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

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к микропрограммным устройствам управления, и может быть использовано в цифровых вычислительных системах, а также терминальной аппарату|эе По основному авт.св. W известно микропрограммное управляющее устройство, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр микрокоманд, регистр адреса, блок проверки условий, генератор импульсов, группу элементов И, регистр блокировки и элемент причем выходы блока проверки условий соединены с входами регистра адреса, выходы которого соединены с входами блока памяти микрокоманд, выходы которого соединены с информационными входами регистра микрокоманд, адресные выходы которого соединены с информационными входами бл ка, проверки условий, управляющие вхо ды которого являются входом устройства, управляющие выходы регистра микрокоманд соединены с первыми входами каждого элемента И, группы элементов И, выходы которых являются первым выходом устройства, а информационные выходы регистра микрокоманд являются вторым выходом устройства, выход Каждого элемента И груп1пы элементов И соединен с инверсными входами всех последующих элементов И группы элементов И, с инверсным входом элемента И и с установочным входом регистра блокировки, соответстве но выходы регистра блокировки соедин ны с вторыми входами элементов И гру пы элементов И, выход элемента И соединен с управляющим входом регистра микрокоманд и с входом установки в исходное состояние регистра блокиров ки, тактирующий вход которого соединен с выходом генератора импульCOB l. Недостатком данного устройства яв ляется ограниченный набор комбинаций микроприказов, выдаваемых в каждой отдельной микрокоманде. Зто связано с тем,что микроприказы выдаются в жестко установленном порядке. Причем порядковый Т)омер микроприказа, выдаваемого в первом микротакте, имеет наименьшее значение, а порядковый номер следуюи4его микроприказа больше номера микроприказа, выданного в предыдущем микротакте. Это ограничивает функциональные возможности устройства. Если для выполнения операции, задаваемой в операционном поле микрокоманды, требуется выдача микроприказов в порядке, отличном от установленного, используется несколько микрокоманд. Причем операционные поля этих микрокоманд одинаковы, а в управляющем поле каждой микрокоманды содержится часть необходимого набора микроприказов, которая может быть выдана в одной микрокоманде. Последовательное выполнение этих микрокоманд дает возможность выполнить операцию с необходимой комбинацией микроприказов, однако при этом требуется большой объем микропрограммной памяти. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет расширения набора комбинаций микроприказов, выдаваемых в одной микрокомандеПоставленная цель достигается тем, что микропрограммное управляющее устройство содержит регистр управления, дешифратор, первый и второй элементы И и элемент задержки, причем информационный вход регистра управления соединен с выходом блока памяти микрокоманд, а выход - с входом дешифратора, первый выход которого соединен через элемент задержки с инверсным входом первого элемента И и первым входом второго Элемента И, другие входы которых соединены с выходом элъ. мента И, выходы дешифратора, кроме первого, соединены с инверсными входами элементов И группы, порядковые номера которых меньше порядкового номера соответствующего выхода дешифратора, выход первого элемента И соединен с входом установки в ноль регистра управления, выход второго элемен- . та И - с входами записи регистров микрокоманд и управления и с установоч-. ным входом регистра блокировки, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом регистра адреса, вход начальной установки устройства соединен с установочными входами регистров микрокоманд и адреса. Такое решение позволяет осуществить цикличeckий порядок выдачи микроприказов, при котором в одной микрокоманде микроприказы сначала выдаются в порядке возрастания номеров, начиная с первого микроприказа с любым порядковым номером и кончая микроприказо 4;С наибольшим порядковым номе3-10ром. Затем микроприказы продолжают выдаваться в том же порядке, начиная с микроприказа с наименьшим порядко Btm номером и кончая последним микро приказст, порядковый номер которого хотя бы; на единицу меньше первого выданного микроприказа. При .