Микропрограммное устройство управления

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в ЭВМ и вычислительных системах, а также в АСУ с микропрограммным управлением. Цель изобретения - увеличение быстродействия и распшрение области применения путем обеспечения возможности выполнения ветвлений различных типов по частотным логическим условиям. Микропрограммное устройство управления содержит ПЗУ 1, регистры адреса 2, микрооперапий 3, частотных кодов 4,. мультиплексор 5, таймер 6, коммутатор 7, триггер 8, элементы ИПИ 9 и 10, элементы И 11-14, триггер 15 пуска , генератор 16 импульсов. 4 ил... фигЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

7 А1 (19) (11) (51)4 G 06 F 9/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 а)

1 с

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4013865/24-24 (22) 21.01.86 (46) 15.05.87. Бюл. ¹ 18 (72) В.С.Харченко, Г.Н.Тимонькин, В.П.Улитенко, С.Н.Ткаченко, П.Е.Марков и Б,О.Сперанский (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 955061, кл, G 06 F 9/22, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 964641, кл. G 06 F 9/22, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 970367, кл. G 06 F 9/22, )981.

Авторское свидетельство СССР № ))40121, кл. G 06 F 9/22, 1983. (54) МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в 3ВМ и вычислительных системах, а также в АСУ с микропрограммным управлением. Пель изобретения — увеличение быстродействия и расширение области применения путе обеспечения возможности выполнения ветвлений различных типов по

"частотным логическим условиям. Микропрограммное устройство управления содержит ПЗУ 1, регистры адреса 2, микроопераций 3, частотных кодов 4,, мультиплексор 5, таймер 6, коммутатор 7, триггер 8, элементы ИЛИ 9 и

10, элементы И 11-14, триггер 15 пуска, генератор 16 импульсов. 4 ил..

1 131081

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в ЗВМ и вычислительных системах, а также в АСУ технологическими процессами с микропрограммным управлением.

Цель изобретения — увеличение быстродействия устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема микропрограммного устрой- 10 ства управления; на фиг. 2 — функционапьная схема таймера; на фиг. 3— фрагменты микропрограммы, реализуемые предлагаемым устройством; на фиг. 4 — временная диаграмма работы 15 устройства, Устройство (фиг. 1) содержит блок памяти микропрограмм (ПЗУ) 1 с полями микроопераций 1, признака конца команды и разрешения условного пере- 20 ходана новую частоту (метка 111) 1, признака безусловного перехода на новую частоту (метка M2) 1> логических условий 1, младшего разряда ад— реса 1, немодифицируемых разрядов 25 адреса 1, регистр 2 адреса, регистр

3 микроонераций, регистр 4 частот— ных кодов, мультиплексор 5, таймер б, коммутатор 7, триггер 8, первый элемент ИЛИ 9, второй элемент ИЛИ 10, 30 первый элемент И 11, второй элемент

И 12, третий элемент И 13,.четвертый элемент И 14, триггер 15 пуска, генератор 16 тактовых импульсов, вход 17 пуска устройства, выход 18 конца команды регистра 3 микроопераций, вход

19 логических условий устройства, вход 20 кода команды устройства, вы— ход 21 немодифицируемого старшего (первого) разряда адреса ПЗУ 1. 40

Таймер 6 (фиг, 2) содержит счет чик 22, схему 23 сравнения.

На фиг. 3 символом f.; обозначена частота, на которой работает устрой— ство, при выполнении соответствующих 45 команд (микрокоманд) ° Обозначения, введенные на фиг. 4, соответствуют обозначениям, введенным на фиг. 1.

Работа устройства начинается после поступления на вход 17 сигнала

"Пуск". По нему устанавливается в единичное состояние триггер 15 пуска.

