Микропрограммное устройство управления с контролем

 

Изобретение относится к вычислительной технике и молсет-найти применение при построении самоконтролируамых отказоустойчивых ЭВМ с микропрограммным управлением. Цель изобретения - повышение достоверности функционирования за счет контроля и вос становления работы микропрограммного устройства управления при сбое или отказе. Микропрограммное устройство управления с контролем содержит блок местного управления, блок контроля, блок анализа логических условий. За счет введения блока контроля с соответствующими связями достигается цель изобретения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

Пи 4 С 06 F 9/22, 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / ...

t с А ар„, «.® л

Н ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{21) 3832387/24-24 (22) 25.12.84 (46) 30,12.86. Бюл. Ф 48 (72) В.А.Мельников и B.Í.Ñàìaøèí (53) 681.32 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ,Ы 972508, кл. С 06 F 11/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

9 1024927, кл. С 06 F 15/00, 1981. (54) МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО

УПРАВЛЕНИЯ С КОНТРОЛЕМ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может найти приме,„SU„„1280627 A 1 нение при построении самоконтролируемых отказоустойчивых 3ВМ с микропрограммным управлением. Цель изобретения — повышение достоверности функционирования за счет контроля н восстановления работы микропрограммного устройства управления при сбое или отказе. Микропрограммное устройство управления с контролем содержит блок местного управления, блок контроля, блок анализа логических условий.

За счет введения блока контроля с <.оответствующими связями достигается цель изобретения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1280627

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и может быть использовано при построении самоконтролируемых, отказоустойчивых ЭВМ с микропрограммным управлением. 5

Цель изобретения — повьш ение достоверности функционирования за счет восстановления работ микропрограммного устройства управления при сбое или отказе.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого микропрограммного устройства управления с контролем; на фиг.2 — временная диаграмма блока местного управления; на фиг,3 — функ15 циональная схема блока местного управления; на фиг.4- функциональная схема блока контроля; на фиг.5 — функциональная схема блока анализа логи20 ческих условий.

Микропрограммное устройство управления с контролем (фиг.1) содержит блок 1 местного управления, блок 2 контроля, блок 3 анализа логических условий и вход 4 задания кода операции.

Блок 1 местного управления (фиг.3) содержит память 5 микрокоманд, первый б и второй 7 регистры адреса микрокоманд, счетчик 8 адреса микрокоманд, счетчик 9 длительности, триггер 10 запуска, генератор 11 тактовых импульсов, первый 12 и второй 13 мультиплексоры, коммутатор 14, второй элемент И 15, первый элемент И 16, блок

17 элементов ИЛИ, третий элемент ИЛИ

18, четвертый элемент ИЛИ 19, второй элемент ИЛИ 20, первый элемент ИЛИ

21, второй одновибратор 22, третий одновибратор 23, первый одновибратор

24, блок элементов НЕ 251 -25, эле40 мент HE 26, первый элемент 27 задержки и второй элемент 28 задержки.

Блок 2 контроля (фиг.4) содержит память 29 контрольных микрокоманд, 45 первый 30 и. второй 31 регистры микрокоманд, счетчик 32 числа блокировочных импульсов, счетчик 33 числа сбоев, триггер 34 отказа, первый 35 и второй 36 сумматоры по модулю два, второй 37, первый 38, четвертый 39

50 и третий 40 элементы И, первый 41, второй 42 и третий 43 элементы ИЛИ, адновибратор 44, первый 45, второй

46, третий 47 и четвертый 48 элементы задержки.

Блок 3 анализа логических условий (фиг.5) содержит демультиплексор 49, группу регистров 50„-50ь, группу мультиплексоров 51 -51, сумматор

52, регистр 53 поля логических условий и схему 54 сравнения.

Микропрограммное устройство управления с контролем работает следующим образом.

С входа 4 на информационный вход коммутатора 14 блока 1 местного управления (фиг.3) поступает код операции, представляющий код адреса начальной микрокоманды микропрограммы. По этому сигналу через элемент ИЛИ 19 одновибратор 24 вырабатывает импульс, который, поступая на управляющий вход коммутатора 14 и элемент ИЛИ 18 на синхровход счетчика 8, разрешает запись кода операции с входа 4 через коммутатор 14, блок элементов ИЛИ 17 и мультиплексор 12 на. информационный вход счетчика 8. Мультиплексор 12 работает по первому входу, так как на его управляющем входе присутствует нулевой сигнал отсутствия сбоя, поступающий с выхода элемента И 38 блока 2 контроля. Импульс с выхода одновибратора 24, поступая на $— вход триггера 10, устанавливает его в единичное состояние, которое инициирует начало работы генератора 11 тактовых импульсов. Первый импульс с генератора 11, проходя через элемент И 15, разрешает первую выдачу управляющей информации из памяти 5 микрокоманд по адресу, записанному в счетчике 8 (фиг.3), Код адреса со счетчика 8, проходя через мультиплексор 13 (на управляющем входе нулевой сигнал отсутствия отказа, поступающий из блока 3 контроля), поступает на адресный вход памяти 5 микрокоманд, Этот же импульс с выхода элемента И