этом расширяется набор комбин ций микроприказов, выдаваемых в одно микгюкоманде, что позволяет многие операции выполнять при помощи меньшего количества микрокоманд. На фиг. 1 изображена схема предлагаемого микропрограммного управляющего устройства; на фиг 2 - схема блока проверки условий; на фиг. 3 временная диаграмма работы устрой,ства. :-.- - Микропрограммное управляющее уст|ройство содер «йт блок 1 памяти микрокоманд, регистр И адреса, регистр микрокоманд, вход начальной установки которого является одноименным входом устройства, сГ информационные выходы - информационными выходами 5 устройства, блок 6 проверки условий, управляющие входы которого яв ляются управляющими входами 7 устрой ства, регистр Я управления, дешифратор 9, группу элементов И 10, выходы которых являются управлтхцмни выхода |ми 11 устройства, регистр 12 блокировки, элемент И 13, генератор Т та товых импуль ов, первый элемент И 15 второй элемент И 16 и элемент 17 задержки, Влок 6 проверки условий Гфиг.2/ содержит группу элементов И 18 и rpjfftny элементов ИЛИ 19. Первые входы элементов И 13 соеди нены меяеду собой и с одним информационным входом блока 6 проверки усло ВИЙ, остальные йнфо|(ациоиные входа которого являются входами элементов ИЛИ 19. выходы элементов И 18 и соединены с входами элементов ИШ 19 Вторые входы элементов И 18 являют;; с я втравляющими входами блока 6 проверки условий, Выходы элементов ИЛИ являются выходами блока б проверки УСЛОВИЙ. ,. На временной диаграмме работы ус т poifcTBa обозначено 20 - импульсы на .выходе генератора Н; 21 - сигнал {начальной установки на входе k устро ства; 22 .-.сигнал на выхоле элемен / та И 13;23,24,25 - сигналы микроорик зов на выходах восьмого, двенадцатого и седьмого элементов И 10 соот8 4 ветственно; 26 - сигнал на выходе элемента 17 задержки; 27 - сигнал на выходе элемента И 15; 28 - сигнал на выходе элемента И 16; 29, 30, 31 сигналы микроприказов на выходах пятого, первого и третьего элементов И 10 соответственно. Микропрограммное управляющее устройство работает следующим образом. Для приведения устройства в исходное состояние на его вход подается сигнал 21 начальной установки, по ко- . торону регистр 3 микрокоманд и регистр 2 адреса устанавливаются в нулевое состояние-. По нулевому содержимому регистра 2.адреса из блока 1 памяти микрокоманд выбирается начальная микрокоманда и поступает на вхдг ды регистра 3 микрокоманд и регистра 8 управления. Так как содержимое-регистра 3 мик1рокЬманд равно нулю, то сигналами его управляющих выходов оказываются закрытьачи все элементы И 10. При этом на .их выходах присутствуют нулевые потенциагш, в результате чего на выходе элемента И 13 вырабатывается сигнал 22 и поступает на входы элемен тов И 15 и 16. В начальный момент времени, после включения устройства, регистр 8 управления находится в неопределенном состоянии. Поэтому, если .содержимое регистра 8 управления не равно нулю, 31начение сигнала на первом выходе д и атора 9 и соответственно сигнала 26 на выходе элемента 17 задержки равно нулю. При этом срабатывает элемент И 15, и сигнал 27 с его выхода устанавливает в нулевое состояние регистр 8 управления. В результате этого,сигнал на пе{жом выходе дешифратора 9 и соответственно сигнал 26 На выходе элемента 17 задержки принимает значение, равное единице. При этом элемент И 15 закрывается, а элёцент И 16 открывается. Сигнал 28 с его выхода устанавливает в исходное единичное срсто яние регистр 12 блокировки. Кроме тот ;го. Сигнал 28 с выхода эле 4ента И 16 поступает на входы занесения регист- ра 3 ммкро1со манд и регистра 8 улравЛШ4ИЯ. Однакр зане(;еиия а эти регистры не должны производиться до тех пор, пока не снят сигнал 21 начальной ус- тановки с входа Л устройства. Таким , после снятия сигнала 21 начальной установки в регистр 3 микрок «анд и регистр 8 управления заносится начальная микрокоманда.

