времени ожидания, выход 58 признака начала ожидания первого регистра 4 микрокоманд, выход 59 признака окончания команды, выход 60 признака начала ожидания второго регистра

5 микрокоманд, генератор 61 импульсов, второй 62, третий 63, первьй

64 и четвертый 65 выходы генератора

61 импульсов.

1

На фиг.3 приняты следующие условные обозначения и сокращения: RG— регистр; КОП; — код операции i-й микропрограммы (i = 1,2), МК, — микрокоманда, i-й микропрограммы (i = 1, 2), ь — код времени ожидания первой микрокоманды, Т вЂ” триггер, (Т вЂ” содержимое триггера, (СТ) — содержимое счетчика, А „, — адрес микроко1 манды i-й микропрограммы (i =- i 2);

" 1" ("0") — установка в единичное

sl (нулевое) состояние, - — запись.

Блок памяти 1 микропрограмм предназначен для хранейия первой и второй микропрограмм.

Регистр 2 3) адреса первой (вто-, рой, микропрограммы предназначен для хранения адреса .очередной микрокоманды первой (второй) микропрограммы.

Регистр 4 (5) микрокоманд предназначен для хранения микроопераций первой (второй} микропрограммы.

Счетчик 6 предназначен для хранения кода времени ожидания первой микропрограммы в дополнительном коде.

Триггер 11 управления предназначен для фиксации состояния выполнения первой и второй микропрограмм;

Единичное (нулевое) состояние триг-. гера 11 соответствует режиму выполнения первой (второй) микропрограммы.

Триггер 8 блокировки предназначен для фиксации состояния вложенного ожидания микропрограммы, т.е. такого состояния, когда обе микропрограммы находятся в ожидании, Единичное состояние триггера 8 соответствует состоянию блокировки записи информации в регистры 2-5.

Триггер 9 (10) ожидания первой (второй) микропрограммы предназначен для фиксации состояния ожидания или готовности микропрограммы. Единичное (нулевое) состояние триггера 9 (10) соответствует состоянию ожидания (готовности) первой (второй) микро- программы.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии все элементы памяти установлены в нулевое состояние, кроме триггера 11 и выхода 55 регистра 4, которые установлены в единичное состояние (цепи начальной установки на фиг. 1 не показаны). На входы 43 и 44 поданы коды операций первой и второй м кропрограммы.

)256025

По сигналу пуска, поступающему на вход 47 устройства, триггер 7 переводится в единичное состояние и разрешается формирование тактовой серии импульсов на выходах генератора 61.

Кроме того, по сигналу пуска, поступающему через элементы ИЛИ 33 и 34 на синхровходы регистров 2 и 3, осуществляется запись кодов операции первой и второй микропрограмм в соответствующие регистры 2 и 3. Код операции первой и (второй) микропрограммы, поступающий на вход 43 (44) устройства, через открытый коммутатор

13 (14) (единичным потенциалом с выхода 55 регистра 4) поступает на информационный вход регистра 2 (3) к моменту подачи сигнала пуска. В дальнейшем в устройстве реализуется первая.микропрограмма. Выполнение второй микропрограммы осуществляется либо по окончании первой, либо в ее режимах ожидания.

По тактовому импульсу с выхода 62 генератора 61, поступающему через открытый элемент И 22 на синхровход регистра 4(5), осуществляется запись кода микроопераций микрокоманды первой (второй) микропрограммы из блока 3О

1 памяти микропрограмм. Выборка мик.рокоманды из блока 1 осуществляется по адресу, записанному в регистр 2 (3) и поступающему на вход блока 1 через коммутатор 15. После записи 35 кода микроопераций в регистр 4 разряд 55 этого регистра устанавливается в нулевое состояние и остается в этом состоянии на протяжении всего времени работы устройства, Код внеш- О них микроопераций поступает на выход 45 (46) устройства с выходов регистра 4 (5).

По тактовому импульсу с выхода 45

63 генератора 61 в устройстве реализуются следующие процессы: запись кода адреса очередной микрокоманды первой (второй) микропрограммы в регистр 2 (3) 50 запись дополнительного кода времени ожидания первой микропрограммы в счетчик 6.

1 изменение состояния триггера 111 изменение состояний триггеров

9и 10.

Код адреса очередной микрокоманды первой (второй) микропрограммы формируется следующим образом. Код внешних логических условий первой (вто— рой) микропрограммы от объекта управления поступает на вход 4 1 (42) устройства и через коммутатор t2 открытый единичным (нулевым) потенциалом с единичного выхода триггера

11, поступает на вход мультиплексора

17. Код проверяемых логических условий на вход мультиплексора 17 поступает с выхода 53 блока 1. В мультиплексоре 17 осуществляется модификация младшего разряда косвенного адреса очередной микрокоманды первой (второй) микропрограммы, поступающего с выхода 52 блока 1. Код адреса пер.вой (второй) микропрограммы через коммутатор 13 (14), открытый единичным (нулевым) потенциалом с единичного выхода триггера 11, поступает на информационный вход регистра 2 (Э).