15, поступая на синхровход регистра

7, разрешает запись текущего адреса с выхода счетчика 8 в регистр 7 для работы устройства в случае возникновения сбоя или отказа, а также через элемент 28 задержки поступает на счетный вход счетчика 8, увеличивая тем самым адрес на единицу (адрес следующей микрокоманды).

Из памяти 5 микрокоманд буцет считана следующая управляющая информация. С поля адреса микрокоманд будет считан адрес микрокоманды по переходу ветвления в микропрограмме при условии выполнения условий этого перехода в блоке 3. С выхода поля логических условий будет считан код микроопера128062 i ции, т. е. упра«ляющая и«формация для блока 3 анализа логических условий,представляющая собой двоичный код данной смены информации. Ьудет считан также код проверяемых логичес-.5 ких условий, код числа блокируемых тактовых импульсов, т.е. код временного интервала от текущей смены информации до следующей. С выхода признака ветвления будет считан единич- tO ный сигнал микрокоманды ветвления, С выхода признака конца микропрограммного блока 5 будет выдан импульс, если выполнение микропрограммы завершено (признак окончания микропрограм- f5 мы).

Если в течение нескольких тактов генератора 11, начиная с (n+1)-го, не требуется прекращать и начинать микрооперации (нет смен информации), 20 то в микрокоманде, выполняемой в п-м .такте, задается код числа блокируемых тактовых импульсов (т.е, код временного интервала от текущей смены информации до следующей). После считывания управляющей информации из памяти 5 микрокоманд код числа блокируемых тактовых импульсов поступает на информационный вход счетчика 9 длительности и через элемент ИЛИ 20, - Ю элемент НЕ 26 запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент И

15. Одновременно сигнал с выхода элемента ИЛИ 20 поступает на вход элемента И 16, разрешая прохождение 35 через него тактовых импульсов с генератора 11 на вычитающий вход„ счетчика

9 длительности. В (и+1)-м такте работы микропрограммного устройства управления с контролем выборки управляющей 40 информации не происходит, а тактовый импульс с генератора 11, поступая через элемент И 16 на вычитающий вход счетчика 9 длительности, уменьшает

его содержимое на единицу. После об- 45 нуления счетчика 9 длительности на выходе элемента ИЛИ 20 устанавливается низкий потенциал, который запрещает работу счетчика 9 длительности в счетном режиме и разрешает прохожде- 50 ние очередного тактового импульса через элемент И 15.

Линейная последовательность микрокоманд выполняется блоком 1 местного управления. в режиме естественной адресации, т,е. каждой последующей выборке из памяти предшествует увеличение содержимого счетчика 8 адреса на единицу, Это позволяет не хранить в памяти 5 микрокоманд ацрес«ые части всех микрокоманд, а следовательно, уменьшить его объем.

Переходы по логическим условиям (ветвления) осуществляются следующим образом.

По микрокоманде ветвления задается опрос состояния сумматора 52 (фиг.5) через регистры 30 и 31 (фиг.4) после соответствующего контроля и восстановления (в случае отказа устройства управления). Одновременно происходит запись адреса микракоманды по переходу ветвления с выхода поля адреса . микрокоманды блока 5 в регистр 6, синхронизированная сигналом с выхода признака ветвления блока 5 через одновибратор 23 (фиг.3). При выполнении условия перехода единичный сигнал с выхода схемы 54 сравнения (фиг,5) поступает на вход одновибратора 22 блока 1 местного управления (фиг.3). Одновибратор 22 формирует импульс, который через элемент ИЛИ 18 разрешает запись информации из регистра 6 через блок элементов ИЛИ 17 и мультиплексор 12 в счетчик 8. Импульс с одновибратора 22, задержанный на элементе

27 задержки на время перезаписи информации из регистра 6 в счетчик 8, обнуляет регистр 6. На счетчике 8 будет установлен адрес микрокоманды, которая будет выполнена по условию ветвления.

Контроль правильности временной диаграммы блока 1 местного управления и восстановление работоспособности всего устройства в случае сбоя или отказа происходят следующим образом.

