Микропрограммное устройство управления с контролем

 

Изобретение относится к вычислительной технике и используется для построения микропрограммных устройств управления. Целью изобретения является повьшение достоверности работы устройства. Изобретение осуществляет контроль правильности хода программы путем контроля адресных функций предьщущей и последующей команд. Изобретение также осуществляет вьрсод на начальные микрокоманды при смене команд за счет установления меток ошибок. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОИИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (S1) 4 С 06 F 9 22 11 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3671844/24-24 (22) 13. 12.83 (46) 15.11.86. Бюл. N- 42 (72) В.П.Супрун, А.И.Кривоносов, Г.Н.Тимонькин, А.П.Ткачев, M.Ï.Òêàчев, С.Н.Ткаченко и В.С.Харченко (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 968815, кл. G 06 F 9/22, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1090156, кл. С 06 F 9/ 22, 1985. (54) МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО

УПРАВЛЕНИЯ С КОНТРОЛЕМ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и используется для построения микропрограммных устройств управления. Цепью изобретения является повышение достоверности работы устройства. Изобретение осуществляет контроль правильности хода программы путем контроля адресных функций предыдущей и последующей команд, Изобретение также осуществляет вь)ход на начальные микрокоманды при смене команд за счет установления меток ошибок. 1 ил.

1270772

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении управляющих устройств ЭВИ и вычисли:— тельных систем с микропрограммным управлением.

Известно микропрограммное устройство, содержащее две памяти, генератор импульсов, триггеры, регистры, счетчик адреса, коммутатор, элементы ИЛИ.

Недостатком известного устройства является большой объем контрольного оборудования, который существенно усложняет устройство и снижает его надежность. Недостатком также является низкая достоверность функционирования, которая обусловлена тем, что в устройстве отсутствуют специальные технические средства, которые контролируют правильность функционирования в таких фазах, как выборка адресной информации, переход к управляющему каналу, выборка управляющей информации и переход к адресному каналу, Все это в конечном итоге снижает достоверность функционирования устройства.

Кроме того, для повышения достоверности не используется естественная структурная избыточность,, присущая микропрограммным устройствам со стандартными блоками памяти. Так,, например, свободные зоны постоянного запоминающего устройства могут быть заполнены специальной контрольной информацией для сигнализации об ошибках.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является микропрограммное устройство управления с .,контролем, содержащее счетчик команд, выход которого через память команд соединен с входами коммутатора адреса, блока сравнения и буферного регистра, выход которого через соединенные последовательно блок сравнения и первый регистр контроля. соединен с входом первого элемента

ИЛИ, выход коммутатора адреса через соединенные последовательно регистр адреса и память микрокоманд соединен .с входами коммутатора адреса, комму" татора логических условий, регистра микрокоманд и первого регистра контроля, генератор импульсов, первый выход которого соединен с входами

1О

2О

ЗО

4О

55 регистра микрокоманд и через первый элемент И вЂ” с входом буферного регистра, второй выход генератора импульсов соединен с входом регистра адреса, второй элемент ИЛИ.

В известном устройстве реализован принцип двухуровневого микропрограммного управления.

В одном блоке памяти хранятся коды команд, в другом — микрокоманды. Работа командного и микрокомандного каналов осуществляется попеременно.

Недостатком устройства является низкая достоверность его функционирования, обусловленная отсутствием средств контроля последовательности смены команд (микропрограмм) при наличии в программе команд ветвления (команд условного перехода), отсутствием средств контроля правильности попадания на начальные микрокоманды микропрограмм при смене команд.

Целью изобретения является повышение достоверности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в микропрограммное устройство управления с контролем, содержащее счетчик команд, выход которого через память команд соединен с входами коммутатора адреса, блока сравнения и буферного регистра, выход которого через соединенные последовательно блок сравнения и первый регистр контроля соединен с входом первого элемента ИЛИ, выход коммутатора адреса через соединенные последовательно регистр адреса и память микрокоманд соединен с входами коммутатора адре-. са, коммутатора логических условий, регистра микрокоманд и первого регистра контроля, генератор импульсов, первый выход которого соединен с входами регистра микрокоманд и через первый элемент И с входом буферного регистра, второй выход генератора импульсов соединен с входом регистра адреса, второй элемент ИЛИ, введены схема сравнения, два триггера, второй регистр контроля, два элемента

ИЛИ, четыре элемента И, причем первый выход генератора импульсов соединен с входами второго, третьего и четвертого элемента И и второго регистра контроля, выходы памяти микрокоманд соединены с входами коммутатора логических условий, второго и третьего элементов ИЛИ, третье1270772 го, четвертого и пятого элементов И и первого и второго регистров контроля, выходы регистра микрокоманд