По тактовому импульсу с выхода 63 генератора 61, поступающему через элементы И 18 (19), ИЛИ 33 (34) на синхровход регистра 2 (3), код адреса первой (второй) микропрограммы записывается в регистр 2 (3).

Выполнение первой микропрограммы продолжается до возникновения режима ожидания, а второй микропрограмьы— до возникновения ее режима ожидания или до прерывания ее первой микропрограммой. В случае возникновения режима ожидания первой (второй) микропрограммы из блока 1 памяти микропрограмм считывается микрокоманда ожидания. Разряд 58 (60) регистра 4 (5) устанавливается в единичное состояние. При этом по тактовому импульсу с выхода 63 генератора 61.для первой микропрограммы осуществляется запись в счетчик 6 для кода максимального времени ожидания в дополнительном коде. Дополнительный код времени ожидания первой микропрограммы содержится в поле 57 разрядов регистра 4 и поступает на информационный вход счетчика 6. Импульс с выхода 63 генератора 61 через открытый элемент И 23 поступает на управляющий вход счетчика 6, разрешая запись кода времени ожидания. По этому же импульсу осуществляется передача управления второй (первой) микропрограмме и фиксация начала режима ожидания первой (второй) микропрограммы установкой триггера 9 (10) в единичное состояние.

3 12560

Передача управления второй (пер" „ вой) микропрограмме осуществляется при изменении состояния триггера 11 с единичного (нулевого) на нуле ое (единичное).

Импульс с выхода 63 генератора

61 на управляющий вход триггера 11 поступает через коммутатор 16 при выполнении следующего условия: выход 58 (60) регистра 4 (5) установлен в единичное состояние, что соответствует началу ожидания первой (второй) микропрограммы, на выходе элемента ИЛИ 39 установлен нулевой потенциал, что соответствует состоянию готовности к выполнению второй (первой) микропрограммы при переходе в ожидание первой (второй).

Установка триггера 9 (10) в еди- 20 ничное состояние, соответствующее состоянию ожидания первой (второй) микропрограммы, осуществляется по импульсу с выхода 63 генератора 61, поступающему на единичный вход через 25 открытый элемент И 27 (28).

По окончании режима ожидания первой (второй) микропрограммы на вход

49 (50) устройства поступает сигнал окончания ожидания, устанавливающий gg триггер 9 (10) в нулевое состояние.

При этом в устройстве возможны следующие режимы работы: дообслуживание второй микропро" граммы без прерывания после восстановления сигнала готовности первой микропрограммы, дообслуживание второй микропрограммы с прерыванием по истечении установленного максимального време- 4О ни ожидания для первой микропрограммы.

Возобновление первой микропрограммы возможно при выполнении двух условий: истекло время ожидания, уста" 5 новленное в счетчике б, и триггер 9 установлен в нулевое состояние.

В том случае, когда вторая микропрограмма выполняется в устройстве к моменту выполнения условий возоб-. уО новления первой микропрограммы, осуществляется прерывание второй микропрограммы по импульсу с выхода 63 ге" нератора 61 посредством переключения триггера 11 из нулевого состояния в единичное. При этом импульс с выхода 63 генератора 61 поступает на управляющий вход триггера 11 че2 б

4 1 рез коммутатЬр 16 при выполнении следующих, у слов ий: на выходе коммутатора 26 установлен единичный потенциал, что сост ветствует состоянию переполнения

1 счетчика 6 и нулевому состоянию триггера 9, триггер 11 находитс. в нулевом состоянии, т.е. выполняется вторая микропрограмма.

Адрес микрокоманды, на которой осуществляется прерывание второй микропрограммы, сохраняется в регистре 4 и является точкой возобновления второй микропрограммы в очередном цикле невыполнения.

Дообслуживание второй микропрограммы без прерывания осуществляется в интервале времени от момента восстановления состояния готовности первой микропрограммы (триггер 9 установлен в нулевое состояние) до момента истечения времени ожидания первой микропрограммы (переполнение счетчика 6).

В том случае, когда состояние готовности первой микропрограммы восстанавливается, а.вторая микропрограмма находится в ожидании, возобновление первой микропрограммы осуществляется независимо от состояния счетчика 6, Процесс возобновления первой микропрограммы для этого случая аналогичен рассмотренному.