По соответствующим адресам в памяти 29 микрокоманд (фиг.4) хранится информация, состоящая из двух частей: истинного двоичного кода текущей смены информации и истинного кода временного интервала (числа блокируемых тактов) от предыдущей смены информации до текущей.

По импульсу с выхода элемента И

15 одновременно из памяти 5 и 29 микрокоманд будет считана соответствующая информация. По этому же импульсу, задержанному на элементе 28 задержки (фиг.3) на время считывания информации с блока 5, будет синхронизирована запись кода микрооперации в регистр

30. Определенное количество импульсов с элемента И 16, поступающих на

1280627 счетный вход счетчика 32, задает код блокируемых импульсов (код временного интервала от предыдущей смены информации до текущей). Этот код при задании каждой микрооперации подается на сумматор 36 по модулю два, на вход которого поступает истинный код соответствующего временного интервала с выхода запоминающего блока 29. Считанный код микрооперации поступает с 10 выхода регистра 30 на вход сумматора

35 по модулю два, на,цругой вход которого подается истинный двоичный код смены информации (микрооперации) с выхода запоминающего блока 29. При возникновении простой или временной ошибки на соответствующем сумматоре

35 или 36 по молгулю два появляется единичный сигнал и на выходе элемента

ИЛИ 41 возникает единичный сигнал 20 о1пибки функционитлования блока местного управления (некорректность временной диаграммы). По ипульсу синхронизации записи в регистр 30, задержанному на элементе 45 задержки на время за2S писк информации в этот регистр, на выходе элемента И 38 будет сформиро1 ван импут1ьс сбоя блока местного управления, который увелллчивает со-. держимое счетчика 33 (фиг.4) отказа на единицу. Импульс сбоя блока 1 местного упрагления, поступая на управляющий вход мультиплексора 12 и через элемe "I ИЛИ 1 8 IIG oHI12tpoBxoJJ, с«етчика

8 (фиг. 3), производит перезапись ад- 35 реса, на котором произошел сбой работы, цз регистра 7 на информационньй вход счетчика 8. Одновременно с этим блокируется прохождение импульсов с генератора 11 через элемент И 15. Им- 40 пульс си!1хлро1лиз а!ши записи информа ц1ли в регистр 30, задержанный на элементе

46 заде12жк11 на вре11я формирования сигнала сбоя на ..ыходе элемента И. 38,. обнуляет счетчик 32, подготавливая его к новому такту контроля. По очередному тактовому импульсу с генератора 11 вновь будет считана информация из запоминающих блоков 5 и 29 по прежнему адресу, на ко-ором произошел сбой в работе блока 1 местного управления.

В случае очередного сбоя процесс контроля и функционирования будет происходить аналогично описанному до тех пор, пока счетчик 33 не достигнет определенного состояния, соответствующего отказу блока местного управления на данном адресе. При достижении этого состояния одновибратор 44 сформирует импульс отказа, который через элемент 48 задержки перебросит триггер 34 отказа в единичное состояние и обнулит счетчик 33 (фиг.4).

Единичный сигнал с выхода триггера

34 отказа, поступая на управляющий вхоц мультиплексора 13 (фиг.3), разрешит его работу по выходу, на которьй будет подан код инверсного адреса, на котором произошел отказ.. По очередному импульсу с элемента И 15 из памяти 5 микрокоманд будет считана информация по модифицированному адресу, а из памяти 29 микрокоманд — эта лонная информация по немодифицирован ному прежнему адресу, HB KQTopoN Itpoизошел отказ. Контроль повторится аналогично,описанному. Если вновь произойдет сбой при модифицированно адресе и если их число достигнет состояния отказа, то одновибратор 44 сформирует импульс (обнул11щий1 счетчик 33), которьй, проходя через открытый единичным сигналом с триггера

34 отказа элемент И 40 и элемент ИЛИ

21, обнулит триггер 10, запрещая работу генератору 11, регистр 30 и регистр 31, прекращая выдачу кода микрооперации в блок анализа логических условий, и остановит раооту всего устройства. Этот же импульс с выхода элемента И 40 через время элемента

47 задержки обнулит трл ггер 3 отказа и микропрограммное устройство управления с контролем — рскратил свою работу.