Соединены с входами четвертого элемента ИЛИ и коммутатора адреса, первого элемента И, третьего элемента

ИЛИ и второго регистра контроля, выход которого через соединенные последовательно первый и четвертый элементы И и первый триггер соединен с входом генератора импульсов, выход коммутатора логических условий соединен с входами коммутатора адреса и пятого элемента И, выходы второго и третьего элементов ИЛИ через соответственно пятый и второй элементы И соединены с входами второго триггера, выходы которого и памяти команд через схему сравнения соединены с входом блока сравнения, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами счетчика команд, выход первого элемента И соединен с входом первого регистра контроля.

Сущность изобретения состоит в повышении достоверности функционирования микропрограммного устройства управления на основе повышения достоверности контроля последовательности смены команд (микропрограмм) в программе.

Повьппение достоверности функционирования устройства осуществляется путем организации контроля правильности последовательности смены ко- 35 манд при наличии в программе команд условного перехода. Для контроля правильности хода программы на линейных ее участках, при безусловных, а также условных переходах предлагает- 40 ся использовать принцип контроля адресных функций F(a)» и F(a), расположенных в контрольном поле командного слова блока памяти команд и связывающих две следующие друг за другом 4 команды. При этом адресная функция предыдущей команды запоминается в буферном регистре и сравнивается с ад— ресной функцией текущей команды, схемой сравнения. Факт их несравнения .свидетельствует о наличии ошибки.

В случае условного перехода производится модификация адресной функции текущей команды в соответствии со значением проверяемого логического условия. Причем адресные функции команд, переход к которым возможен в результате проверки логического условия, должны отличаться в одном разряде.

В результате модификации модифицируемого разряда адресной функции текущей команды, значением логического условия ее код становится равным значению кода адресной функции предыдущей команды. В зависимости от разрядности адресных функций может быть обеспечен требуемый уровень достоверности контроля порядка следования команд.

При увеличении разрядности адресных функций сужается множество команд, имеющих их одинаковое значение, что приводит к увеличению, вероятности обнаружения нарушения последовательности смены команд.

Повышение достоверности устройства достигается повышением контроля правильности смены команд путем организации контроля выхода на начальные микрокоманды микропрограмм при смене команд. С этой целью в микрокомандное слово вводится микрооперация (метка) ошибки, которая записывается во всех ячейках блока памяти микрокоманд, кроме ячеек с начальными микрокомандами всех микропрограмм.

Таким образом, если при смене микропрограмм первой будет считана микрокоманда, не являющаяся начальной, то единичный сигнал метки ошибки будет зафиксирован, как сигнал ошибки.

Повышение вероятности формирования и выдачи ошибки достигается за счет записи в неиспользуемые ячейки памяти двух меток ошибок. Повышение глубины диагностирования также достигается за счет увеличения множества фиксируемых ошибок, т.е. увеличения количества информации о состоянии устройства.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит память 1 команд с полями кодов команд (микропрограмм) 1.1, адреса 1.2, адресной функции предыдущей команды 1.3, адресной функции текущей команды 1.4, память 2 микрокоманд с полями немодифицируемой части адреса 2.1, модифицируемого разряда адреса 2.2, кода проверяемых логических условий 2.3, микроопераций 2.4, метки ошибки типа

"брак-1" 2.5, метки ошибки типа

"брак-2", 2.6, счетчик 3 команд, бу1? 707?2

S фер ьы регистр 4, регистр 5 адреса, регистр 6 микрокоманд с полем метки конца команды 6.1, полем микроопераций 6.2 и полем метки конца программы 6.3, регистры 7 и 8 контроля, триггеры 9 и 10, коммутатор 11 логических условий, блок 12 сравнения, схема 13 сравнения, генератор 14 импульсов, коммутатор 15 адреса, эле менты ИЛИ 16-19, элементы И 20-24.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии в счетчик 3 записан начальный адрес последовательности микропрограмм, регистры

4,5 и 7,8 установлены в нуль ° В регистре 6 микрокоманд, в поле 6.1 записана единица, а в поле 6.2 и 6„3 нули. Триггеры 9 и 10 установлены в нуль. Цепи начальной установки элементов памяти устройства на схеме условно не показаны. Единичным сигналом с поля 6.1 регистра 6 микрокоманд открыт коммутатор 15 для прохож25 дения информации с памяти 1 в регистр 5. В соответствии с адресом команды, установленным на счетчике 3, на выходе памяти вырабатывается начальное командное слово. В поле 1.1 командного слова задан код адреса

ЗО начальной микрокоманды первой микропрограммы, который через коммутатор

15 выдается на вход регистра 5 адре са. Информация с поля 1.2 выдается на адресный выход устройства. В поле З5

1.3 адресной функции предыдущей команды записана адресная функция 1(а), а в поле 1.4 адресной функции текущей команды записаны нули. Код адресной функции текущей команды сравнивается блоком 12 с кодом, установленным в регистре 4, В случае их несовпадения, на выходе блока 12 сравнения формируется сигнал ошибки.

