Микропрограммное устройство управления

 

Микропрограммное устройство управления относится к вычислительной технике и наиболее эффективно может быть использовано при построении управляющих систем, а также самостоятельных микропрограммных автоматов. Цель изобретения - увеличение быс тродействия . Устройство содержит блок памяти микрокоманд, регистр микрокоманд, сумматор, регистр адреса , коммутатор адреса, мультиплексор логических условий и блок анализа условий перехода с соответствующими связями. Указанная совокупность признаков позволяет достигнуть цели изобретения . 3 ил. О) С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) 80 (1н 50 4.G 06 F 9/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,"-, Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3775284/24-24 (22) 27.07.84 (46) 07 12.86. Бюл. В 45 (72) Ю.Д.Веленько, И.Н.Коляко, А.Т.Михацкий, В.Н.Петраков и Я.Я.Цветков (53) 681.32.088(088.8) (56) Майоров С.А., Новиков Г.И. Принципы органиэации цифровых машин.

Л.: Машиностроение, 1974, с. 216-218,,рис. 6.9, 6.10.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1159020, кл. С 06 F 9/22, 1984. (54) МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ (57) Микропрограммное устройство управления относится к вычислительной технике и наиболее эффективно может быть использовано при построении управляющих систем, а также самостоятельных микропрограммных автоматов.

Цель изобретения — увеличение быс— тродействия. Устройство содержит блок памяти микрокоманд, регистр микрокоманд, сумматор, регистр адреса, коммутатор адреса, мультиплексор логических условий и блок анализа условий перехода с соответствующими связями. Указанная совокупность признаков позволяет достигнуть цели изобретения. 3 ил.

1275441

По выходному нулевому состоянию сумматора 4 в блоке 1 памяти выбирается соответственно нулевая линейка.

При снятии сигнала начального за" пуска с входа 10 устройства, устройство синхронизации (не показано) начинает вырабатываать тактовые импульсы (при сигнале на входе 10 вырабатываются только. тактовые сигналы) .

Изобретение относится к микропрограммному управлению и наиболее эффективно может быть использовано в вычислительной технике, например в

ЭВМ, при построении управляющих сис- 5 тем, а также самостоятельных микропрограммных автоматов.

Цель изобретения " повышение быстродействия.

На фиг.1 представлена функциональ- 1О ная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства; на фиг.3 — пример заданной последовательности микрокоманд, реализуемой устройством.

Устройство (фиг.1) содержит блок

1 памяти микрокоманд, регистр 2 микрокоманд, мультиплексор 3 логических условий, сумматор 4, блок 5 анализа условий перехода, регистр 6 адреса, коммутатор 7 адреса, первый 8 и второй 9 входы синхронизации, вход 10 начального пуска, группу 11 входов логических условий, выход 12, третий вход 13 синхронизации.

Блок 5 анализа условий перехода содержит элемент 14 равнозначности, элемент НЕ 15 третий 16, первый 17 и второй 18 элементы И и элемент

ИЛИ 19.

Кроме того, обозначены выход 20 признака типа микрокоманды регистра

2, второй выход 21 признака типа пе-. рехода регистра 2, первый вйход 22 признака типа перехода регистра 2.

Микропрограммное устройство управления работает следующим образом.

При поступлении сигнала начального запуска по входу 10 устройства, соединенному с входом установки в О ноль регистра 6 адреса, последний устанавливается в исходное нулевое состояние, Это же нулевое состояние устанавливается на выходе сумматора 4, так 45 как на его входах В и P присутствуют: в данный момент сигналы логического нуля.

Передним фронтом первого тактового сигнала С1, йоступающего на вход параллельной записи регистра 2 микрокоманд по входу 8 устройства, первая микрокоманда микропрограммы (содержимое нулевой линейки блока 1памяти), поступившая с выхода блока 1 памяти на информационный вход регистра 2 микрокоманд, перепишется в последний и поступит на выход 12 устройства для выполнения (это происходит еще при наличии сигнала на входе 10 устройства).