Так как регистр 4 частотных кодов находится в нулевом состоянии, то с его выхода на второй информационный вход схемы 23 сравнения поступает нулевой код, которому соответствует максимальная частота работы устройства, равная частоте работы генератора !6

7 2 тактовых импульсов. Счетчик 22 также в нулевом состоянии, поэтому на обо-, их информационных входах схемы 23 сравнения присутствуют одинаковые нулевые коды. По первому импульсу с первого выхода 16 генератора 16 тактовых импульсов, поступающему на тактовый вход блока 6 и, следовательно, на управляющий вход схемы 23 сравнения, последняя формирует первый тактовый импульс, . По заднему фронту этого же импульса с первого выхода

16 генератора 16 тактовых импуль( сов сформированный блоком 6 тактовый импульс ь : переводит в единичное состояние трйггер 8. По заднему фронту в регистр 2 адреса заносится код

1 команды с выхода коммутатора 7, определяющий адрес первой микрокоманды. Импульс с второго выхода 16 генератора 16 TBKTOBbIZ импульсов поступает на второй вход первого элемента И 11, на первом входе которого присутствует единичный сигнал с выхода триггера 8. Таким образом, на выходе первого элемента И 11 появляется первый тактовый импульс 6, по заднему фронту которого в регистр 3 микроопераций записывается с выхода

1, ПЗУ 1 код микроопераций, а в регистр 4 частотных кодов с выхода поля 11 логических условий ПЗУ 1 записывается частотный код (при условии, что на управляющем входе этого регистра 4 присутствует единичный

1 сигнал, разрешающий смену частотного кода . Кроме того, тактовый импульс поступая на вход установки в

"0" блока 6, обнуляет счетчик 22 и, следовательно, обеспечивает его исходное нулевое состояние в следующем такте работы устройства. Анало гично обеспечивается синхронизация работы устройства. Дальнейшую его работу рассмотрим на конкретном примере ° Запрограммируем Г!ЗУ 1 так, чтобы можно было реализовать все фрагменты, изображенные на фиг ° 3.

В таблице показан вариант программирования ПЗУ в виде двух команд, одна из которых является последнЕй в программе. Последовательность перехода от одной микрокоманды к другой определяется по номеру тактового импульса 3, в первом столбце таблицы.

Содержимое адресного поля данной таблицы также соответствует рассмотренному примеру функционирования устройства. Последовательности тактовых

131081 7 импульсов с" в предложенной таблице

1 соответствует временная диаграмма (фиг. 4) работы устройства. л1

По первому тактовому импульсу о„ в регистр 2 адреса с входа 20 кода команды устройства через коммутатор

7 записывается адрес нулевой ячейки

ПЗУ 1. В данном примере ей соответствует линейная микрокоманда без изменения частоты работы устройства 10 (фиг. За) . В этом случае поля 1, l, 1 соответственно меток М1, М2 и логических условий ПЗУ 1 свободны.

Так как переход на следующем такте работы устройства осуществляется на 15 нечетную ячейку ПЗУ 1, то в поле 1 младшего разряда адреса записана

"1". Если переход в линейной микрокоманде нужно осуществить на четную ячейку ПЗУ 1, то в поле 1 младшего 20 разряда адреса ПЗУ 1 записывается "0".

В обоих случаях в поле 1 логических условий записывается нулевой код, по которому мультиплексор 5 обращается к своему незадействованному нуле- 25 вому информационному входу. Поэтому на его выходе будет нулевой сигнал.

Сигнали с выхода мультиплексора 5 и поля 1 младшего разряда адреса поступают на информационные входы пер- 30 вого элемента ИЛИ 9, При линейной микрокоманде значение младшего разряда адреса ПЗУ 1 определяется сигналом с выхода 1 поля младшего разряда адреса ПЗУ 1 На первом и втором 35 входах второго элемента ИЛИ 10 присутствуют нулевые сигналы соответственно с выхода поля l метки И2 ПЗУ

