Микропрограммное управляющее устройство Советский патент 1983 года по МПК G06F9/22 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовань в цифровых вычислительных системах, а также терминальной аппаратуре.

Известно микропрограммное управлякицее устройство,, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд, дешифратор, счетчик, генератор импульсов блок проверки условий, группу элементов И, делитель частоты, элемент ИЛИ, шифратор 1. .

Недостатком данного устройства является его низкое &«стродействие из-за потери времени при переходе в одной микрокоманде из одного используемого микротакта к следующему через несколько неиспользуекых.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр микрокод манд, адреса, блок проверки условий, генератор импульсов, группу элементов И, регистр блокировки и элемент И, причем выходы блока проверки условий соеданены с входами регистра адреса, выходы которого соединены с входами блока памяти микрокоманд, выходы которого соеди

нены с информационными входами микрокоманд , адресные выходы которого соединены с информационными входами блока проверки условий, управляющие входы которого являются входом устройства, управлякяоие выходы регистра микрокоманд соединены с первыми входами каждого элемента И, группы элементов И, выходы которых являются

10 первым выходом Г устройства, а информационные выходы регистра микрокоманд являются вторым выходом устройства, выход каждого элемент И Группы элементов И соеданен с инверс15ными входами всех последующих элементов И группы элементов И, с ин:версным входом элемента и и с ус ановочным входом регистра блокировки соответственно, выходы регистра бло20кировки соединены с вторыми входс1ми элементов И группы элементов И, выход элемента И соединен с управляющим входом регистра микрокоманд и с входом установки в исходное состо25яние рех стра блокировки, тактирующий вход которого соединен с выходсял генератора импульсов С23.