3 случае отсутствия сбоя или отказа (или восс Bttoâëpttttÿ работоспособности в процессе сбоя нли отказа) нулевой сигнал на вь1ходе элемента ИЛИ

41 (фиг.4) разрешит прохожденHe тактового импульса через элемент И 37

11а синхровход регистра 31, в который зап11шется корректньй код микрооперации, Одновременно с этим произойдет обнуление счетчика 33 и триггера 34, отказа и функционирование микропрограммного устройства управления с контролем продолжится аналогично описанном5

После выполнения микропрограммы единичный сигнал, сформированньй на выходе памяти 5 микрокоманд, через элемент ИЛИ 21 обнулит триггер !0 запуска, завершив работу микропрограм7 1280627 много устройства управления с контро- к лем. в

При поступлении очередного кода с операции (адреса микропрограммы) на м вход 4 микропрограммное устройство е управления с контролем функционирует м аналогично описанному. д

Формула изобретения!

О

1. Иикропрограммное устройство управления с контролем, содержащее блок анализа логических условий, блок местного управления, содержащий триггер запуска, первый элемент И, первый элемент ИЛИ, элемент НЕ, первый, второй элементы задержки, генератор тактовых импульсов, счетчик адреса микрокоманд и память микрокоманд, блок контроля, содержащий первый, второй регистры микрокоманд, первый элемент ИЛИ и первый элемент

И, причем информационный вход первого регистра микрокоманд соединен с выходом адресного поля памяти микрокоманд, выход второго регистра микрокоманд соединен с информационным входом блока анализа логических условий, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности функ-ЗО ционирования, за счет восстановления работы микропрограммного устройства управления при сбое или отказе, блок контроля дополнительно содержит первый и второй сумматоры по модулю два, счетчик числа блокировочных импульсов, счетчик числа сбоев, первый второй, третий и четвертый элементы задержки, второй и третий элемента

ИЛИ, второй и третий элементы И, 40 триггер отказа, память контрольных микрокоманд и, одновибратор, блок местного управления дополнительно содержит первый и второй регистры адреса микрокоманд, первый и второй муль-45 типлексоры, счетчик длительности, первый, второй и третий одновибраторы, коммутатор, блок элементов ИЛИ, блок элементов НЕ, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ и второй эле- 5О мент И, выход первого одновибратора блока местного управления соединен с первым входом третьего элемента

ИЛИ блока местного управления и с входом установки в единицу триггера запуска, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом второго элемента И блоа местного управления и с первым ходом первого элемента И блока метного управления, выход второго элеента И блока местного управления содинен с синхровходом памяти микрокоанд, с входом второго элемента заержки блока местного управления, с синхровходом второго регистра адреса микрокоманд, выход второго элемента задержки блока местного управления соединен с счетным входом счетчика адреса микрокоманд, выход второго одновибратора блока местного управления соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ блока местного управления и с входом первого элемента задержки блока местного управления, выход которого соединен с входом обнуления первого регистра адреса микрокоманд, выход третьего элемента ИЛИ блока местного управления соединен с входом разрешения записи счетчика адреса микрокоманд, выход третьего одновибратора блока местного управления соединен с синхровходом первого регистра адреса микрокоманд, выход элемента НЕ соединен с вторым входом второго элемента И блока местного управления, выход второго элемента

ИЛИ блока местного управления соединен с входом элемента НЕ и с вторым входом первого элемента И блока местного управления, выход которого соединен с вычитающим входом счетчика длительности, выход которого соединен с входом второго элемента ИЛИ блока местного управления, выход первого элемента ИЛИ блока местного управления соединен с входом установки в ноль триггера запуска, выход первого мультиплексора блока местного управления соединен с информационным входом счетчика адреса микрокоманд, выход которого соединен с информационным входом второго регистра адреса микрокоманд и с первым информационным входом второго мультиплексора блока местного управления, выход которого соединен с адресным входом памяти микрокоманд, выход второго регистра адреса микрокоманд соединен с первым информационным входом первого мультиплексора блока местного управления, выход счетчика адреса микрокоманд соединен с входом блока элементов НЕ, выход блока элементов HE соединен с вторым информационным входом второго мультиплексора блока местного управления, вход кода коман 1280627 ды устройства соединен с входом четвертого элемента ИЛИ блока местного управления и с информационным входом коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом первого одно- 5 вибратора блока местного управления, выход коммутатора соединен с первым входом. блока элементов ИЛИ, второй вход блока элементов ИЛИ соединен с выходом первого регистра адреса мик- Я рокоманд, выход блока элементов ИЛИ соединен с вторым информационным входом первого мультиплексора блока местного управления, выход четвертого элемента ИЛИ блока местного управле- 15 ния соединен с входом первого одновибратора блока местного управления, выход поля адреса микрокоманд памяти микрокоманд соединен с информационным входом первого регистра адреса микро-20 команд, выход поля кода временного интервала памяти микрокоманд соединен с информационным входом счетчика длительности, выход признака ветвления памяти микрокоманд соединен с входом 25 третьего одновибратора блока местного управления, выход признака конца микропрограммы памяти микрокоманд соединен с первым входом первого элемента