В том случае, когда к моменту переполнения счетчика 6 триггер 9 не установлен в нулевое состояние, на выходе 48 элемента 25, формируется сигнал ошибки, который выдается внешней операционной системе для анализа ситуации, а в устройстве осуществляется реализация второй микропрограммы.

В устройстве возможна реализация вложенного ожидания микропрограмм, т.е. такого режима, когда обе микропрограммы (первая и вторая) находятся в состоянии ожидания. При этом триггеры 9 и 10 установлены в единичное состояние и на выходе элемента

И 29 устанавливается единичный пой тенциал. Этот сигнал поступает на выход 51 устройства, информируя внеш- . нюю операционную систему о возможности создания тупиковой ситуации (клинча). Кроме того, по этому же сигналу, поступающему через элемент

ИЛИ 38 на вход элемента И 20 через

1256025 элемент ИЛИ 36, разрешается установка триггера 8 в единичное состояние по импульсу с выхода 64 генератора

61, при этом блокируется изм кение состояний регистров 2-5 и триггеров

9 и 10 импульсами с выходов 62 и 63 генератора 61 и в очередном цикле работы генератора 61.

Возобновление работы устройства может быть выполнено для любой микропрограммы, завершившей ожидание первой, Рассмотрим возобновление выполнения второй микропрограммы в этом случае. На вход 50 устройства поступает сигнал завершения ожидания, триггер 10 устанавливается в нулевое состояние. При этом на выходе элемента И 30 формируется единичный сигнал, который разрешает прохождение импульса с выхода 63 генератора 61 через коммутатор 16 на управляющий вход триггера 11 в том случае, если он находится в / единичном состоянии. По этому импульсу триггер 11 устанавливается в нулевое состояние, соответствующее выполнению второй микропрограммы. Кроме того, на выходе элемента

И 29 устанавливается нулевой потенциал, что приводит к открыванию эле- 30 мента И 20>и по очередному импульсу с выхода 64 генератора 61 триггер

8 устанавливается в нулевое состоя ние, при этом временная диаграмма работы устройства сохраняется. . 35

Блокировка элементов И 18, 19, 22,27 и 28 снимается и устройство функционирует аналогично рассмотренному выше.

Завершается работа устройства 4О по окончании выполнения первой и второй микропрограмм. По завершении первой (второй) микропрограьаиы выход 56 (59) регистра 4 (5) устанав. ливается в единичное состояние. По 45 завершении обеих микропрограмм единичным сигналом с выхода элемента И,32 триггер 7 устанавливается в нулевое состояние, тем самым запрещая формирование тактовой сетки им- gO пульсов на выходах генератора 61 .

Формула изобретения

Иультимикропрограммное устройство управления, содержащее блок памя- у ти микропрограмм, первый коммутатор управления, первый и второй регистры адреса, триггер пуска, генератор импульсов, первый и второй триггеры ожидания, триггер блокировки, триггер управления, первый коммутатор адреса, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой элементы H первый, второй, третий, четвертый элементы

ИЛИ, причем выход первого коммутатора адреса соединен с адресным входом блока памяти микропрограмм, выходы первого, второго регистров адреса соединены соответственно с первым и вторым информационными входами первого коммутатора адреса, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с входами син— хронизации первого и второго регистров адреса, выходы первого и второго элементов И соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, выход триггера пуска соединен с входом генератора импульсов, вход установки в "1" триггера пуска, соединен с входом пуска устройства и с вторыми входами пер- вого и второго элементов И, выход третьего элемента ИЛИ соединен с первым входом третьего элемента И, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с инверсным входом четвертого элемента И, выход третьего элемента И соединен с входом установки в "1" триггера блокировки, выход четвертого элемента И соединен с входом установки в "0" триггера блокировки, выход триггера блокировки соединен с первым информационным входом первого коммутатора управления, с первыми входами первого и шестого элементов И, с первыми прямыми входами второго и пятого элементов И, выход пятого элемента

И соединен с входом установки в "1" первого триггера ожидания, выход шестого элемента И соединен с входом установки в "1" второго триггера ожидания, первый вход управления режимом работы устройства соединен с входом установки в "0" первого триггера ожидания, второй вход управления режимом работы устройства соединен с входом установки в "0" второго триггера ожидания, выход первого коммутатора управления соединен со счетным входом триггера управления, инверсный выход триггера управления соединен с первым управляющим входом первого коммутатора управления, с инверсным входом чятого элемента

