Асинхронное устройство управления

 

р +бы p" т >, -::ы-кг

f- r i, Ф

О П И С А Н И Е (11)696454

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социалистические

Республик (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06 607. 77 (21) 2504328/18(5I)M. Кл.

G06 F .9/00 с присоединением заявки М

Пкударстванвй квмнтет

СССР иа ленам изввретеннй н втермтий (23) Приоритет—

Опубликовано 05.11.79. Бюллетень М 41 (53) УДК 681.14 (088. 8) Дата опубликования описания 08.11.79 (72) А вторы изобретения

В; П. Супрун, Ю. Г. Нестеренко, Н. Vi Новиков и А. И. Проценко (71) Заявитель (54) АСИНХРОННОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение при построении устройств управления вычислительных машин.

Известны устройства асинхронного управления операциями цифровой вычислительной машины, содержащие схемы управления операциями, элемент ИЛИ, входы которого подключены к выходам схем управления операциями, входы которых подключены к выходам элементов И, одни входы которых подключены к выходу элемента ИЛИ, а другие - к выходам дешифратора кода операций (1).

Однако это устройство требует большого количества оборудования, для реализации схемы, так как для каждой команды вычислительной машины требуется отдельный регистр управления. Известен также блок микрокоманд асинхронных 1IBM, содержащий дешифратор операций, управляющие линейки, вентили, элементы ИЛИ и выходные собирательные схемы, выходы которых являются выходными блока, а входы соединены с выходами управляющих линеек. Выходы финишных сигналов управляющих линеек через первый элемент ИЛИ, вентиль и

5 другой элемент ИЛИ подключены ко входу нулевой управлякицей линейки, шина выходного сигнала которой подключе на к одним входам вентилей. другие входы вентилей подключены к выходам дешифратора операций. Выходы вентилей соединены со входами управляющих линеек (21.

Однако в этом устройстве для реализации каждой команды требуется отдельная управляющая линейка, что требует большого количества оборудования при построении устройства управления

IJBN, система команд которой насчитывает десятки команд.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство управления на регистрах для асинхронного управления операциями IIBN, содержащее регистр команд, вход кото45 рого является информационным входом устройства, дешифратор кода операций, вход которого подключен к выходу регистра команд, генератор, узел "пускаостанова", первый вход юторого подключен к выходу генератора, а вторая группа входов является управляющим входом устройства, регистр управления, тактирующий вход которого соединен с выходом узла "пуска-с>станова", мат- 10 рицу микроопераций, первая группа входов которой связана с выходами регистра управления, а выходы соединены с выходными шинами устройства (3).

Однако и в этом устройстве требуется отдельный регистр управления для реализадии каждой операции, что усложняет устройство в целом.

Бель изобретения - сокращение оборудования устройства.

Это достигается тем, что в устройство введены элементы ИЛИ, И, НЕ и регистр режимов. Вторая группа входов матрицы микроопераций coegHReHa с выходами дешифратора кода операций.

Выход первого элемента ИЛИ подключен ко входу блокировки дешифратора кода операций,.а входы соединены с третьей группой входов матрицы микроопераций и с выходами регистра реЖимов, первый

30 информационный вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй информационный вход - с выходом второго элемента И, третий информационный вход — с выходом третьего элемента И.

Вход записи регистра режимов подключен к выходу второго элемента ИЛИ. Первый вход первого элемента И соединен с информационным входом ус гройства. Первый

40 вход второго элемента И является входом "требования прерывания программы устройства. Первый вход третьего элемента И является входом требования прямого доступа к запоминающему устройству устройства. Вторые входы первого, второго и третьего элементов И соединены между собой и йодключены,к выходу первого элемента НЕ. Первый вход второго элемента ИЛИ соединен с

50 входом первого элемента НЕ и с выходом "юнец режима матрицы микроопераций, а второй вход второго элемента

ИЛИ - с выходом конец команды" матрады микроопераций. Первый вход третье55 го элемента ИЛИ подключен к выходу конец режима" матрицы микроопераций, второй вход — к выходу конец команды матрицы микроопераций, а третий вход

54 4 третьего элемента ИЛИ - к выходу внуч реннего цикла матрицы микроопераций.