В известном устройстве совмещено в однсни 1икрокомандном. цикле испол30нение текущей микрокоманды и выборка следующей микрокоманды. По адресной части текущей микрокоманды, находящейся в регистре микрокоманд/ и значению логических условий определяется адрес следующей микрокоманды .и производится ее выборка из блока Ьс1мяти микрокоманд. Таким образом,.. когда выполнение текущей микрокоман ды заканчивается следующая микрокоманда оказывается уже выбранной и поступает на вход регистра микрокоманд. Однако значение сигнала усло; ВИЯ, формирующегося в результате выполнения последнего микроприказа, определяется только в конце последнего микротакта выполнения микрокоманды и не может быть учтенным в сформированном адресе следующей те крокоманды. Поэтому при выполнени условных переходов с учетом условий значение которых определяется в последнем микротакте выполнения микро , команды, на каждом таком переходе в микропрограмме предусматривается холостая микрокоманда, не вызывающая никаких полезных действий. Эта микрокоманда выполняет функцию задержки на один микротакт. Наличие холостых микротактов при выполнен микрокоманд снижает производительность известного устройства. Целью изобретения явля.ется повышение производительности устройства Поставленная цель достигается тем, что микропрограммное управляющее устройство, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр микрокоманд, регистр адреса, блок провер ки условий, генератор .тактовых имj пульсов, группу элементов И, приче выход адреса регистра микрокоманд подключен к первому входу блока про верки условий, второй вход которого подключен к выходу номера логических условий регистра микрокоманд, операционный выход которого подключен к информационному выходу устрой ства, управляющий выход регистра мик рокоманд соединен с первыми входами элементов И группы, вторые входы ко торых соединены с выходами регистра блокировки .соответственно, выход каж дого элемента И группы подключен к инверсным входам всех последующих элементов И группы, к управляющим выходам устройства, к инверсным входам элемента И и к нулевкгм у.становочным входам регистра блокировки единичный установочный вход которого соединён с выходом элемента И и , с входом записи регистра микрокоманд, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам регистра блокировки и регистра адреса, информационный вход которого подключен к первому выходу блока проверки условий, третий вход которого под ключен к входу логических условий устройства, установочные входы регистров адреса и микрокоманд подключены к входу начальной установки устройства, дополнительно содержит коммутатор и блок ассоциативной памяти, причем выход номера логических условий регистра микрокоманд соединен с первой группой адресных входов блока ассоциативной памяти, вторая группа адресных входов которого соединена с адресными входами блока памяти микрокоманд и с информационными выходами регистра адреса, второй выход блока проверки условий подключен к управляквдему входу коммутатора, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно- с выходами блоков ассоциативной памяти и памяти микрокоманд, выход коммутатора соединен с информационным входом регистра микрокоманд. На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг; 2 схема коммутатора на фиг. 3 - схема блока проверки условий; на фиг.4временные диаграммы работы устройства. Микропрограммное устройство управления содержит блок 1 памяти микрокоманд, регистр 2 адреса, регистр 3 микрокоманд, вход 4 начальной установки устройства, выход 5 устройства, коммутатор 6, блок 7 ассоциативной памяти, блок 8 проверки условий, вход 9 устройства, группу элементов И 10, управляющие выходы 11.устройства, регистр 12 блокировки, элемент И 13, генератор 14 тактовых импульсов. Коммутатор б (фиг. 2) содержит элемент НЕ 15 и группы элементов И 16 и 17 и ИЛИ 18. Блок 8 проверки условий (.фиг. 3) содержит группу элементов ИСКЛЮЧЛВОЩЕЕ ИЛИ 19, дешифратор 20, группу элементов И 21, элемент ИЛИ 22, Микропрограммное управляющее устройство раб1Отает следующим образом. На вход 4 устройства подается сигНсШ начальной установки, по которому регистр 2 адреса и регистр 3 VBIKрокоманд устанавливаются в нулевое состояние. Нулевые сигнешы с управляющих выходов регистра 3 микрокоманд поступают на входы элементов И 10, в результате чего на их выходах также устанавливаются нулевые сигналы. При этом срабатывает элемент И 13 и сигнал с его выхода устанавливает в исходное единичное состояние регистр 12 блокировки, при этом на входы элементов И 10 с ВЕВСОДОВ регистра 12 блокировки поступают разрешающие единичные сигналы. Сигнал с выхода элемента И 13 поступает, также на вход, занесения регистра 3 микрокоманд. Однако занесение в регистр 3 микрокоманд не выполняется до тех пор, пока не снимается сигнал начальной установки с входа 4 устройства. По нулевому значению содержимого регист pa 2 адреса блока 1 памяти микрокоманд выбирается начальная микрокоманда и поступает на первую группу информационных входов коммутатора 6. Сигналы с адресных выходов регистра 3 микрокоманд поступают на информационные входы .