Микрокоманда состоит из четырех полей - адресного, операционного, управляющего и дополнительного.

В адресном поле микрокоманды, кроме кода, по которому определяется адрее следующей микрокоманды, содержится один разряд, значение которого указывает на проведение или не проведение УСЛОВНЫХ переходов в данной микрокоманде.

В операционном поле указывается код операции, которую выполняют операционные схемы, управляемые данным микропрограммным управляющим устройством.

В. управляюо1ем поле задается набор микроприказов, при выдаче которых осуществляется выполнение Операции, указанной в операционном поле.

Дополнительное поле содержит двоичный код на единицу меньше номера того микроприказа, которы выдается в микрокоманде первым.

Первые три поля микрокоманды содержатся в регистре 3 микрокоманд, а дополнительное поле - в регистре 8 управления.

Пример. Для выполнения операции, содержащейся в операционном поле, необходимы шесть микротактов.. Причем в течение первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого микротактов единичйый сигнал должен присутствовать на выходе восьмого, двенадцатого, седьмого, пятого и третьего элементов И 10 соответственно.

Такая последоватё 1ьность микроприказов в предлагаемом устройстве выпол няется при помоо и двух микрокоманд, причем в первой микрокоманде выдаются восьмой, двенадцатый и седьмой микроприказы, а во второй - пятый, первый и третий. Тогда на седьмом, восьмом и двенадцатом управляющих выходах регистра 3 микрокоманд присутствует единичный сигнал, а на ос таЛьных - нулевой ТаТ какпервымвыдается микроприказ с порядковымiномером, равнщ восьми, код,:занесенный в регистр 8 управления, равен семи. Поэтому на восьмом выходе -дешифратора 9 вырабатывается единичный сигнал, который закрывает элементы И 10, начиная с первого и кончая седь мым. Тогда на выходе восьмого элемента И 10 в течение первого микротакта присутствует единичный сигнал 23,

вследствие чего все последующие элементы И 1 О закрыты.

Во втором микротакте по сигналу 20 и при наличии единичного сигнала на восьмом установочном входе восьмой разряд регистра 12 блокировки устанавливается в ноль. При этом восьмой элемент И 10 закрывается, открывая тем самым все последующие элементы И 10, но так как девятый, десятый и одиннадцатый элементы И 10 закрыты нулевыми сигналами с управляющих выходов регистра 3 микрокоманд, единичный сигнал вырабатывается на выходе двенадцатого элемента И 10.

В третьем микротакте аналогично устанавливается в ноль двенадцатый разряд регистра 12 блокировки, при этом состояние остальных разрядов регистра 12 блокировки не изменяется. Двенадцатый элемент И ТО закрывается и на выходах всех элементов И 10 единичный сигнал отсутствует, так как нулевой Сигнал присутствует на всех следующих после двенадцатого управляющих выходах регистрах3 микрокоманд. В результате этого на выходе элемента И 13 вырабатывается сигнал 22. Так как содержимое регистра В управления не равно нулю, сигнал на первом выходе дешифратора 9 и соответственно сигнал 26 на выходе элемента 17 задержки равны нуло. Поэтому срабатывает элемент И 15, и сигнал 27 с его выхода устанавливает в ноль регистр 8 управления. При этом единичный сигнал вырабатывается на первом выходе дешифратора 9, в на всех остальных выходах присутствует нулевой сигнал, вследствие чего открываются ранее заблокированные с первого по седьмой элементы И 10, и на выходе седьмого элемента И 10 вырабатывается единичный сигнал. Элемент 17 задержки предупреждает возникновение явления гонок при переключении дешифратора 9, задерживая сигнал с первого выхода дешифратора 9 на время фор мирования сигнала 22. Поэтому изменение сигнала 26 на выходе элемента 17 задержки происходит уже после того, как сбрасывается сигнал 22 на выходе элемента И 13, что предупреждает лож ное срабатывание элементов И 15 и 16.