Дальнейшая работа устройства определяется тем, что представляет собой поступившая в регистр 2 микрокоманд . первая микрокоманда: является она условной или неусловной; выполняется или не выполняется условие; .каково значение типа признака перехода, заложенного в данной микрокоманде и поступающего с соответствующего выхода 21 регистра 2 микрокоманд на один из входов элемента 14, а также каково значение заложенного в данной микрокоманде и поступающего с выхода

22 регистра 2 микрокоманд на соответствующий вход элемента 18.

Рассмотрим работу устройства для случая, когда микрокоманда (в нашем случае первая), записанная в регистр

2 микрокоманд, с нулевой линейки блока памяти неусловная. Тогда значение выходного регистра 2 микрокоманд равно логическому нулю, значение выхода

21 регистра микрокоманд и выхода мультиплексора 3 условий безразлично, а значение выхода 22 регистра 2 микрокоманд может иметь значение ло" гического нуля или логической единицы.

Значение выходов элементов И 16 и

17 блока 5 при поступлении синхросиг нала по входу 13 устройства равно ло" гическому нулю, так как сигнал логического нуля с выхода 20 регистра 2 микрокоманд (так как выполняемая микрокоманда неусловная) поступает на вторые входы элементов И 16 и 17.

Поэтому с поступлением сигнала логической единицы по входу 13 на третьи входы элементов И 16 и 17 на выходах последних подтверждаются сигналы логического нуля.

Следовательно, значение выхода элемента И 16 при выполнении неусловной микрокоманды всегда равно логическому нулю, а значение выхода эле1275441 мента ИЛИ 19 определяется значением выхода только элемента И 18. Значение же выхода элемента И 18 определяется конкретным значением выхода 22 регистра 2 м.-1к окоманд, поступающим 5 на один и;- входов элемента И 18, так как значение второго входа элемента

И 18 при наличии синхросигнала, поступающего по входу 13 устройства, равно логической единице.

В результате значение выхода элемента ИЛИ 19 равно логической едининице (при наличии синхросигнала на входе 13 устройства) при значении выхода 22 регистра 2 микрокоманд, равном логической единице, и соответственно, значение выхода элемента

ИЛИ 19 равно логическому нулю при значении выхода 22 регистра 2 микрокоманд, равном логическому нулю, и путь формирования адреса следующей микрокоманды в случае выполнения неусловной микрокоманды определяется именно значением выхода элемента

ИЛИ 19, т.е ° значением выхода 22 регистра 2 микрокоманд.

С поступлением синхросигнала (логическая единица) по входу 13 устройства, соединенному со входом P переноса сумматора 4, выходное сос- 30 тояние последнего (было нулевое) увеличивается на единицу и поступает на вход блока 1 памяти и на первый информационный вход коммутатора 7.

Если значение выхода 2 элемента

ИЛИ 19 равно логическому нулю, то данное выходное состояние сумматора

4 (равное "1") через коммутатор 7 (по его входу 1) поступает на инфор- б мационный вход регистра 6 адреса и по переднему фронту синхросигнала по входу 9 перепишется в него и поступит на группу входов А сумматора

4. На выходе сумматора 4 (и, следовательно, на входе блока 1 памяти) установится (до момента окончания синхросигнала по входу 13) значение

В1 И

2, так как на выходе P переноса сумматора 4 также присутствует сигнал логической единицы (синхросигнал с входа 13 устройства).

С окончанием синхросигнала по входу 13 (фиг.4) на входе P сумматора 4, а следовательно, и на входе блока 1 памяти установится единичное значение, так как при этом на входах

В и P сумматора 4 присутствует значение логического нуля.

В блоке 1 памяти выбирается первая линейка, содержимое которой поступает на информационный вход регистра 2 микрокоманд, и по переднему фронту следующего синхросигнала перепишется в него (в регистр 2) для выполнения. Так (по "+1") выбирается .следующая микрокоманда в блоке 1 памяти при выполнении неусловной микрокоманды и значении выхода 22 регистра 2 микрокоманд, равном логическому нулю.

