Устройство для распаковки команд

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для распаковки командной информации в процессоре быстродействующей ЭВМ. Цель изобретения - повышение быстродействия за счет одновременной обработки нескольких команд. Устройство для распаковки содержит буферные регистры 1-3 команд, регистр 4 номеров команд, блок 5 указателей начала выборки, блок 6 памяти, блок 7 мультиплексоров, элемент И 8, группу 9 элементов ИЛИ, D-триггер 0, группу 11 элементов И. 1 з.п. ф плы, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

n% (и) А1 дц4 G 06 F 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ

ГНИ ГННТ СССР

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4278785/24-24 (22) 06.07.87 (46) 07.03,89. Бюл. М 9 (72) И.В,Вырлан и В.М,Roping (53) 68 1.325 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 610109, кл. С 06 F 9/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

У 1251075, кл. G 06 F 9/00, 1986 °

Авторское свидетельство СССР

В 972507, кл ° G 06 F 9/00, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПАКОВКИ КОМАНД (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для распаковки командной информации в процессоре быстродействующей ЭВМ. Цель изобретения - ловышение быстродействия sa счет одновременной обработки нескольких команд.

Устройство для распаковки содержит буферные регистры 1-3 команд> регистр

4 номеров команд, блок 5 указателей начала выборки, блок 6 памяти, блок

7 мультиплексоров, элемент И 8, груп" пу 9 элементов ИПИ, Р-триггер f0, 11 элементов И. 1 з.п. ф шы, 1 табл.

1464 1 57

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для распаковки командной информации s процессоре быстродейству5 ющей ЭВМ, в частности в процессоре, допускающем параллельное исполнение нескольких последовательно расположенных команд.

Цель изобретения - повышение быст-10 родействия за счет одновременной распаковки нескольких команд.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для распаковки команд (все функциональные схемы блоков для разрядности информационной шины памяти, равной двойному слову, т.е. четырем полусловам); на фиг.2функциональная схема блока указателей начала выборки; на фиг.3 - Функ" 20 циональная схема блока мультиплексоров (для одного бита из каждого полуслова); на фиг.4 - функциональная схема группы элементов ИЛИ; на фиг,5 - функциональная схема группы элементов И.

Устройство для ра =паковки команд (фиг.1) содержит пер:вый 1, второй 2 и третий 3 буферные регистры команд, регистр 4 признаков команд, блок 5 указателей начала выборки, блок 6,па" мяти, блок 7 мультиплексоров, элемент И 8, группу 9 элементов ИЛИ, I

D-триггер 10„группу 11 элементов И, вход 12 старших разрядов кода команд устройства, вход 13 сброса устройст-ва, вход 14 номеров команд устройства (сигналы приема команд в обрабатывающие устройства процессора), вход

15 разрешения приема команд устройст"40 ва, вход 16 синхронизации устройства, вход 17 младших разрядов кода команд устройства, вход 18,режима распаковки устройства, выход 19 кода номера команды устройства, выход 20 распа- i ковки команд устройства, выход 21 блока 5, выходы ?2 и 23 блока 3, выходы 24-26 блока 2, выход 27 элементов И 8, выходы 28-30 блока 6 памяти, выход 31 блока 7, вьиод 32 блока 9, выход 33,блока 4, выход 34 блока 11 и выход 35 D-триггера 10, Блок 5 указателей начала выборки (фиг.2) содержит регистр 36, шифратор 37, реализованный на группе 38 элементов И, содержащей. с первого по

55 седьмой элементы И 39-45, и элементе

ИЛИ 46. Блок 7 мультиплексоров (фиг.3) содержит элементы И-ИЛИ 4752 и элементы И 53-55. Группа 9 элементов ИЛИ (фиг.4) содержит элементы

ИЛИ 56.1-56.4. Группа 11 элементов И (фиг,5, содержит элементы И 57.1»

57.4.

В описании работы устройства использованы следующие обозначения;

RR — формат команд длиной в одно полуслово; RX, RSs SI, S RRE - формат команд длиной в два полуслова; SS

SSE " формат команд длиной в три полуслова.

Команды в памяти должны располагаться на границе полуслова (или четного байта), поэтому при обращении в память за командами значение младшего (31-ro) разряда адреса команды всегда равно нулю, и в дальнейшем этот разряд не рассматривается. В начало новой ветви программы (после успешного перехода, смены состояния процессора, или первоначальной загрузки программы) 30, 29, ..., 30-й

logjam разряды адреса указывают номер полуслова, с которого начинается первая команда новой ветви программы.