В следующем, четвертом микротакте по импульсу 20 с выхода генератора Ш устанавливается в ноль седьмой разряд регистра 12 блокировки. В результате этого закрывается седьмой элемент И 10, и на выходе всех элементов И 10 опять присутствует нулевой сигнал. Вырабатывается снгнал 22 на выходе элемента И 13 и так как на выходе элемента 17 задержки-присутствует единичный сигнал 26, срабатывает элемент И 16, По сигналу 28..с . его выхода устанавливается в единичное состояние рёгйстр 12 блокировки, а в регистры 3 микрокоманд и 8 управления заносися следующая микрокоманда у которой в операционном поле содержится такой же код как и в первой микрокоманде, в управляющем поле первый, третий и пятый разряды равны единице, а остальные - нулю. Так как при выполнении второй микрокоман ды первым должен выдаваться пятый микроприказ, то дополнительное поле второй микрокоманды содержит код, равный четырем. В результате этого единичным сигналом с пятого выхода дешифратора 9 блокируются первые четыре элемента И 10, и единичный сигнал 29 вырабатывается на выходе пято го элемента И 10, До этого момента по адресной час ти первой микрокоманды формируется адрес второй микрокоманды. Так как после выполнения первой микрокоманды выполнение всей операции еще не завершается, то переход от первой микрокоманды ко втопой осуществляется без учета УСЛОВИЙ, сигналы коТооых поступают из опепаиионных схем на вход 7 устоойства. ПОЭТОМУ в апоесном поле первой микрокоманды разряд, определяющий тип перехода, равен нул При этом элементы И 18 в блоке 6 проверки условий оказываются закрыты ми, и адрес следующей второй микроко нанды определяется непосредственно и адресного поля первой Микрокоманды. Адрес второй микрокоманды через элементы ИЛИ 19 поступает на вход регис ра 2 адреса и заносится в него по сиг-- налу 20, По этому адресу из блока 1 памяти микрокоманд выбирается вторая микрокоманда и поступает на информационные входы регистра 3 микрокоманд и регистра 8 управления. Таким зом, при поступлении сигнала 28 хода элемента И 16 в регистры 3 команд и 8 управления заносится нее подготовленная микрокоманда. В пятом микротакте по импульсу 20 устанавливается в ноль пятый разряд регистра 12 блокировки. Закрывается пятый элемент И 10, и на входах всех элементов И 10 присутствует нулевой с вы микр 788, , сигнал. Вырабатывается сигнал 22 на выходе элемента И 13, в результате чего срабатывает элемент И 15, так как содержимое регистра 8 управления равно НУЛЮ , а сигнал 26 на выходе элемента 17 задержки, равен нуло. Регистр 8 управления устанавливается в ноль, в результате чего открываются первые четыре элемента И 10 и единичный сигнал 30 вырабатывается на выходе первого элемента И 10. В шестом микротакте аналогично устанавливается в ноль первый разряд регистра 12 блокировки, закрывается первый элемент И Ю и единичный сигнал 31 вырабатывается на выходе третьего элемента И 10, После того, как в очередном микротакте третий разряд регистра 12 блокировю устанавливается в ноль, и вследствие этого закрывается третий элемент И 10, на выходах всех элементов И 10 присутствует нулевой сигнал. На выходе элемента И 13 вырабатывается снгнал 22, по которому срабатывает элемент И 16, Сигналом 28 с его выхода устанавливается в исходное единичное состояние регистр 12 блокировки, а в регистры 3 микрокоманд и 8 управления заносится следующая заранее подготовленная микрокоманда. Адрес этой микрокоманды формируется с учетом поступающих на входы 7 устройства сигналов логических условий, так как после выполнения .