При значении выхода 22 регистра

2 микрокоманд, равном логической единице, значение выхода 2 элемента

ИЛИ 19 равно логической единице (при наличии синхросигнала на входе 13 устройства).

При этом значение выхода сумматора 4 равно единице, так как на входе

P е;оприсутствует сигнал логической единицы, увеличивающий предшествующее выходное значение сумматора 4 (нулевое) на единицу. По данному выходному состоянию (единица) сумматора

4 в блоке 1 памяти выбирается первая линейка, содержимое которой с выхода блока 1 памяти поступает на второй информационный вход коммутатора 7.

A так как значение выхода элемента

ИЛИ 19, соединенного с управляющим входом коммутатора 7, равно логической единице, выходное состояние блока 1 памяти (содержимое первой линейки блока 1) через коммутатор 7 поступает на информационный вход регистра

6 адреса и по переднему фронту син-. хросигнала по входу 9 устройства перепишется в регистр 6 адреса и поступит на группу входов А сумматора 4.

Данное входное состояние сумматора 4, после окончания синхросигнала на вход 13, проходит без изменения на его выход, и следовательно, на вход блока 1 памяти.

По данному выходному состоянию сумматора 4 (содержимое первой линейки блока 1 памяти), представляющему собой адрес операционной части следующей микрокоманды, в блоке 1 памяти выбирается соответствующая линей-. ка, содержимое которой (операционная часть следующей микрокоманды) поступает на информационный вход регистра

2 микрокоманд и по переднему фронту

1275441 4 следующе го синхросигнала перепишется в него для выполнения.

Так осуществляется выбор следующей микрокоманды при выполнении неусловкой мнкрокоманды и наличии сигнала логической единицы на выходе 22 регистра 2 микрокоманд.

Следовательно, задавая конкретное значение выхода 22 регистра 2 микрокоманд, выбираем (по своему усмотрению) один из двух возможных в данном случае (при выполнении неусловной микрокоманды) путей формирования адреса следующей микрокоманды микропрîrpаммы.

15

Рассмотрим работу предлагаемого устройства для случая, когда микрокоманда, поступившая с нулевой линейки блока памяти в регистр 2 микрокоманд для исполнения, является услов- 1 ной, г.е. значение выхода 20 регистра

2 микрокоманд равно логической единице.

В этом случае в устройстве возмож25 ны восемь состояний в зависимости от конкретных значений выходов 21 и 22 регистра 2 микрокоманд, выхода мультиплексора 3 условий и их соотношений.

Рассмотрим зти возможные состояза ния, считая в каждом состоянии, что выполняемая микрокоманда является первой микрокомандой микропрограммы и считана она с нулевой линейки блока 1 памяти по нулевому (исходному) выходному состоянию сумматора 4.

В первом состоянии значение выходов 20 и 21 регистра 2 микрокоманд— логическая единица, значение выхода

22 регистра 2 микрокоманд — логический нуль, а значение выхода мультиплексора 3 условий — логическая единица, т.е. выполняемая микрокоманда условная и условие выполняется).

Тогда на выходе элемента 14 равно-45 значности присутствует сигнал логического нуля (при равнозначных — ло-. гическая единица — входах его), который поступает на один из входов .элемента И 16 непосредственно, а на один из входов элемента И 17 — через элемент НЕ 15, т.е. инвертированный..

С выхода 20 регистра 2 микроко.манд сигнал логической единицы поступает на вторые входы элементов И 16 55 и 17. Сигнал логического нуля с выхо- да 22 регистра 2 микрокоманд поступает на один из входов элемента И 18.