Два старших разряда каждой команды (О- и и 1-й) определяют ее формат, Так, если в О-и и 1-M разрядах ко-. манды "îäåðæèòñÿ код ОО, то команда состоит иэ одного полуслова, при кодах 01 или 10 — из двух полуслов, при коде 11 — из трех полуслов.

При разрядности информационной шины памяти, равной и полусловам, на ней могут содержаться от п/3 дои команд, при этом в младшем полуслове или в младших двух полусловах (а в начале ветви программы — когда адрес указывает на эти полуслова) могут содержаться не полные команды, а только начало следующей команды, а продолжение данной команды поступает при новом чтении из памяти.

Распаковка команд организована таким образом, что из командной информации, принятой во второй буферный регистр 2 команд, в первый буферный регистр 1 команд всегда заносятся только все полные команды, независимо от их форматов, а младшие два полуслова заносятся в третий буферный .регистр 3 команд. Они будут участвовать в распаковке следующего блока информации, принятого из памяти (при наличии в предыдущем блоке неполной команды, т.е. остатка). Первый буферный регистр 1 команд содержит Зп-3 з 1464157 полуслов (где и — разрядность информационной шины памяти в полусловах), которые распределены по командам следующим образом: первые и - 2 команды содержат по три полуслова, п - 1-я

5 команда содержит два полуслова, а .п-я команда — одно полуслово. При этом независимо от формаТа команды на место первых п — 2 команд записываются по три, а на место п - 1-й команды — два последовательно расположенных полуслова ° Однако в обрабатывающих устройствах используется лишь число битов, определяемое кодом операции, который всегда записывается на место старшего байта старшего полуслова. .Второй буферный регистр 2 команд содержит и полуслов и соответствует разрядности информационной шины памяти. Третий буферный регистр

3 команд содержит два полуслова и соответствует максимально возможному остатку в предыдущей распаковке.

Блок 5 указателей начала выборки 25 вырабатывает признаки, указывающие с какого полуслова начинается командная информация в данном такте работы устройства, Если в предыдущем такте поступил признак начала ветви, тогда командная информация может начинаться с 1, 2,. °,и-ro полуслова из второго буферного регистра 2 команд в соответствии с значением младших разрядов адреса полуслова ° Если в предыдущем такте не поступил признак начала ветви, тогда командная информация может начинаться с первого или второго полуслова третьего буферного регистра 3 команд (регистра остатка) или с первого полуслова второго буферного регистра 2 команд в соответствии с выработанным в предыдущем такте в блоке 6 памяти кодом адреса.

Признаки, вырабатываемые блоком 5 указателей начала выборки, а также старшие два бита от каждого полуслова из третьего 3 и второго 2 буферных регистров команд (выходы 22 и 24) поступают в блок 6 памяти, представляющий собой программируемую логичес- зо кую матрицу и вырабатывающий три группы управляющих сигналов.

Группа управляющих сигналов,поступающая с выхода 29 в блок 7 мультиплексоров, указывает с какого полуслова начинается каждая команда и управляет занесением информационных полуслов из буферных регистров 2 и 3 команд в соответствующие командные полуслова буферного регистра 1 команд. Код адреса представляет собой признаки остатка и поступает с выхода

28 в блок 5 указателей начала выборки. Группа управляющих сигналов, поступающая с выхода 30, указывает на наличие 1,2...,, и-й команд в данном блоке командной информации и служит в качестве информационных входов для триггеров регистра 4 номеров команд при наличии высокого уровня на первом входе группы эле" ментов И (выход 35 D-триггера 10).

Работу устройства рассмотрим на примере выборки командной информации при обработке некоторой последовательности команд.

Предположим, что разрядность информационной южны памяти равняется четырем полусловам (64 бита), тогда первый буферный регистр 1 команд должен содержать девять полуслов (по три полуслова для первой и второй команд, два полуслова для третьей команды и одно полуслово для четвертой команды), регистр 4 номеров команд должен содержать четыре триггера, группа 9 элементов ИЛИ должна состоять из четырех элементов ИЛИ, группа 11 элементов И должна состоять иэ четырех элементов И, элемент

И 8 должен быть шестивходовым, а на вход 17 блока 5 должны поступить 30-й и 29-й разряды адреса. Пусть обрабатывается новая ветвь программы, содержащая команды форматов RR, RX, SS) RS RR ° SS ° RR RR ° RR ° ° ° ю причем 29-й и 30-й разряды находятся соответственно в состоянии "0" и

Расположение командной информации представлено в таблице.