Функционирование устройства начинается с подачей разрешающего сигнала, по которому триггер 9 устанавливается в единичное состояние и запус-. кает генератор 14. По заднему фронту 5О тактового импульса генератора 14 производится запись кода начального адреса микропрограммы с поля 1.1 памя" ти 1, через коммутатор 15 в регистр

5, В соответствии с адресом, устано- 55 вившемся в регистре 5, на выходе памяти 2 микрокоманд формируется код микрокоманды.

Если.в сформированной начальной микрокоманде микропрограммы .в поле

2.6 будут записаны единичные сигналы меток ошибки типа "брак-2" и концы команд, то это означает, что при смене микропрограмм был осуществлен переход к микрокоманде, не являющейся начальной в очередной микропрограмме. Этот сигнал будет зафиксирован во втором разряде регистра 7 по заднему фронту сигнала с выхода элемента И 20, так как он открыт единичным сигналом метки "Конца команды" с поля 6. 1 регистра 6. Кроме этого, по этому же тактовому импульсу, в первый разряд регистра 8 будет записано значение сигнала метки "Конца команды".

На выходах регистров 7 и 8, являющихся выходами устройства, будет сформирован код типа ошибки, а на выходе элемента ИЛИ t6 — сигнал прерывания, который поступая на выход устройства, может быть использован в вычислительной системе для прерывания ее нормального функционирования и диагностики отказов.

Кроме этого, сигналом с выхода элемента ИЛИ 16, через элемент ИЛИ 19, триггер 9 устанавливается в нулевое состояние и запрещается выдача тактовых импульсов генератором 14. Устройство прекращает свою работу. Одно" временно с этим, управляющая часть сформированной микрокоманды с поля

2.4 памяти 2 по заднему фронту тактового импульса генератора 14 записывается в регистр 6. Код микроопераций с поля 6.2 регистра поступает на выход устройства. Код проверяемых логических условий этой микрокоманды (информация поля 2.3) поступает на вход коммутатора 11, который осуществляет в зависимости от значений логических условий модификацию модифицируемого разряда адресной части микрокоманды. Код значений проверяемых логических условий поступает в коммутатор с входа устройства.

Модифицированный разряд адреса с выхода коммутатора 11 а также немодифицируемая часть адреса микрокоманды, с поля 2.1 памяти 2 поступают в регистр 5 через коммутатор 15, который нулевым сигналом с поля 6.1 регистра 6 открыт для прохождения значения немодифицируемой части адреса микрокоманды из памяти 2 и моди7 1270 фицированного разряда с выхода коммутатора 11 — на вход регистра 5.

Этим же сигналом запрещается поступление информации в регистр 5 с выхода памяти 1.

Если ошибок в функционировании устройства не обнаружено, то по заднему фронту очередного тактового импульса генератора 14 в регистр 5 будет записан адрес очередной микроко- 10 манды. По заднему фронту очередного тактового импульса генератора 14 будет осуществлена запись информации в регистр 8 и регистр 6 аналогично описанному. 1С

Если в процессе реализации микропрограммы в поле 2.5 сформированной микрокоманды, не являющейся конечной, будет записан единичный сигнал метки ошибки типа "Брак-1", то это означа- 20 ет, что в результате сбоя или отказа оборудования нарушена последовательность переходов в пределах микро— программы, т,е. при смене микрокоманд осуществлен несанкционированный 25 переход к неиспользуемой ячейке памяти 2.

Факт нарушения последовательности смены микрокоманд в микропрограмме фиксируется в первом разряде регистра 8 по заднему фронту очередного тактового импульса генератора 14.

На выходе устройства выдается код ошибки и сигнал прерывания.

Условный переход в программе организуется с использованием команд условного перехода.

В микрокоманде проверки логического условия соответствующей микропрограммы условного перехода в поле

2.3 задается код проверяемого логического условия, в поле 2.4 микроопераций — микрооперация условного перехода. В соответствии с кодом проверяемых логических условий, элементом

ИЛИ 17 формируется единичный сигнал, который поступает на вход элемента

И 24. Этим самым при наличии разрешающего сигнала микрооперации условного перехода элемент И 24 открывается для поступления сигнала с выхода коммутатора 11 и на вход триггера 10.