И при поступлении синхросигнала по входу 13 устройства на третьи входы элементов И 16 и 17 и на второй вход элемента И 18, на выходе элемен. та И 16 подтвердится сигнал логического нуля, так как на его входе, соединенном с выходом элемента 14, присутствует сигнал логического нуля, а на выходе элемента И !7 — сигнал логической единицы, так как на всех его входах присутствуют сигналы логической единицы На выходе элемента

И 18 подтвердится состояние логического нуля. Сигнал логической единицы с выхода элемента И !7 через элемент

ИЛИ 19 поступает на выход элемента

ИЛИ 19, соединенный с управляющим входом коммутатора 7. В результате выход последнего переключается на свой второй информационный вход, соединенный с выходом блока 1 памяти.

Одновременно с поступлением синхросигнала по входу 13 устройства на входе Р параллельной записи сумматора 4 выходное состояние последнего (равное нулю) увеличивается на единицу, т.е. становится равным "1" (так как на младшем разряде группы входов

В сумматора при этом сигнал логического нуля с выхода элемента И 16) .

По данному (единица) выходному состоянию сумматора 4, поступающему на вход блока 1 памяти, в последнем выбирается первая линейка, содержимое которой через второй информационный вход коммутатора 7 поступает на его выход (так как на его управляющем входе сигнал логической единицы), и следовательно, на информационный вход регистра 6 адреса. По переднему фронту синхросигнала, поступающего по входу 9 устройства на вход параллельной записи регистра 6 адреса, данное содержимое первой линейки блока 1 памяти перепишется в регистр 6 и поступит на группу входов А сумматора 4.

На выходе последнего и, следовательно, на входе блока 1 памяти уста новится состояние, равное значению выхода регистра 6 адреса (содержимое 1-й линейки блока 1 памяти) плюс

11 11

1 (так как значение входа Р переноса сумматора 4 при наличии синхросигнала на входе 13 — логическая еди ". ница).

Со снятием синхросигнала по входу

13 на входе P сумматора 4 установит-.

441

7 1275 ся сигнал логического нуля и состояние выхода сумматора 4 станет равным состоянию входов группы А его, т.е. состоянию выхода регистра 6 адреса (содержимое первой линейки блока 1), которое и является адресом следующей ,микрокоманды микропрограммы. По нему в блоке 1 выбирается соответствующая линейка, содержимое которой по переднему фронту синхросигнала перепишется 10 в регистр 2 микрокоманд для выпол:-, нения .

Следовательно, адрес следующей микрокоманды микропрограммы в данном состоянии устройства должен быть равен адресу выбираемой микрокоманды.

Во втором состоянии значение выхода 20 регистра 2 микрокоманд — логическая единица, значение выходов

21 и 22 регистра 2 микрокоманд и зна- 20 чение выхода мультиплексора 3 услоBHH — логический нуль, т.е. выполняемая микрокоманда условная и условие не выполняется.

Значение выхода элемента 14 равно-25 значности — логический нуль (так как на обоих его входах присутствуют равнозначные сигналы логического нуля). В результате на первом входе элемента И 16 — сигнал логического нуля, а на первом входе элемента И

17 — сигнал логической единицы.

Сигнал логической единицы с выхода 20 регистра 2 микрокоманд поступает на вторые входы элементов И 16 и

17, а сигнал логического нуля с вы35 хода 22 регистра 2 микрокоманд — на первый вход элемента И 18.

Поэтому с поступлением синхросиг нала по входу 13 на третьи входы элементов И 16 и 17 и на второй вход

40 элемента И 18 на выходах элементов

И 16 и 18 подтвердится сигнал логического нуля, а на выходе элемента

И 17 — сигнал логической единицы.

Далее работа аналогична, описанной в первом состоянии.

В третьем состоянии значение выходов 20 и 21 регистра 2 микрокоманд — логическая единица, значение выхода 22 регистра 2 микрокоманд и

50 выхода мультиплексора 3 условий— логический нуль.

Значение выхода элемента 14 равнозначности равно в этом случае (при неравнозначных входах) логической единице, следовательно, на первом входе элемента И 16 присутствует сигнал логической единицы, а на первом входе элемента И 17 — сигнал логического нуля.

На вторых входах элементов И 16 и 17 присутствует сигнал логической единицы с выхода 20 регистра 2 микрокоманд, на первом входе элемента

И 18 — сигнал логического нуля с выхода 22 регистра 2 микрокоманд.