Первый вход регистра управления связан с выходом третьего элемента ИЛИ, второй и третий входы соединены между собой и являются входом "постоянного уровня" устройства. Четвертый вход регистра управления подключен к выходу второго элемента НЕ, вход которого соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ. Введение второго элемента

НЕ, третьего элемента ИЛИ и непосредственное подключение выходов дешифратора кода операции к матрице микрооперадий позволило сократить оборудование за *счет применения в устройстве толью одного регистра управления. Введение

1 первого элемента НЕ, первого и второго элементов ИЛИ, регистра режимов и первого, второго и третьего элементовИ позволило, расширив функциональные возможности устройства, исключить построение местных устройств управления для реализации режимов выборки второго операнда из запоминающего устройства (ЗУ), для реализации микропрограммы выхода на прерывание и микропрограммы обслуживания прямого доступа к ЗУ от внешних устройств IIBM.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Асинхронное устройство управления содержит регистр команд 1, дешифратор 2 кода операции, матрицу 3 микроопераций, регистр управления 4, узел 5, пускаэстанова", генератор 6, первый. второй и третий элементы ИЛИ 7-9, первый и второй элементы HE 10 и 11, первый, второй и третий элементы И 1214, регистр режимов 15, информационный вход 16 от ЗУ, управляющий вход

17 вход постоянного уровня" 18, выходные шины 19, включающие выход

"конец команды, выход "конец режима" и выход внутреннего цикла, вход 20 требования прямого доступа к ЗУ и вход 21 "требования прерывания програм. мы". Информационный вход 16 от ЗУ соединен со вторым входом первого элемента И 12 и со входом регистра команд 1, выход которого соединен со входом дешифратора 2 кода операции, выходы которого соединены со второй группой входов матрицы 3 микроопераций, выходы которой соединены с выходными шинами 19. Первая группа входов матрицы 3 микроопераций соединена с выходами регистра управления 4, так696 454

О товый вход которого соединен с выходом узла 5 пуска-останова, первый вход которого соединен с выходом генератора

6, а остальные входы — с управляющим входом 17. Третья группа входов матрицы 3 микроопераций соединена с выходами регистра режимов 15 и со входами первого элемента ИЛИ 7, выход которого соединен со входом блокировки дешифратора 2 кода операции. Информационные входы регистра режимов 15 соединены с выходами элементов И 12 -14, первые входы которых соединены между собой и с выходом первого элемента НЕ

10, вход которого соединен с выходом

"конец режима" и с первыми входами второго и третьего элементов ИЛИ 8 и 9, вторые входы которых соединены между собой и с выходом конец команды". Выход внутреннего цикла соединен с первым входом параллельного вноса регистра управления 4, со входом второго элемента НЕ 11, с третьим входом третьего элемента ИЛИ 9, выход которого соединен с управляющим входом регистра управления 4, второй вход параллельного вноса которого соединен с выходом второго элемента НЕ 11.

Вход постоянного уровня 18 соединен со входом последовательного вноса и с остальными входами параллельного вноса регистра управления 4. Выход второго элемента ИЛИ 8 соединен со входом записи регистра режимов 15, вход 20

"требования прямого доступа к ЗУ соединен со вторым входом третьего элемента И 14. Вход 21 требования прерывания программы соединен со вторым входом второго элемента И 13.

Предложенное асинхронное устройство управления работает следующим образом.

В конце выполнения очередной команды выбирается командное слово на информационный вход 16 от ЗУ и записывается в регистр команд 1. При этом на выходе "конец команды присутствует сигнал, который, поступая через второй элемент ИЛИ 8 на вход записи регистра режимов 15, производит запись информации с выходов элементов И 1214 и, поступая через третий элемент

ИЛИ 9 на управляющий вход регистра управления 4, переводит его в режим записи. Тактовые сигналы, поступающие на тактирующий вход регистра управления 4 из генератора 6 через узел5 пуска-останова", производит запись кода в регистр управления 4 сп входов параллельного вноса. При этом иа втором входе параллельного вноса есть сигнал, на первом входе параллельного вноса сигнал с выхода внутреннего цикла отсутствует. На остальных входах параллельного вноса присутствует уровень, поступающий с входа 18 "постоянного уровня", соответствующий отсутствию сигнала.