Сразу после определения необходимости перехода на новую ветвь программы обрабатывающие устройства процессора вырабатывают сигнал

"Сброс", по которому D-триггер 10 наличия действительной информации в буферных регистрах 2 и 3 команд устанавливается в состояние "0", одновременно в регистре 4 сбрасываютмя все признаки наличия предварительно распакованных команд. Тем самым на элементе И 8 подготавливается формирование разрешающего импульса на выходе 27 для приема блока командной информации новой ветви программы в буферный регистр 2, а нулевое состоя5 146 ние выхода 35 Р-триггера 10 запрещает передачу в регистр 4 номеров распакованных команд через группу 11 элементов И, IIepdîå двойное спово командной информации новой ветви поступает на информационный вход буферного регистра 2 команд и сопровождается единичным состоянием входов 18 и 15, . a также кодом 01 на входах 17 и 17 (фиг.2).

По тактовому импульсу 16 на выходе элемента И 8 формируется разрешающий импульс, по которому псрвое двойное слово командной информации записывается в буферный регистр 2 команд, предыдущее значение двух младших полуслов с выхода 26 =-аписывается в буферный регистр 3 команд, D-триггер 10 устанавливается в состояние

"1" (фиг.1). В регистре 4 номеров команд информация остается беэ изменения (все триггеры в состоянии "0"), так как предыдущий нулевой уровень на выходе 35 D-.триггера 10 формирует нулевые уровни на информационных входах 34 всех триггеров регистра 4 (через группу 11 элементов И).

На выходах блоков 5, 3 и 2 формируются входные сигналы для блока 6 памяти, а на выходах блока 6 формируются активные линии в соответствии с таблицей кодирования. В соответствии с входными воздействиями на элементы И 39-45 и элемент ИЛИ 46 (фиг.2), на выходе 21.4 блока 5 указателей начала выборки сигнал становится активным, Это означает, что коды старших двух битов первого и второго полуслов из регистра 3, а также старших двух битов первого полуслова из регистра 2 игнорируются (командная информация начинается со второго полуслова . в регистре 2).

Первой команде формата RR и второй команде формата RX соответствуют коды 00 на выходах 24> .и 24,1 и коды 01 на выходах 24 . и 24 . Кя выходе блока 6 памяти будут активны выходы;

28, (остаток равен нулю), 29, 29 (вторая команда начинается с второго полуслова, третья команда - с третьего полуслова регистра 2) и 30, 30> (признаки наличия: второй и третьей команд) . Сигналы с выходов

29 и 29» поступают в блок 7 мульти"

С плексоров (фиг.3) . Сигнал с выхода

29< разрешает перецачу второго, треть

4157 его и четвертого полуслов регистра 2 (выходы 25, 26 и 26 ) соответственно на место первого, второго и третьего полуслов второй команды (выХоды

31, 31>., 31 блока 7 мультиплексоров), активный выход 29> разрешает передачу третьего и четвертого полуслов регистра 2 (линия ?6 и 26 ), соответственно ня место первого и второго полуслов третьей команды (выходы 31 и 31 блока 7 мультиплексора), 50

Па следующему тактовому импульсу, при наличии единичного уровня, ня входе 15 устройства, информация, подготовленная ня выходе 31 блока 7 мультиплексоров (первые две команды), записывается в буферный регистр 1 команд, номера команд, подготовленные ня выходе 30 блока 6 памяти,через группу 11 элементов И записываются в регистр 4 (так как передача разрешается единичным состоянием выхода 35 D-триггера 10, который установится в состояние "0" только после прихода. следующего сигнала "Сброс" и в дальнейшем будем считать„ что передача номеров команд через группу элементов И разрешается), второе двойное слово командной информации записывается в буферный регистр 2 команд, я значение младших двух полуслов первого двойного слова из буферного регистра 2 комянд запомина-, ется в буферном регистре 3 команд.

В соответствии с входными воздействиями на элементы И.39-45 и элемент

ИЛИ 46 (фиг.2) на сигнал выходе 21, 1 блока 5 становится активным (командная информация начинается с первого полуслова в регистре 2), Третьей комянде формата SS и ч твертой команде формата RS соответствуют коды 11 ня выходах 24, и 24 и 10 на выходах 24> и 24я . Ня выходе блока 6 будут активны выходы:28 (остяток равен одному полуслову), 29> (первая команда начинается с первого полуслова регистра 2), 30 (признак наличия первой команды,, Активный сигнал с выхода 29 поступа.ет в блок 7 мультиплексоров (фиг.3) и разрешает передачу первого, второго и третьего полуслов регистра 2 (выходы 25,, 25< и 25 на фнг.3), соответственно на место перйого, второго и третьего полуслов