И. с вторым входом шестого элемента

1256025

И, прямой выход триггера управления соединен с управляющими входами пер вого коммутатора адреса, с инверсным входом второго элемента И, с вторым входом первого элемента И, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно дополнительно содержит первый и второй регистры микрокоманд, второй и третий коммутаторы адреса, коммутатор и мультиплексор логических условий, второй коммутатор управления, счетчик, седьмой, восьмой, девятый, деся" тый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый и четырнадцатый элементы И, пятый, шестой, седьмой и восьмой элементы ИЛИ, причем выход нуля адреса блока памяти микропрограмм соединен с первыми информационными входами второго и третьего коммутаторов адреса, поле логических условий блока памяти микропрограмм соединено с первой группой информационных выходов мультиплексора логических условий, поле микрокоманд блока памяти микропрограмм соединено с информационными входами первого и второго регистров микрокоманд, прямой выход триггера управления соединен с ïåðвым входом десятого элемента И, с ЗО инверсным входом одиннадцатого элемента И с входами управления записью первого и второго регистров микрокоманд, с управляющим входом третьего коммутатора адреса, управляющим З5 входом второго коммутатора адреса, управляющими входами коммутатора логических условий, выход признака записи адреса первого регистра микрокоманд соединен с управляющими вхо- щ дами второго и третьего коммутаторов адреса, поля микроопераций первого и второго регистров микрокоманд являются выходами микроопераций устройства выходы признака окончания 45 команды первого и второго регистров микрокоманд соединены соответственно с первыми и вторыми входами четырнадцатого элемента И и восьмого элемента ИЛИ, выходы признака 50 начала ожидания первого и второго регистров микрокоманд "оединены соответственно с первыми и вторым входами седьмого элемента ИЛИ, выходы кода времени ожидания первого регистра микрокоманд соединены с информационными входами счетчика, первая и вторая группы входов логических условий устройства соединены соответственно с первой и второй группами информационных входов коммутатора логических условий, группа выходов коммутатора логических условий соединена с второй группой информационных входов мультиплексора логических условий, управляющий вход мультиплексора логических условий соединен с адресным выходом блока памяти микропрограмм, инверсный вход триггера блокировки соединен с первым входом седьмого элемента И, вторым входом десятого элемента И, с первым прямым входом третьей группы входов первого коммутатора управления, выходы второго и третьего коммутаторов адреса соединены с информационными входами соответственно первого и второго регистров адреса, входы кода операций первой и второй команд соединены с информационными входами соответственно второго и третьего коммутаторов адреса, выход седьмого элемента И соединен с синхровходами первого и второго регистров микрокоманд, выход десятого элемента И соединен с синхровходом счетчика, выход одиннадцатого элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход переполнения счетчика соединен с первым входом тринадцатого элемента И и с вторым информационным входом второго коммутатора управления, выход первого триггера ожидания соединен с первыми входами восьмого, девятого элементов И, пятого элемента ИЛИ, с вторым входом тринадцатого элемента И, с управляющим входом второго коммутатора управления, прямой выход второго триггера ожидания соединен с вторым входом восьмого элемента И и пятого элемента ИЛИ, первым информационным входом второго коммутатора управления, инверсный выход второго триггера ожидания соединен с вторым входом девятого элемента И, выход второго коммутатора управления соединен с вторым информационным входом первого коммутатора управления, выход седьмого элемента ИЛИ соединен с третьим входом десятого элемента И, с тре тьим информационным входом первого коммутатора управления, с вторым прямым входом пятого элемента И, с третьим входом шестого элемента И, выход тринадцатого элемента И является

>r>euro выходом ошибки устройства, выход восьмого элемента И соединен с первыми входами третьего и четвертого элеменТов И и является выходом фиксации простоя устройства, выход пя- 5 того элемента ИЛИ соедннен с первыми входами шестого элемента ИЛИ и двенадцатого элемента И, выход девятого элемента И соединен с четвертым информационным входом первого коммутатора управления, выход шестого элемента ИЛИ соединен с пятым информационным входом первого коммутатора управления, выход двенадцатого элемента И соединен с вторыми ! входами третьего и четвертого элементов ИЛИ, выход четырнадцатого элемента И соединен с входом установки в "О" триггера пуска, выход восьмоГо элемейта ИЛИ соединен с вторы-ми входами шестого элемента ИЛИ и двенадцатого элемента И, первый выход генератора импульсов соединен с вторым входом третьего и вторым прямым входом четвертого элементов

И, второй выход генератора импульсов соединен с вторым входом седьмого элемента И, третий выход генератора импульсов соединен с четвертым входом десятого элемента И, с третьим прямым входом пятого элемента И,с четвертым входом шестого элемента

И, с вторым управляющим входом первого коммутатора управления, с третьим входом первого элемента И, с вторым прямым входом второго элемента И, четвертый выход генера— тора импульсов соединен с прямым входом одиннадцатого элемента И.

1256025

Составитель А. Сошкин

Редактор В. Зарванская Техред Л.Сердюкова

Корректор Г. Решетняк

Закаэ 5148 Тираш 671

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ушгород, ул. Проектная, 4