Процесс модификации значений модифицируемого разряда адресной микрокоманды коммутатором 11 логических условий описан выше. По заднему фронту тактового импульса, поступающему через элемент И 21 от генерато772 8 ра 14 на триггер 10, он будет установлен в состояние, соответствующее значению сигнала на выходе элемента

И 24. Элемент И 21 открыт при этом через элемент ИЛИ 18 единичным сигналом микрооперации условного перехода с памяти 2.

Сигналом с выхода триггера 10 поступающим на схему 13 сравнения, осуществляется модификация значения одного разряда адресной функции текущей команды, поступающего с поля

1.4 памяти 1.

В связи с тем, что адресные функции микрокоманд, переход к которым возможен в результате заполнения команды условного перехода, отличаются друг от друга на единицу, то в результате модификации адресной функции текущей команды на выходе блока

12 будет нулевой сигнал как при выполнении перехода, так и в том случае, когда переход не осуществлен из-за отсутствия соответствующего условия.

Если в процессе выполнения программы, в результате сравнения адресных функций предыдущей и текущей команд, на выходе блока 12 появится единичный сигнал, то это значит, что нарушена последовательность исполнения команд в программе, т.е. последовательность смены микропрограмм.

Факт нарушения последовательности смены микропрограмм будет зафиксиро-. ван при смене микропрограмм в третьем разряде регистра 7 по заднему фронту управляющего сигнала с выхода элемента И 20. Формирование кода адреса очередной команды в случае ус- ловного перехода на уровне команд при выполнении проверяемого логического условия осуществляется следующим образом.

Единичйым сигналом микрооперации записи микрокоманды проверки логических условий, поступающим с выхода памяти 2 микрокоманд в очередной микрокоманде будет разрешено прохождение через элемент И 23 тактового импульса генератора 14 на вход синхронизации счетчика 3. По заднему фронту управляющего сигнала с выхода элемента И 23 в счетчик 3 будет записан код адреса с входа устройства. В соответствии с этим адресом на выходе памяти 1 будет сформировано командное слово.

1270772

Если условие выполнения перехода в команде условного перехода отсутствовало, то адрес очередной команды вырабатывается естественным продвижением содержимого счетчика 3, для чего вырабатывается микрооперация естественной адресации на выходе полн

2.4 памяти 2.

Формирование кода адреса очередной микрокоманды при безусловном переходе в программе организуется аналогично случаю условного перехода, когда условие перехода выполняется.

При естественной адресации команд единичным сигналом микрооперации естественной адресации с выхода памяти

2 разрешается прохождение через элемент И 22 тактового импульса генератора 14. По заднему фронту управляющего сигнала с выхода элемента И 22 код, установленный в счетчике 3, будет увеличен на единицу, т.е. будет сформирован адрес очередной команды.

При записи в регистр 6 микрокоманды, являющейся конечной в микропрограмме, единичным сигналом метки Конец команды" с поля 6.1 коммутатор 15 закрывается для прохождения в регистр 5 кода адреса очередной микрокоманды с выхода памяти 2 и разреша- 30 ется поступление кода начальной микрокоманды очередной микропрограммы с поля 1.1 памяти 1.

По заднему фронту очередного тактового импульса генератора 14 код адреса начальной микрокоманды очередной микропрограммы будет записан в регистр 5. На выходах памяти 2 будет сформирован код микрокоманды. По заднему фронту очередного тактового им- 40 пульса генератора 14 аналогично ранее описанному, будет осуществлена запись информации в регистр 6 и в регистр 8, при этом в его втором разряде будет зафиксирован единичный сигнал метки конца команды.

Кроме этого, единичным сигналом с поля 6. 1 метки конца команды регисс тра 6 будет разрешено прохождение через элементы И 20 и 21 тактового импульса генератора 14.

По заднему фронту управляющего сигнала с выхода элемента И 20 будет осуществлена запись кода с выхода поля 1.3 адресной функции предыдущей команды памяти 1 в регистр 4, а также запись информации об обнаруженных ошибках с выхода блока 12 и выходов полей 2.5 и 2.6 меток ошибок памяти

2 в регистр 7. По заднему фронту управляющего сигнала с выхода элемента

И 21, триггер 10 будет установлен в состояние, соответствующее значению выходного сигнала элемента И 24, т.е. в нулевое состояние.