1464157 первой командь((выходы 31, 31 и 31 (° з блока 7 мультиплексоров), Таким образом, в данный момент на выходе 20 устройства находятся первая (формата RH) и вторая (формата RX) команды на месте второй и третьей команд буферного регистра 1 соответственно, а на вььходе 19 устройства номера второй и третьей ко10 манд. В то же время на информационных входах буферного регистра 1 и регистра 4 номеров команд подготовлена информация для следующей команды

15 формата SS, После приема первой и второй команд обрабатывающими устройствами (в зависимости от конкретной реализации процессора это может произойти либо в одном, либо в двух разных тактах), сообщается признака20 ми приема на входах 14,2 и 14.3 номе" ров команд устройства, которые через элементы ИЛИ 56 и 56 (фиг.4) сбрасывают соответст Вующие тригг еры регистра 4 номеров команд, Инверсные выходы 33 триггеров регистра 4 подготавливают на элементе И 8 прием следующего двойного слова командной информации °

По аналогии с изложенным и при

30 выполнении соответствующих условий по следующему тактовому импульсу в буферный регистр 1 записывается третья распакованная команда формата

SS на место первой команды, в ре-. 35 гистр 4 — нокер первой команды, в регистр 2 — третье двойное слово командной информации, в регистр 3 третье и четвертое полуслова второго двойного слова командной информации, 40

Так как четвертая команда формата

RS занимает младшее полуслово второго двойного слова и старшее полуслово третьего двойного слова, она не участвовала в предыдущей распаковке и 45 в обрабатывающие блоки поступила лишь третья команда формата SS, В данный момент начало четвертой команды находится во втором полуслове буферного регистра 3. F- соответствии с входными воздействиями на элементы

И 39-45 и элемент ИЛИ 46 (фиг.2) сигнал на выходе 21.2 блока 5 становится активным (командная информация начинается с второго полуслова в регистре 3). Четвертой команде формата

RS пятой команде формата RR соответствуют коды 10 на выходах 22З и 22), коды 00 на линиях 24 и 24 и коды 11 на выходах 24K и 246 На выходе блока 6 будут активны выходы .

28 (остаток равен двум полусловам), 29„, 29 (первая команда начинается с второго полуслова регистра 3, вторая команда начинается с второго полуслова регистра 2), 30(> 30 (признаки наличия первой и второй команд) ° Активные сигналы выходов 29

t. и 29.(поступают в блок 7 мультиплексоров (фиг. 3) и разрешают передачу второго полуслова регистра 3 (линия

23„), первого и второго полуслова регистра 2 (линии 25(и 25<) соответственно на место первого, второго и третьего полуслов первой команды (выходы 31(, 31 и 31З блока 7 мультиплексоров).

После приема третьей команды формата SS обрабатывающими блоками процессора и при выполнении соответствующих условий по следующему тактовому импульсу в регистр 1 записываются четвертая команда формата RS на место первой команды и пятая команда формата RR на место второй команды, в регистр 4 — номера первой и второй команд, в регистр 2 — четвертое двойное слово командной информации, в регистр 3 — третье и четвертое полуслова третьего двойного слова командной информации. шестая команда формата SS занимает младшие два полуслова третьего двойного слова и старшее полуслово четвертого двойного слова, На это указывает код 001, записанный в регистр 36, и код 11 на линиях 22 и 22> ° На седьмую, восьмую и девятую команды форматов RR указывают коды

00 00 00 на линиях 243, 241> 24 -, 24 > 24у и 24 . Перечисленные коды, а также активный сигнал 21> > вырабоTBkIHblA блоком 5 в соответствии с записанной в регистре 36 информацией, поступают в блок 6 памяти. На выходе блока 6 будут активны выходы 28> (остаток равен нуль ) > 29, 29 > 29 >

29> (первая команда начинается с первого полуслова регистра 3, вторая команда — с второго полуслова регистра 2, третья — с третьего полуслова регистра 2 и четвертая - с четвертого полуслова регистра 2), 30(30 > 30з > 30 (признаки наличия первой> второй, третьей и четвертой команд). Активные сигналы с выходов

29(, 29>, 29т и 29» поступают в блок

9 146

7 мультиплексоров (фиг.3) и разрешают передачу первого и второго полуслов регистра 3 (выходы 32< и 23 ) и первого полуслова регистра 2 (выход 251) соответственно на место первого, второго и третьег о полуслов первой команды (выходы 31, 31, 31я), второго, третьего и четвертого полуслов регистра 2 (выходы 25у, 1 . °

25З и 25 ) соответственно на место первого, второго и третьего полуслов второй команды (выходы 31<, 31 - н

31 ); третьего и четвертого полуслов регистра 2 (выходы 25,, и 25 ) соответственно на место первого и второго полуслов третьей команды (выходы

31р и 31 ); четвертого полуслова регистра 2 на место первого (и единственного) полуслова четвертой команды

{выход 319) .