При отсутствии сигналов на входе 20 требования прямого доступа к ЗУ и на входе 21 требования прерывания программы" команды выполняются в формате "регистр-регистр, при котором сигнал на втором входе первого элемента И 12 отсутствует. При этом в регистре режимов 15 после записи бу15

20 дет нулевой код, и сигналы на его входе отсутствуют. В зависимости от выполняемой команды, код которой определяет один из выходов дешифратора 2 кода

25 операции, который не блокируется по входу блокировки так как ввиду отсутствия сигналов на выходе первого элемента ИЛИ 7, матрица 3 микроопераций вырабатывает микрооперации, постуЗо паюшие на выходные шины 19. При этом отсутствие сигналов на входах и соответственно на выходе третьего элемента

ИЛИ 9, переводит регистр управления 4, в режим сдвига, и сигнал, записанный в регистр 4 управления в конце команды сдвигается во время поступления тактов на его тактирующий вход. При этом на входе последовательного вноса присут40 ствует уровень, подаваемый с входа постоянного уровня» 18 и соответствующий отсутствию сигнала, что обеспечивает отсутствие сигналов на выходах регистра управления 4, на которых до сдвига данный сигнал присутствовал. Если

45 выполняется команда, в которой цикл должен повториться 1 1 раз то 11 раз на выхбдной шине внутреннего цикла присутствует сигнал, который поступает

50 на первый вход параллельного вноса регистра управления 4, на вход второго элемента НЕ 11, на выходе которого сигнал отсутствует, и на третий вход третьего элемента ИЛИ 9, который пере55 водит ре1 истр управления 4 в режим записи. В данном цикле происходит запись, а не сдвиг кода в регистре управления 4. После выполнения 11 циклов р егистр управления 4 nepeFoäèòñÿ в

696 454

1О

35 0

55 режим сдвига и происходит последовательный сдвиг до тех пор пока в конце выполиения команды не появится сигнал на выходе "конец команды", во время которого производится начальная установка регистра управления 4, запись кода на регистр режимов 15 и запись кода на регистр команд l. В случае, когда сигналы на входе 20 "требования прямого доступа к ЗУ и входе 21 требования прерывания программы" отсутствуют, а на информационном входе

16 от ЗУ присутствует сигнал, поступающий на второй вход первого элемента И

12 и определяющий формат выполнения команды регистр- память, сигнал с выхода первого элемента И 12 записывается в регистр режимов 15 и- тосту« пает на один из входов третьей группы входов матрицы 3 микроопераций, а также через первый элемент ИЛИ 7 - на вход блокировки дешифратора 2 кода операции. При этом на выходе дещифратора

2 кода операции, а соответственно и на второй группе входов матрицы 3 .микроопераций сигналы отсутствуют, поэтому на выходе матрицы 3 микроопераций не будет микроопераций для вынопнения данной команд, а выраба ж saIoTcs только микрооперации дпя организации режима выборки операнда в режиме, регистр-память". В последнем цикле выполнения режима выборки операнда из памяти вырабатывается сит.нал на выходе "конец режима, по которому регистр ynpaaaeaas 4 устанавливается в исходное состояние, и сигнал появляется в первом разряде цанного регистра, а регистр 15 режимов обнуляется, так как вышеуказанный сигнал, на вход первого элемента HE 10 запрещает сраба« тывание элементов И 12-14. Далее производится выполнение команд- по алгоритму, описанному выше, так как на выходе первого элемента ИЛИ 7 отсутствует сигнал, блокируюший дешифратор

2 кода операции. Режимы выполнения. прямого доступа к ЗУ и прерывания программы отличаются толью по длительности выполнения и по- выработке различных микроопераций на выходных шинах 18 устройства и выполняются аналогично выполнению режима выборки операнда из ЗУ s режиме "регистр-память выполнения команды. Кроме того в данных режимах в конце нх выполнения вырабатывается сигнал на выходе конец команды, а не на выходе конец режима .