Поэтому с поступлением синхросигнала по входу 13 на входы элементов

И 16 и 17 и на вход элемента И 18 на выходе элемента И 16 устанавливается сигнал логической единицы, а на выходах элементов И 17 и 18 — сигнал логического нуля. Следовательно, на выходе элемента И 16 — сигнал логической единицы, а на выходе элемента, ИЛИ 19 — сигнал логического нуля, т.е. на управляющем входе коммутато-I ра 7 — сигнал логического нуля, подтверждающий подключение его выхода на собственный первый информационный вход, соединенный с выходом сумматора 4.

При этом значение выхода сумматора 4 при наличии синхросигнала по входу 19 равно "2", так как на младшем разряде группы входов В и входе

P сумматора присутствуют сигналы логической единицы, а исходное состояние сумматора 4 принято равным нулю.

Данное выходное состояние сумматора 4 поступает через коммутатор 7 (так как на его управляющем входе сигнал логического нуля) на информационный вход регистра 6 адреса, по переднему фронту синхросигнала на вход 13 перепишется в него и поступит на группу входов А сумматора 4, так как этот синхросигнал еще присутствует на его входах P и В, то на выходе сумматора 4 установится значе ние, равное выходному состоянию регистра 6 адреса ("2") плюс "2", т,е. станет равно "4".

Со снятием синхросигнала по входу на входах В и P сумматора установятся сигналы логического нуля и на выходе сумматора 4 установится значение, равное выходному состоянию регистра

6 адреса, т.е. "2", являющееся адресом следующей микрокоманды в том состоянии. По данному выходному состоянию сумматора 4 в блоке 1 памяти выбирается вторая линейка, содержимое которой (операционная часть следующей микрокоманды) поступает на

441

9 1275 информационный вход регистра 2 микрокоманд и по переднему фронту следую" щего синхросигнала (вход 8 устройства) переписывается в него для вы- . полнения, Следовательно, в данном состоянии операционная часть следующей микрокоманды кодируется в линей. ке блока 1 памяти с адресом, равным адресу выполняемой микрокоманды плюс "2". 10

В четвертом состоянии значение выхода 20 регистра 2 микрокоманд — логический нуль, значение выхода мультиплексора 3 условий — логическая единица. 15

Значение выхода элемента 14 равнозначности в этом случае (неравнозначные входы) равно логической единице, Далее работа аналогична, описанной в третьем состоянии. 20

В пятом состоянии значение выходов

20-22 регистра 2 микрокоманд и выхода мультиплексора 3 условий — логическая единица. Так как значение выхода

22 .регистра 2 микрокоманд равно логи-25 ческой единице, то адрес следующей микрокоманды будет формироваться путем считывания содержимого линейки блока 1 памяти в регистр 6 адреса через соответствующий вход коммутатора 7.

Значение выхода 21 регистра 2 микрокоманд и выхода мультиплексора 3 условий равнозначны и равны логической единице.

Отсюда выход элемента равнозначности равен логическому нулю, который поступит на первый вход элемента

И 16, а через элемент НЕ 15 уже как

Сигнал логической .единицы поступит . на вход элемента И 17.

Поэтому при поступлении синхросиг,нала на вход 13 устройства на выходе элемента И 16 подтвердится значение логического нуля, а на выходах элементов И 17 и 18 установится значе+ ние логической единицы.

Таким образом, через элемент ИЛИ

19 коммутатор 7 пропустит через себя содержимое выхода линейки блока 1 па- 0

50 мяти.

На выходе сумматора 4 с поступлено кием синхросигнала по входу 13 сформируется значение, равное единице.

Таким образом в регистр 6 адреса с поступлением переднего фронта синхросигнала по входу 9 устройства перепишется содержимое первой линейки блока 1 памяти, которое является адресом следующей микрокоманды (ее операционной части) .