ИЛИ блока местного управления, выход 30 второго одновибратора блока местного управления соединен с выходом схемы сравнения, выход первого регистра микрокоманд соединен с информационным входом второго регистра микрокоманд и с первым информационным входом первого сумматора по модулю два, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ блока контроля, выход которого соединен с первым вхо- 40 дом первого элемента И блока контроля и с инверсным входом второго элемента

И блока контроля, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ блока контроля, с первым 45 входом второго элемента ИЛИ блока контроля и с синхровходом второго регистра микрокоманд, выход третьего элемента ИЛИ блока контроля соединен с входом установки в ноль триггера 5р отказа, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И блока контроля, выход которого соединен с входами обнуления первого и

13TopoI o репHcTpoB MHKpoKoMBHp, H c 55 входом третьего элемента задержки блока контроля, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента

ИЛИ блока контроля, выход первого разряда поля логических условий памяти микрокоманд соединен с входом обнуления блока анализа логических условий, выход второго разряда числа логических условий памяти микрокоманд соединен с синхровходом блока анализа логических условий, выходы остальных разрядов поля логических условий памяти микрокоманд соединены с группой управляющих входов блока анализа логических условий, выход первого элемента задержки блока контроля соединен с прямым входом второго элемента И блока контроля и с вторым входом первого элемента И блока контроля, выход которого соединен со счетным входом счетчика числа сбоев, первая группа выходов которого соединена с группои прямых входов четвертого элемента И блока контроля, а вторая группа выходов соединена с группой инверсных входов четвер ого элемента

И блока контроля, выход которого соединен с входом одновибратора блока контроля, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И блока контроля, с входом четвертого элемента задержки и с вторым входом второго элемента ИЛИ блока контроля, выход которого соединен с входом установки в ноль счетчика числа сбоев, выход второго элемента задержки блока контроля соединен с входом установки в ноль счетчика числа блокировочных импульсов, выход которого соединен с первым информационным входом второго сумматора по модулю два, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ блока контроля, выход управляющего поля памяти контрольных микрокоманд соединен с вторым информационным входом первого сумматора по модулю два, выход поля временного кода памяти контрольных микрокоманд соединен с вторым информационным входом второго сумматора по модулю два, выход четвертого элемента задержки блока контроля соединен с входом установки в единицу триггера отказа, выход первого элемента И блока контроля соединен с управляющим входом первого мультиплексора блока местного управления, с третьим входом третьего элемента ИЛИ блока местного управления, с инверсным входом второго элемента И блока местного управления, выход которого соединен с синхровходом памяти контрольных микрокоманд, выход третьего

1280627

12 элемента И блока контроля соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ блока местного управления, выход триггера отказа соединен с управляющим входом второго мультиплексора блока местного управления, информационный вход первого регистра микропрограмм микрокоманд соединен с выходом управляющего поля памяти микрокоманд блока местного управления, ад- f0 ресный вход памяти контрольных микрокоманд соединен с выходом счетчика адреса микрокоманд блока местного управления, счетный вход счетчика числа блокировочных импульсов соеди- 15 нен с выходом первого элемента И блока местного управления, синхровход первого регистра микрокоманд соединен с входом второго элемента задержки блока контроля и с входом первого 20 элемента задержки блока контроля, вход которого соединен с выходом второго элемента задержки блока местного управления, выход второго элемента И блока контроля соединен с входом обнуления второго регистра адреса микрокоманд.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок анализа логических условий содержит схему З0 сравнения, регистр поля логических условий, демультиплексор, группу из

m регистров, группу из m мультиплексоров (m=2", где К вЂ” разрядность полялогических условий памяти микрокоманд), сумматор, причем информационный вход блока соединен с информационным входом регистра поля логических условий, выход которого соединен с первым информационным входом схемы сравнения, второй информационный вход которой соединен с информационным выходом сумматора, вход обнуления блока анализа логических условий соединен с входом обнуления i-ro (i=i,m) регистра группы, синхровход блока анализа логических условий соединен с с синхровходом i-ro (i=1,m) регистра группы, группа управляющих входов блока анализа логических условий соединена с управляющими входами демультиплексора, сумматора, t-ro (3=1,m) мультиплексора, выход которого соединен с 1-м информационным входом сумматора, информационный выход которого соединен с информационным входом демультиплексора, i-й выход которого соединен с инфорМационным входом i-го (i=1,m) регистра группы, выход которого соединен с i-м информационным входом f.-го мультиплексора группы (1=

=1, а) .

1280627

ГУ

iвом

1280б27