1 и выхода третьего элемента И 13, на прямом входе которого присутствует40 нулевой сигнал с выхода мультиплексора 5. Следовательно, с выхода второго элемента ИЛИ 10 на управляющий. вход регистра 4 частотных кодов поступает нулевой сигнал, который запрещает запись кода из поля 1+ логических условий ПЗУ 1 в регистр 4 частотных кодов. Этим обеспечивается прежняя частота работы устройства на. следующем такте. Так как ьа первом входе второго элемента И 12 присутствует нулевой сигнал с выхода поля

1 метки М! ЗПУ 1, то сигнал конца команды на выходе второго элемента

И 12 не формируется. По заднему АроН 55 ту первого тактового импульса с формируемого по укаэанному алгоритму работы блоком 6, триггером 8 и элементом И 11 с выхода первого элемен4 та И 11, в регистр 3 микроопераций заносится код микроопераций, который затем поступает на вход микроопераций устройства.

По второму тактовому импульсу ь с выхода блока 6 анализа частотных кодов в регистр 2 адреса записиваеT ся адрес первой ячейки ПЗУ 1, который соответствует микрокоманда ветвлеиия и одновременно уменьшение частоты подачи тактовых импульсов в устройство в 2 раза. (Общий вид алгоритма соответствующего фрагмента команды показан на фиг. 3 ). Следовательно, в поле логических условий ПЗУ 1 за4 писан код, на единицу меньший двойки, т.е ° записана единица. Этому частотному коду строго соответствует проверяемое в данной микрокоманде логическое условие. С входа 19 устройства его значение (в данном примере это нулевое значение) пропускает на свой выход мультиплексор 5 при поступлении на его управляющий вход кодовой комбинации с выхода поля 1 логических условий ПЗУ 1. В микрокомандах ветвления в поле 1 младшего разряда адреса ПЗУ 1 записан "0", который, поступая на второй вход первого элемента ИЛИ 9, не оказывает влияния на

era выходной сигнал, определяющий значение младшего разряда адреса ПЗУ 1 который в свою очередь определяется сигналом с выхода мультиплексора 5.

В поле 1> микрокоманд с безусловным (т.е. обязательным) переходом на другую рабочую частоту устройства записывается "1", которая поступает с выхода поля 1 ПЗУ через второй элемент ИЛИ 10 на управляющий вход регистра 4 частотных кодов. Таким образом, разрешается запись нового частотного кода в регистр 4 частотных кодов и устройство обязательно долж- . но изменить частоту своей работы.

Новый частотный код записывается в регистр 4 по заднему фронту тактового импульса, поступающему с выхода первого элемента И 11 на вход синхронизации регистра 4 частотных кодов. Затем новый частотный код поступает с выхода регистра 4 на второй информационный вход схемы 23 сравнения. В соответствии с этим кодом блок 6 согласно укаэанному алгоритму его работы, формирует на своем выходе тактовые импульсы с интервалом времени, равным в данном случае 2 тактам работы ге5 13108

1 6 так тов ых импуль нератора сов.

По тактовому импульсу з в регистр

2 адреса записывается адрес 2-й микрокоманды, которая является микрокомандой ветвления при прежней частоте работы устройства (алгоритм, соответствующий тактому фрагменту команды, представлен на фиг. 3 g), Реалиэация такой микрокоманды осуще- 10 ствляется подобно реализации предыдущей микрокоманды ветвления с безусловным переходом на другую рабочую частоту. Отличие лишь в том, что в поле 1 метки Мl ПЗУ 1у если часто- 15 ту работы нужно оставить прежней,записывается "1", которая поступает на инверсный вход третьего элемента И 13 и тем самым блокирует прохождение через него и затем второй элемент 20

ИЛИ 10 на управляющий вход регистра

4 частотных кодов сигнала с выхода мультиплексора 5. Таким образом, записи нового частотного кода иэ поля

14 логических условий ПЗУ 1 не про- 25 исходит и частота работы устройства остается прежней. В рассматриваемом примере сигнал с выхода мультиплексора 5 в 3-м такте работы устройства единичный, следовательно, по импульсу 30