В шестом состоянии значение выхо. дов 20 и 22 регистра 2 микрокомандлогическая единица, значение выхода

21 регистра 2 микрокоманд и выхода мультиплексора 3 условий — логический нуль. Работа устройства в этом состоянии аналогична описанной в пятом состоянии.

Формирование адреса следующей мик рокоманды в пятом и шестом состояниях устройства аналогично тому, как это осуществляется в известном устройстве, хотя и присутствует новый признак — признак безусловного перехода (выход 22 регистра 2 микрокоманд, равный логической единице).

В седьмом состоянии значение выходов 20-22 регистра 2 микрокоманд— логическая единица, значение выхода мультиплексора 3 условий — логический нуль.

При поступлении синхросигнала (вход 13 устройства) на выходах элементов И 16 и 18 установится логическая единица, на выходе элемента И 17 подтвердится значение логического нуля. В результате этого на выходе сумматора 4 сформируется значение, равное "2". В блоке 1 памяти будет выбрана соответственно вторая линейка, содержимое которой через соответствующий вход коммутатора (на управляющем входе коммутатора 7 значение логической единицы с выхода

И 18 и ИЛИ 19) поступит на информационный вход регистра б адреса и передним фронтом синхросигнала по выходу 9 устройства перепишется в регистр 6 адреса.

С уходом синхросигнала по входу

13 на выходе сумматора 4 установится адрес следующей микрокоманды, который был считан с второй линейки блока 1 памяти.

В восьмом состоянии значение выходов 20 и 22 регистра 2 микрокоманд и значение выхода мультиплексора 3 условий — логическая единица, а значение выхода 21 регистра 2 микрокоманд — логический нуль.

Работа устройства в этом состоя-. нии аналогична работе его в седьмом состоянии.

11 1275441 12

Р м У л а и з о б P е т е н и я элемент равнозначности, причем инфорМикропрограммное устройство управ- мационный вход регистра адреса соеди" лениЯ, соДеРжащее блок памЯти микРо- нен с в одом коммутатора адреса, команД, РегистР микРокоманД, РегистР первый и второй информационные входы1 которого соединены соответственно с гиче ких условий, причем группа вы- выходами блока памяти микрокоманд и ходов регистра адреса подключена к сумматора управляющий вход коммутаЭ первои группе информационных входов тора соединен с в одом элемента сумматора, информационные входы стар- ИЛИ, первый и второй входы которого ших ра рядо второи группы которого первого и второго элементов И, пер-; у ройства, выход сумматора сое вые входы которых соединены с первым микрокоманд, выход поля микрооперапереноса сумматора и подключены к третьему входу синхронизации устройройства, выход поля проверки условий ства, информационный вход младшего разряда второй группы сумматора соеРавлЯющим входом мУльтиплексоРа логи- динен с в одом третьего элемента И ческих условий, группа информационвторой вход которого соединен с выных входов котоРого поДключена к 2О ходом прнзнака типа микрокоманды регруппе входов логических условий устyoNcTBai первый, второй входы син- признака типа перехода которого соехронизации устройства подключены со- дннен с перв „ входом элемента равно ответственно к вхоДам синхронизации эначности, второй вход которого соерегистра микрокоманд и регистра адре-25 динен с выходом мультиплексора логис t Вход установки В ноль KOToporo ecKH условий ВТороА выход IlpHSHa» ка типа перехода регистра микрокоманд устройства, о т л и ч а.ю щ е е с я соединен с вторым входом второго элетем, что, с целью повышениЯ быстРо- . мента И, выход элемента равнозначносдействия, оно дополнительно содержит Зр жи соединен с третьим входом третьекоммутатор адреса и блок анализа ус- го элемента И и через элемент HE ловий переходов, содержащий три эле- соединен с третьим входом первого ,мента И, элемент НЕ, элемент ИЛИ и элемента И.

ВкЮ

Вж82Рег

1275441

Off 6

ME$

Составитель Ю.Ланцов

Редактор И.Дербак Техред B.Kàäàð Корректор.А.Тяско

Заказ 6562/41. Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

: Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная, 4