блока 8 проверки уелоМикрокоманда состоит из трех частей: адресной, операционной и управляющей. Адресная часть микрокоманды состо ит из двух полей. В первом поле указывается код, по которому формируетс адрес следующей микрокоманды. Сигнал соответствующие этому полю, поступаю на первые входы элементов ИСКШЗЧАЩБЕ ИЛИ 19. В другом поле указывается номер логического условия, значение которого определяется в конце послед него микротакта выполнения микрокоманды. Сигналы, соответствующие этому полю, поступают одновременно на адресные входы блока 7 ассоциативной памяти и входы дешифратора 20. Так как сигналы ка входах дешифратора 20 равны нулю после сигнала начальной установки, то на его первом выходе вырабатывается единич ный сигнал и через элемент ИЛИ 22 поступает на управлякиций вход коммутатора 6. При этом на входах груп пы элементов И 17 устанавливается разрешающий потенциал, а на вторых входах элементов И 16-запрещающий нулевой потенциал. Поэтому на выход коммутатора 6 передается через элементы И 17 и ИЛИ 18 начальная микро команда с выхода блока 1 памяти мик рокоманд. Таким образом., после снятия сигнала начальной установки с входа 4 устройства начальная микрокоманда заносится в регистр 3 мккрокоманд. Операционная часть микрокоманды содержит коды операций, выполняемых операционными схемами, которыми управляет данное микропрограммное управляквдее устройство. В управляющей части задаются мик роприказы, с помощью которых потакт но производится .выполнение микрокоманды. Например, для выполнения занесен ной в.регистр 3 микрокоманды необхо ДИМЫ три микротакта, причем в течение первого, второго и третьего мик ротактов единичный сигнал должен . присутствовать на выходе первого, пятого и двенсцщатого элементов И 10 соответственно. Поэтому на первом, пятом и двенадцатом управляющи выходах регистра 3 микрокоманд присутствует единичный сигнал, а на остальных управляющих выходах - нулевой. Тогда на выходе первого элемента И 10 в течение первого микротакта присутствует единичный сигнал фиг. 46 ,вследствие чего все последующие элементы И 10 закрываются. Во втором микротакте по импульсу с выхода генератора 14 и при наличии единичного сигнала на первом установочном входе первый разряд регистра 12 блокировки устанавливается в ноль. При этом первый элемент И Ю закрывается, открывая тем самым все последующие элементы И 10. Так как второй, третнй и четвертый элементы И 10 закрыты нулевыми сигналами с управляющих выходов регистра 3 микрокоманд, единичный сигнал вырабатывается на выходе пятого элемента . И 10. В третьем микротакте аналогично устанавливается в ноль пятый разряд регистра 12 блокировки, при этом состояние остальных разрядов регистра 12 не изменяется. В результате этого пятый элемент И 10 закрывается, первый элемент И 10 остается в закрытом состоянии, а на выходе двенадцатого элемента И 10, аналогично предыдущим, вырабатывается единичный сигнал (фиг. 4г). После того, как- в очередном лоткротакте двенадцатый разряд регистра 12 блокировки устанавливается -в ноль ы, вследствие этого, закрывается двенадцатый элемент И 10, на выходах всех элементов И 10 единичный сигнал отсутствует, так как нулевой сигнал присутствует на всех последующих после двенадцатого уп-равляющих выходах регистра 3 микрокоманд. Поэтому на выходе элемента И 1.3 вырабатывается сигнал (фиг. 4е), по которому все разряды регистра12 блокировки устанавливаются в единичное состояние. Одновременно следующая микрокоманда с выхода коммутатора 6 заносится в регистр 3 микрокоманд, и единичный сигнал вырабатывается на выходе того элемента И, на вход которого поступает единичный сигнал с управляющего выхода регистра 3 микрокоманд, -имеющего наименьший порядковый номер. До этого момента на управляющие входы 9 блока 8 проверки условий в результате выполнения каждого микроприказа из операционных схем поступают сигналы логических ус.ловий. Поэтому на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ19 после каждого микротакта вырабатывается модифицированный адрес следукяцей микрокоманды. Этот адрес по каждому импульсу с выхода генератора 14 заносится в регистр 2 адреса. В рассматриваемом примере в третьем микротакте по импульсу с выхода генератора 14 в регистр 2 адреса заносится окончательный адрес. Однако сигнал условия по результату выполнения третьего микроприказа вырабатывается только в конце третьего микротакта и поэтому оказывается неучтенным при формирования окончательного адреса. Поэтому из 1 памяти микрокоманд по содержимому регистра 2 адреса выбирается следую 1дая микрокоманда, которая выполняет ся в случае выполнения неучтенного условия. А из блока 7 .ассоциативной памяти по адресу с выхода регистра 2адреса и по нулевому номеру условия из адресной части микрокоманды выбирается следующая микрокоманда, которая выполняется в случае невы, полнения этого условия. Обе микроко манды поступают на входы коммутатора 6. Номер условия поступает также .