4 ь„в регистр 2 адреса записывается адрес пятой ячейки ПЗУ 1, который в нашем случае соответствует линейная микрокоманда с безусловным переходом на другую частоту работы устройства (общий вид соответствующего фрагмента алгоритма на фиг. 3 f). Отличие в реализации такой микрокоманды от обычной линейной микрокоманды (без изменения частоты работы устройства) в следующем. В поле 1 логических условий ПЗУ записывается нужный частотный код, который поступает на информационный вход регистра 4 частотных кодов. В поле 1 ПЗУ 1 записана

"1", которая, поступая через второй элемент ИЛИ 10 на управляющий вход регистра 4 частотных кодов, разрешает в него запись нового кода и обязательную смену, таким образом, частоты работы устройства. Заметим,что частотный код с выхода поля 11 логи— ческих условий ПЗУ 1 поступает также на управляющий вход мультиплексора 5 и этому частотному коду соответствует 55 определенное логическое условие на вход 19 устройства. Поэтому на выходе мультиплексора 5 появляется значение этого условия, которое может быть единичным. Такой единичный сигнал показан на временной диаграмме (фиг. 4) пунктиром. Из-эа неопределенности сигнала с выхоца мультиплексора 5 становится неопределенным значение сигнала младшего разряда адреса на выходе первого элемента ИЛИ 9.

Для его определенности в поле 1 младшего разряда адреса ПЗУ 1 рассматриваемого типа микрокоманды должна быть записана "1", т.е. переход от такой линейной микрокоманды может осуществляться только в нечетные ячейки ПЗУ l (младший разряд адреса у них единичный). Ввиду всегда ограниченного количества линейных микрокоманд с переходом (как условным, так и безусловным) на другую частоту работы указанное условие легко выполнимо ° По тактовому импульсу ь в ре-! гистр 2 адреса записывается адрес третьей ячейки ПЗУ 1, в которой записана микрокоманда беэ изменения частоты работы устройства, являющаяся последней в команде. В поле 1 метки

М! и 1 младшего разряда адреса ПЗУ

1 записаны "1" (одновременная запись в эти поля единичных сигналов возможна только в последних микрокомандах команд). Второи элемент И 12 в результате конъюнкции этих сигналов формирует сигнал конца команды, поступающий на вход конца команды информационного входа регистра 3 микрооперации и второи вход четвертого элемента

И 14. Так как поле llб адреса ПЗУ 1 в последней микрокоманде команды свободно, то с выхода 21 старшего раэряда адреса ПЗУ 1 на третий вход четвертого элемента И 14 поступает нулевой сигнал. Вследствие этого сигнал конца работы устройства на выходечетвертого элемента И 14 не формируется. По заднему фронту тактового импульса в регистр 3 микроопераций ,. 5 заносится код последней микрооперации команды и единичный сигнал конца команды. Далее с выхода 18 конца команды регистра 3 микроопераций единичный сигнал поступает на управляющий вход коммутатора 7, который при этом пропускает на свой выход с входа 20 устройства код следующей команды. При необходимости перехода к выполнению новой команды с изменением частоты работы устройства поступают следующим образом. В поле 1 логических условий ПЗУ 1 записывается нужный частотный код, а в поле 1> мет!

3!О8!7 8 микрокоманды осуществляется подобно реализации простой микрокоманды ветвления (т.е. без перехода на другую частоту работы). Отличие в следующем

В ее поле 1 метки Ml ПЗУ 1 "1" не записывается. Благодаря этому с выр хода поля ПЗУ на инверсный вход третьего элемента И 13 поступает нулевой сигнал ° Если значение проверя!