После приема четвертой и пятой команд в обрабатывающие блоки по следующему тактовому импульсу в буфер1 ный регистр 1 записываются шестая, седьмая, восьмая и девятая команды, в регистр 4 — номера первой, второй, третьей и четвертой команд, в регистр 2 — следующее двойное слово командной информации, в регистр 3 младшие два полуслова предыдущего двойного слова иэ регистра 2, Процесс продолжается до поступления следующего импульса "Сброс", указывающего на необходимость перехода на новую ветвь программы.

Формула изобретения

1. Устройство для распаковки ко-. манд, содержащее первый и второй буферные регистры команц,, блок памяти, блок мультиплексоров, регистр номеров команд и эле11ент И,, причем выход распакованных команд устройства соединен с выходом первого буферного регистра команд, информационный вход которого соединен с выходом блока мультиплексоров, первый и второй информационные входы которого соедине.ны соответственно с первым и вторым,: выходами второго буферного регистра команд, третий выход которого соединен с первым адресным входом блока памяти, первый выход кода микроопераций которого соединен с управляющим входом блока мультиплексоров, вход старших разрядов кода команд устрой" ства соединен с информационным вхоь дом второго буферногс регистра ко4157

10 манд, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродейст1 вия за счет одновременной распаковки нескольких команд, оно содержит тре5 тий буферный регистр команд, группу элементов И, группу элементов ИЛИ, D-триггер и блок указателей начала

i выборки„причем вход разрешения приема команд устройства соединен с информационным входом D-триггера и первым входом элемента И, второй вход которого является входом синхронизации устройства, выход элемента И

55 ь ходами кода номера команды устройства, инверсные выходы регистра номеров команд соединены c . .остальными входами элемента И. соединен с входами синхронизации п-триггера, первого, второго и третьего буферных регистров команд, блока указателей начала выборки и регистра .номеров команд, вход сброса устройства соединен с входом сброса Ф-триггера и с первыми входами элементов

ИЛИ группы, вторые входы которых соединены с соответствуюпдми разрядами входа номеров команд устройства, 2б бвыходы элементов ИЛИ группы соединены с соответствующими входами сброса регистра номеров команд, информационный вход третьего буферного регистра команд соединен с вторым выходом второго буферного регистра команд, первый выход третьего буферного регистра команд соединен с третьим информационным входом блока мультиплексоров, а второй выход третьего буферного регистра команд соединен с вторым

35 адресньм входом блока памяти, третий адресный вход которого соединен с выходом блока указателей начала выборки, первый вход признаков которого соединен с входом младших разрядов кода команд устройства, вход задания режима распаковки устройства соединен с вторым входом признаков. блока указателей начала выборки, третий вход признаков которого соединен с выхо45 дом кода адреса блока памяти, прямой выход П-триггера соединен с первыми входами элементов И группы, второй выход кода микроопераций блока памяти соединен с соответствующими вторыми входами элементов И группы, выходы элементов И группы соединены с соответствующими информационными входами триггеров регистра номеров команд, прямые выходы которого являются вы12

Пол у сл о во двойное слово

2-е

3 к

4 к

3-е 4 к

4-е 6 к

5к 6к

7к 8к 9к

1! 1464157

2. устройство по п.i, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок указателей начала выборки содержит регистр и шифратор, причем вход синхронизации блока указателей начала выборки сое5 динен с входом синхронизации регистра» первая,. вторая и третья группы информационных входов которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами признаков блока указателей начала выборки, выход которого соединен с выходом шифратора, вход которого соединен с прямым и инверсным выходами регистра. 15

Г

1-е 2-е (3-е (4-е

1-е Предв. ветвь 1 к 2 к

1464157

Составитель В. Криворучко

Редактор Н.Яцола Техред М.Моргентал Корректор С.Шекмар

Заказ 1390 Тирак бб9 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям лри ГКНТ СССР

11303!i, Москва, 3f-35, Раужскан наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбина "Патент", г. Укгород, ул. Гагарина, 101