на входы дешифратора 20, в результате чего на одном из его выходов вырабатывается единичный сигнал, котоЕЫй выбирает один из элементов И 21 на другой вход которого поступает сигнал неучтенного условия. Если ус ловие выполняется (равно единице), единичный сигнал с выбранного элемента И 21 через элемент ИЛИ 22 поступает на управляющий вход коммутатора 6. В результате этого коммутатор б подключает к входам регистр 3микрокоманд микрокоманду с выхода блока 1 памяти микрокоманд. Если ус ловие не выполняется (равно нулю/, то сигнал управляющем выходе бло ка 8 проверки условий равен нулю, и коммутатор 6 передает на входы регистра 3 микрокоманду с выхода блока 7 ассоциативной памяти. Таким об Ьазом по сигналу с выхода элемента И 13.в регистр 3 микрокоманд заноси ся заранее подготовленная микрокома да. В тех же микрокомандах, где. значение условия по результату выполнения последнего микроприказа не учитывается, после номера услови в адресной части микрокоманды равно нулю. При этом единичный сигнал с первого выхода дешифратора 20 поступает через элемент ИЛИ 22 на управляющий вход коммутатора 6, в результате чего последний передает на входы регистра 3 микрокоманд микрокЬманду с выхода блока 1 памяти мик рокоманд. Объем блока 7 ассоциативной памяти определяется количеством условных переходов, выполняемых с учетом условий, значение которых оп ределяется в последнем микротакте выполнения микрокоманды. Таким образом, в предлагаемом устройстве при выполнении условных переходов с учётом условий значени которых определяется в последнем микротакте выполнения микрокомандЕл, не происходит потери производительности за счет наличия холостого микротакта, в отличие от прототипа, где при этом всегда присутствуют холостые микротакты, что снижает его производительность. Положительный эффект достигается почти без увеличения аппаратурных затрат устройства, так как введение блока ассоциатидной памяти компенсируется сокращением блока памяти микрокоманд за счет исключения холостых команд. Использование предлагаемого устройства наибол.ее целесообразно в тех применениях, где показатель производительности и связанный с ним показатель общего времени выполнения лкpoпpoгpaмм являются наиболее критичными, например в коллекторах быстродействующих периферийных уст.-о ройств, графических терминалах. для оценки преимуществ предлагаемого устройства сравним его с базовым объектом, в качестве которого возьмем микропрограммное управляющее устройство, встроенное в устройство подготовки экспериментальных данных для ЭВМ ЕС-1022. Базовое микропрограммное устройство Построено аналогично прототипу. Экспериментально установлено; что время выполнения микропрограмм с использованием предлагаемого устройства за счет его повышенной производительности в 1,15 раз меньше, чем с использованием базового объекта. Формула изобретения Микропрограммное управляющее устройство, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр микрокоманд, per гистр адреса, блок проверки условий, генератор тактовых импульсов, группу элементов И, регистр блокировки и элемент И, причем выход.адреса регистра микрокоманд подключен к первому входу блока проверки условий, второй вход которого подключен к выходу номера логических условий регистра микрокоманд, операционный выход которого подключен к информационному ыыходу устройства, управляющий выход регистра микрокоманд соединен с первыми входами элементов И группы, вторые входы которых соединены с выходами региг;тра блокировки соответственно, выход каждого элемента И группы подключен к инверсным входам всех последующих элементов И группы, к управляющим выходам устройства, к инверсным входам Инк нулевым установочным входам регистра блокировки, единичны установочный вход которого соединен с выходом элемента И и с входом записи регистра микрокоманд, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам регистра блокировки и регистра

адреса, информационный вход которого подключен к первому выходу блока проверки условий, третий вход которого подключен к входу логических условий устройства, установочные входы регистров адреса и микрокоманд подключены к входу .начальной установки устройства, л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, оно содержит коммутатор и блок ассоциативной памяти/ причем выход номера логических условий регистра микрокоманд соединен с первой группой адресных входов блока ассоциативной памяти, вторая группа адресных входов которого соединена с адресными входами блока

памяти микрокоманд и с информационными выходами penJi Tpa адреса, второй выход блока проверки условий подключен к управлякидему входу коммутатора, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с выходами блоков ассоциативной памяти и памяти микрокоманд, выход коммутатора соединен с информационным входом регистра микрокоманд.

0 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 640294, кл. G Об F 9/22, 1976.

2.Авторское Свидетельство СССР по заявке 2918689, кл. G 06 F 9/22,

5 1980.