О емого логического условия единичное, то с выхода мультиплексора 5 й- на прямой вход третьего элемента И

13 поступит единичный сигнал, следоватедьно, с выхода третьего элемента †!5 И 13 через второй элемент ИЛИ 10 на

) управляющий вход регистра 4 адреса поступит сигнал, разрешающий запись нового частотного кода. В данном примере значение проверяемого логичес20 кого условия на 7-м такте работы устройства нулевое. Поэтому записи в регистр 4 частотных кодов не происходит и частота подачи тактовых импульсов в устройство не изменяется. э

25 По тактовому импульсу, в регистр

2 адреса заносится адрес 15-й ячейки

ПЗУ 1, которой соответствует последняя микрокоманда последней команды.

В полях 1, 1 ПЗУ 1 такой микрокоЗр манды записываются единичные сигналы.

Кроме того, "1" записывается в старший разряд адреса поля 16 ПЗУ 1, которому соответствует выход 21 этого поля ПЗУ l. .Второй элемент И 12 в результате конъюнкции единичных сигналов с выходов полей 1, и 1 ПЗУ 1 формирует сигнал конца команды, поступающий на второй вход четвертого элемента И 14, На его третий вход no,pg ступает единичный сигнал с выхода 21 старшего разряда адреса поля 16 ПЗУ

1. По заднему фронту тактового им;6 пульса с выхода первого элемента г

И 11 в регистр 3 микроопераций из

45 поля 1< микроопераций ПЗУ l заносит к ся код последней микрооперации последней команды. Зтот же тактовый импульс поступает на первый вход четвертого элемента И 14. При этом на его выходе формируется сигнап конца работы, который поступает затем на вход установки в "О" триггера 15 пуска, обнуляет его и останавливает работу reр нератора 16 тактовых образов, а значит и работу всего устройства.

Формула ки М 2 ПЗУ 1 записывается "1", кото рая, поступая через второй элемент

ИЛИ 12 на управляющий вход регистра 4 частотных кодов, разрешает тем самым запись в него нового частотного кода.

По тактовому импульсу в регист

2 адреса с выхода коммутатора 7 запи сывается адрес первой микрокоманды новой команды. В данном примере это последняя команда, первой микрокоманде которой соответствует 12-я яче ка ПЗУ 1. Это линейная микрокоманда и условный переход (т.е ° зависящий от значения одного из условий на вхо де 19 логических условий устройства на другую частоту работы устройства (общий вид соответствующего фрагмента показан на фиг. 3е).Реализация такой микрокоманды осуществляется подобно реализации линейной микрокоманды с безусловным переходом на дру гую частоту работы устройства. Отличие состоит в том, что поле lэ метки

М2 ПЗУ 1 для реализации данной иикрокоманды должно быть свободно. Тогда по коду логических условий (одновременно являющемуся новым частотнь". кодом) мультиплексор 5 пропускает на свой выход значение проверяемого частотного (логического) условия с вхо да 19 логических условий устройства

В примере значение этого условия единичное и сигнал об этом с выхода мультиплексора 5 поступает на прямои вход третьего элемента И 13, на инверсный вход которого поступает нулевой сигнал с выхода поля 1< метки

Мl ПЗУ 1. На выходе третьего элемента И 13 формируется единичный сигнал который поступает через второй элемент ИЛИ 10 на управляющий вход регистра 4 частотных кодов, разрешая тем самым запись в него. нового частотного кода. Переход от данной ячейки ПЗУ 1, по тем же причинам, ка и при реализации линейной микрокоман ды с бузусловным переходом на другую частоту работы устройства, может осу ществляться только в нечетную ячейку

ПЗУ 1, т.е. в поле 1 младшего разря да адреса ПЗУ 1 таких микрокоманд должна быть записана "1". т

По тактовому импульсу с в регист

2 адреса записывается адрес 13-й ячей ки ПЗУ 1, которой соответствует микрокоманда ветвления с условным переходом на другую частоту работы устройства фиг. 3 ) . Реализация такой из обре тения!

Микропрограммное устройство управления, содержащее блок памяти микро!