Модификация адресной функции текущей команды при организации безусловного перехода, а также при естественной адресации команд не производится.

В микрокоманде, являющейся конечной в микропрограмме, в полях 2.1 и

2.2 задается адрес перехода к неиспользуемой ячейке памяти, содержащей метки ошибки типа "брак-1", и "брак-2" .

Поэтому, если по единичному сигналу метки конца команды в регистр 5 микрокоманд будет записан адрес с поля

2.1 памяти 2 и выхода коммутатора 11 а не код начального адреса очередной микропрограммы с поля 1.1 памяти 1, то в полях 2.5 и 2.6, сформированной в соответствии с этим адресом микрокоманды, будут записаны метки ошибок типа "брак-1 1, "брак-2".

Это свидетельствует о неправильной смене микропрограмм (команд). Факт нарушения правильности формирования кодов микропрограмм, т.е. правильности формирования адресов начальных микрокоманд микропрограмм фиксируется в первом и втором разрядах регистра 7 IIo заднему фронту управляющего сигнала с выхода элемента И 20.

Одновременно с этим по заднему фронту тактового импульса генератора 14 в первый и второй разряды регистра 8 будут записаны единичные сигналы метки ошибки типа "брак-1", и конца команды соответственно.

На выходах типа ошибки аналогично описанному формируется код типа ошибки, на соответствующем выходе устройства формируется сигнал прерывания, устройство прекращает работу.

При считывании конечной микроко манды, конечной микропрограммы единичным сигналом метки "Конца программы" с поля 6.3 регистра 6 будет установлен в нулевое состояние триггер 9.

По нулевому сигналу с его единичного выхода, генератор 14 прекращает генерацию тактовых импульсов.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает выполнение мик11 12 ропрограмм, записанных в памяти 2 микрокоманд, в последовательности, заданной в памяти 1 команд.

В предположении, что в устройстве может одновременно отказать не более одного функционального элемента и контрольное оборудование абсолютно надежно можем получить: для известного устройства множество подозреваемых в отказе функциональных элементов может уменьшаться до подмножества функциональных элементов командного уровня или подмножества функциональных элементов микрокомандного уровня; для предлагаемого устройства множество подозреваемых в отказе функциональных элементов может уменьшаться до группы функциональных элементов командного или микрокомандного уровня. Например, по коду типа ошибки 11101 можно сделать вывод об отказе блока памяти микрокоманд.

Таким образом, технические преи- мущества предлагаемого устройства по сравнению с известным заключаются в более высокой достоверности функционирования, которое обеспечивается введением дополнительных встроенных средств контроля.

Формула изобретения

- Микропрограммное устройство управления с контролем, содержащее счетчик команд, выход которого через память команд соединен с входами коммутатора адреса, блока сравнения и буферного регистра, выход которого через соединенные последовательно блок сравнения и первый регистр контроля соединен с входом первого элемента ИЛИ, выход коммутатора адреса через соединенные последовательно регистр адреса и память микрокоманд соединен с входами коммутатора адре70772

10 l5

45 са, коммутатора логических условий, регистра микрокоманд и первого регистра контроля, генератор импульсов, первый выход которого соединен с входами регистра микрокоманд и через первый элемент И с входом буферного регистра, второй выход генератора импульсов соединен с входом регистра адреса, второй элемент ИЛИ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, целью повышения достоверности ра5оты устройства, в него введены схема сравнения, два триггера, второй регистр контроля, два элемента ИЛИ, четыре элемента И, причем первый выход генератора импульсов соединен с входами второго, третьего и четвертого элементов И и второго регистра контроля, выходы памяти микрокоманд соединены с входами коммутатсра логических условий, второго и третьего элементов ИЛИ, третьего, четвертого и пятого элементов И и первого и второго регистров контроля, выходы регистра микрокоманд соединены с входами четвертого элемента ИЛИ и коммутатора адреса, первого элемента И, третьего элемента ИЛИ и второго регистра контроля, выход которого через соединенные последовательно первый и четвертый элементы

ИЛИ и первый триггер соединен с входом генератора импульсов, выход коммутатора логических условий соединен с входами коммутатора адреса и пятого элемента И, выходы второго и третьего элементов ИЛИ через соответственно пятый и второй элементы И соединены с входами второго триггера, выходы которого и памяти команд через схему сравнения соединены с входом блока сравнения, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами счетчика команд, выход первого элемента И соединен с входом первого регистра контроля.

1270772

Составитель В.Супрун

Редактор Ю.Середа Техред Л.Сердюкова Корректор В.Синицкая

Заказ 6244/51 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óçãoðoä, ул.Проектная, 4