Режимы пуска, останова, поциклового или пооперационного выполнения любой команды ЦВМ осуществляются с помощью узла 5 "пуска- останова, который пропускает или блокирует прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 6 на тактирующий вход регистра управления 4.

Таким образом предложенное устройство по сравнению с прототипом обеспечивает сокращение оборудования, позволяя заменить необходимое количество регисроь управления для выполнения каждой однотипной команды иэ системы команд

1IBM одним регистром управления и исключая необходимость построения местных устройств управления для реализации режимов выборки операнда в режиме регистр-память", прямого доступа к ЗУ со стороны внешних устройств н выхода на прерь1вающие программы по требованию прерывания программы. Проведенный расчет показал, что при реализации данного устройства на интегральных монолитных схемах, эюномия оборудования по сравнению с прототипом составляет

15-20% без учета реализации режимов выборки операнда нз памяти, прямого доступа к ЗУ и прерывания программы и 20-25% - с реализацией данных режимов.

Формула иэо бретення

Асинхронное устройство управления, содержащее регистр команд, вход которо1 э является информационным входом устройства, дешифратор кода операций, вход которого подключен к выходу регистра юманд, генератор, узел пуска-юстанова", первый вход которого подключен к выходу генератора, второй вход является управляющим входом устройства, регистр управления, тактирующий вход. юторого соединен с выходом узла пуска-останова, матрицу микроопераций, первая группа входов которой связана с выходами регистра управле- ния, а выходы соединены с выходными шинами устройства, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью сокращения оборудования устройства, оно содержит элементы ИЛИ, И, НЕ и регистр режи6964

15 мов, причем вторая группа входов матрицы микроопераций соединена с выходами дешифратора кода операций, выход первого элемента ИЛИ подключен ко входу блокировки дешифратора кода

5 операций, а входы соединены с третьей группой входов матрицы микроопераций и с выходами регистра режимов, первый информационный вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй информационный вход - с выходом второго элемента И, третий информационный sxoa . с выходой;третьего элемента

И, а вход записи регистра режимов подключен к выходу второго элемента

ИЛИ, при этом первый вход первого элемента И соединен с информационным входом устройства, первый вход второго элемента И является входом "требования прерывания программы" устройства, первый вход третьего элемента И является входом требования прямого доступа к .запоминакяпему устройст ву устройства, вторые входы первого, второго

QC и третьего элементов И соединены между собой и подключены к выходу первого элемента НЕ, первый вход второго элемента ИЛИ соединен с входом первого элемента НЕ и с выходом конец режи54 10 ма матрицы микроопераций, а второй вход второго элемента ИЛИ вЂ” с выходом

"конец команды матрицы микрооперацпй, первый вход третьего элемента ИЛИ, подключен к выходу конец режима матрицы микроопераций, второй вход — к выходу конец команды" матрицы микроопераций, а третий вход третьего элемента ИЛИ вЂ” к выходу внутреннего цикла матрицы микроопераций, первый вход ре гис тра управления с вязан с выходом третьего элемента ИЛИ, второй и третий входы соединены между собой и являются входом „постоянного уровн " устройства, а четвертый вход регистра управления подключен к выходу второго элемента НЕ, вход которого соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Папернов А. А. Логические основы цифровых машин и программирования, М, "Наука", 1968.

2. дроздов Е. А. и др. Многопрограммные ЦВМ", М., ВИМО СССР, 1974.

3. )хетагуров Я. A. и др. Основы инженерного проектирования УЦВМ, М.

"Сов.Рябо», 1972 (прототип }.

ЦНИИПИ Заказ 6768/49

Тираж 780 Подписное

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4