310817

1О программ, регистр адреса, регистр микроопераций, мультиплексор, коммутатор, триггер пуска, генератор тактовых импульсов, первый элемент ИЛИ, триггер, причем вход пуска устройства 5 соединен с входом установки в "1" триггера пуска, выход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов, выход признака конца команды регистра микроопераций и вход ко- f0 да команды устройства соединены соответственно с управляющим и первым информационным входами коммутатора, выход которого соединен с информационным входом регистра адреса, выход f5 которого соединен с адресным входом блока памяти микропрограмм, выход поля микроопераций блока памяти микропрограмм соединен с информационным входом регистра микроопераций, выход 20 .которого соединен с выходом микроопераций устройства, выход поля логических условий блока памяти микропрограмм соединен с управляющим входом мультиплексора, выход поля 25 младшего разряда адреса блока памяти микропрограмм соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, вход логических условий устройства соединен с информационным входом мультиплек- ЗО сора, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ,группа (i-1) выходов (i=2,3,...,) немодифицируемых разрядов адреса блока памяти микропрограмм соединена с второй группой (i-1) информационныхвходов коммутатора, -й информационный вход второй группы которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, о т л и,ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены таймер, регистр частотных кодов, второй эле- мент ИЛИ, с первого по четвертый элементы И, причем первый выход ге- 45 нератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом таймера и входом синхронизации триггера, выход которого соединен с первым входом первого элемента. И, второй выход гене-" ратора тактовых импульсов соединен с вторым входом первого элемента И, выходы признака конца команды и разрешения условного перехода на новую частоту блока памяти микропрограмм соединены соответственно с первым входом второго элемента И и с инверсным входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход поля мл разряда адреса блока памяти микропрограмм соединен с вторым входом второго элемента И, выход первого элемента И соединен с входом установки в "О" таймера, с первым входом четвертого элемента И и входом синхронизации регистра микроопераций и входом синхронизации регистра частотных кодов, выход второго элемента И соединен с информационным входом регистра микроопераций и с вторым входом четвертого элемента И, выход мультиплексора соединен с прямым входом третьего элемента И, выход признака безусловного перехода на новую частоту блока памяти микропрограмм соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом разрешения записи регистра частотных кодов, выход поля логических условий блока. памяти микрокоманд соединен с информационным входом регистра частотных кодов, выход которого соединен с входом уставки таймера, выход которого соединен с информацион". ным входом триггера и входом синхронизации регистра адреса, первый выход группы выходов немодифицируемых разрядов адреса блока памяти микропрограмм соединен с третьим входом четвертого элемента И, выход которого соединен с входом установки в " 0 " триггера пуска.

l2!

310817

Тип реализуемой команды

Поля блока 1

Ячейки

ПЗУ,М

1 О

1 О

0 0

0 О 0 0 0 О О 0 О 0

0 1 0 О О О 0 !

2 0 О 1 О 1 О 1 О

3 i О О О О О О 0 О

О 1 1 О 1 1 О 0 1

5 О 1 О О 1 1 0 0 1 с6 12 О .О 0 О 1 О 1

13 О О 1 О 1 О 1 1 1

14 0 0 О 0 0 О 1

Т, 15 1 О О О 0 О 1

1 Линейная команда (беэ изменения частоты работы) 0 Команда ветвления и безусловный переход на другую частоту

О Команда ветвления (без изменения частоты работы) 1 Последняя команда микропрограммы (без изменения частоты работы) 1 Линейная команда и б е э усло вный переход на другую частоту

1 Линейная команда и безусловный переход на другую частоту

Линейная команда и условный переход на другую частоту

О Команда ветвления и условный переход на другую ча-, стоту

1 Линейная, команда (без изменения частоты работы) 1 Последняя команда последней микропрограмма

131 081 7

)3)08! 7

1 31081 7

Составитель А. Михайлов

Редактор М,Дылын Техред Л.Олейник KpppeKqpp А Тяско

Заказ 1892/45

Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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