второй микрокоманды в данном случае завершается выполнение требуемой операции. Поэтому в адресном поле второй микрокоманды разряда признака перехода равен единице, вследствие чего элементы И 1В в блоке 6 проверки 1усЛбпий открыты. Сигналы логических условий с входов 7 уст|Х)йства поступают через элементы И 1Q на первые Входы элементов ИЛИ 19, на вторые входы которых поступает код с адресных выходов регистра 3 яикрокоманд. В результате на выходах элементов ИЛИ 19 формируется адрес следующей микрокомандыг который по сигналу 20 с выхода генератора 1 Заносится в регистр 2 адреса. Выбранная по этому адресу из блока 1 .памяти микрокоманд и занесенная в регистры 3 микрокоманд и 8 управления микрокоманда выполняется аналогично. Для выполнения рассмотренного примера известным устройством потребовалось бы четыре микрокоманды« В первой микрокоманде выдается только восьмой и двенадцатой микроПриказы, во второй - седьмой, в третьей - пятый и только в четвертой мик рокоманде первый и третий. Таким образом, описываемое устройство обладает расширенными по сравнению с известным функциональными возможностями,за счет увеличенного набора комбинаций микроприказов, выдавае.мых в одной микрокоманде. Это позволя et выполнять многие операции при поМ04ЦИ меньшего числа -микрокоманд, что дает возможность сократить объем мик ропрограммной памяти. Для качественной оценки преимуществ предлагаемого устройства сравним его с известным, в качестве которого возь мем микропрограммное устройство управления встроенное в систему технологического контроля печатных плат. Для реализации всех комбинаций микроприказов при использовании базового объекта необохдимо 128 микрокоманд, В случае применения описываемого устройства для выполнения этой задачи достаточно лишь 96 микрокоманд. При этом величина, показывающая относительное сокраи1ение количества мимикрокоманд, равна 1--К-т11-« ( количество микрокоманд, негдеобходимых для реализации пол ного набора комбинаций из че тырех микроприказов в заявля емом устройстве; количество микрокоманд, нёоб ходимых для реализаций полного набора комбинации из че тырех микроприказов в базовом с ъекте. . Величина У показывает относительное сокращение микропрограммной памяти в заявляемом устройстве по сравнению, с базовым объектом при равновероя .ной выдаче каждой комбинации мйкпроприказов. . .,. .. MI %La. С44 -0,7 rfNr где объемы микропрограммной памяти, соответственно, в заявляемом и базовом устройствах; ,2 длина микрокоманд, соответственно, в заявляемом и базовом устройствах;С - число разрядов в адресном .и операционном полях микрокоманды;. М - число разрядов в управг ляющем поле микрокомандыоИз выражения (, Я) видно, что с увеличением С соотношение S . приближается к единице, а объем микропрограммной памяти в заявляемом устройстве - к минимальному, равному 75% от объема микропрограммной памяти в базовом объекте. Таким образом, максимальное сокращение микропрограммной памяти в заявляемом устройстве приближается k 25% от объема микропрограммной памяти в базовом объекте. ; Определим минимальное сокращение микропрограммной памяти при выполнении полного набора комбинаций из четырех микроприказов. Так как для выполнения этой задачи в базовом объекте Требуется 128 микрокоманд, ..то адресное поле микрокоманды должно иметь, как минимум, восемь разрядов (семь для вычисления адреса и один для указания типа, перехода). Так как количество комбинаций в полном наборе из четырех микроприказов равно б , то операционное поле микрокоманды имеет, как минимум, шесть разрядов. Тогда Ч 0,75 0,75 |Jj|- 0,825. Максимальный объем микропрограммной памяти в заявляемом устройстве составляет 82,5 от объема микропрограммной памяти в базовом объекте. образом в заявляемом устройстве сокращение микропрограммной памяти составлйет 17, по срав-; нению с базовым ъектом.

ie

Ю

ft

e

d

Ли

JL

JL

JL

JL

JL

A

JL

JL