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

4::

00

СП Изобретение относится к цифрово вычислительной технике и автоматик и может быть использовано .в програм мных у стройствах управления вычисл тельных машин. По основному авт.св. 951307 известно устройство, содержащее бл памяти микрокоманд, регистр микрокоманд, блок памяти признаков, регистр маски, регистр признаков, ре гистр индикации, блок элементов И и блок элементов ИЛИ, причем выход регистра индикации подключен к адресному входу блока памйти микрокоманд, выход которого соединен с информационным входом регистра микрокоманд, первый выход которого под ключен к управляющему .входу регистра маски, информационный вход которого подключен к входу логических условий устройства. Выход регистра маски через реги.стр признаков подключен к информационному входу блок памяти признаков. Второй выход регистра микрокоманд соединен с инфор мационным выходом устройства. Выход регистра индикации соединен с входом блока элементов ИЛИ, выход кото рого соединен с первым входом блока элементов И, второй вход которого подключен к выходу блока памяти при наков. Вь1ход блока элементов И соединен с информационным входом регистра индикации tl . Недостатком известногоустройств является большой объем памяти устройства, так как разрядность блока .ассоциативной памяти.признаков равн общему числу входных логических условий, хотя в каждом такте анализируется,, как правило, небольшое числ логических условий. Кроме -того,в блоке памяти микрокоманд необходимо хранить коды масок с избыточной раз рядностью. Цель изобретения - сокращение объема оборудования. Поставленная цель достигается тем, что в микропрограммное устройство управления введены второй и тр тий блоки элементов ИЛИ и второй блок элементов И, первый вход которого соединен с входом логических условий устройства, выход первого блока элементов ИЛИ подключен к вхо ду второго блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с вторым вхо.дом второго блока элементов И, выхо которого соединен с входом третьего блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом регистра маски. На.фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - граф-схема корректной микро програ ы; на фиг.З - размещение ука занной микропрограммы в блоке памяти микрокоманд; на фиг.4 - таблица правила замены входных логических условий для микропрограммы, изображенной на фиг.З; на фиг.5 - размещение указанной микропрограммы в блоке ассоциативной памяти признаков. Микропрограммное устройство управления (фиг.1) содержит блок 1 памяти микрокоманд, регистр 2 микрокоманд, блок 3 ассоциативной памяти признаков, регистр 4 маски, регистр 5 признаков, регистр 6 индикации, первый блок 7 элементов И, первый блок 8 элементов ИЛИ, второй блок 9 элементов ИЛИ, второй блок 10 элементов И и третий блок 11 элементов ИЛИ. Регистр 2 микрокоманд состоит из управляющего поля и поля для хранения кода маски. Выход управляющего поля регистра 2 микрокоманд является выходом всего микропрограммного устройства управления. Код маски содержит единицы только в тех разрядах, которые опрашивают значения логических условий, влияющих на выбор пути выполнения микропрограммы. Работы микропрограммного устройства управления (МПУУ) рассмотрим на примере выполнения микропрограммы, граф схема которой изображена на фиг.2, где у (i 0-17) - коды микрокоманд, ЗЛ j 1-8) - имена комплексов микрокоманд, коды которых выбираются за одно обращение к блоку 1 памяти микрокоманд и обрабатываются последовательно в порядке, диктуемом микропрограммой (имена комплексов микрокоманд соответствуют состояниям МПУУ, которые хранятся на регистре б индикации), а(т 1.-3) - обобщенные состояния МПУУ. В обобщенное состояние а |, объединяются те состояния S;, переход из которых в новое состояние определяется набором входных логических условий из одного узла разветвления микропрограммы. В рассматриваемом примере а S , а 2 (}5f(JS-,, а 3 SjUS. Размещение микропрограммы в блоке 1 памяти микрокоманд изображено на фиг.З. Поскольку микропрограмма, реализуемая МПУУ, является, как правило, объединной микропрограммой, полученной путем объединения более простых микропрограмм, число входных переменных, от которых существенно зависит каждый переход МПУУ, невелико по сравнению со множеством Р {Р-,...Р входных логических условий. Это свойство МПУУ приводит к значительному увеличению объема оборудования блока 1 памяти микрокоманд и блока 3 ассоциативной памяти признаков. Замена множества Р входных логических условий множеством X новых переменных производится с помощью второго блока 10 элементов И и третьего блока 11 элементов ИЛИ. Обозначим через P(afn) подмножество входных логических условий, определяющих все переходы из состояния а. В рассматриваемом примере Р(а ) Pi,P2} Р(аЪ fP,3 ; РЭ Р{аз) Р. , Из выражений (1) видно, что наи(большее число переменных (две) встречаются на переходах из состояния а. Обозначим в общем случае это число через G и образуем новое множество переменных X х - XQ. Ясно, что G L, однако для встречающихся на практике МПУУ средней сложности G значительно меньше числа L входных логических условий: G 5-10 1.. 40-60. В примере G 2, L 3. Замена множества Р входных логических условий множеством X новых пере менных производится с помощью второг блока 10 элементов И и третьего блока 11 элементов ИЛИ. Каждая ячейка блока 3 ассоциатив ной памяти признаков (фиг.5) хранит значения логических условий Х и Х2 Разряды ячейки блока 3 ассоциативной памяти признаков, которые не участвуют в сравнении, находятся в нулевом состоянии. Значения логических условий, влияющих на выбор пути в микропрограмме, выделяются при rioMo щи установки.соответствующих разрядов кода маски в единичные состояни В начальный момент времени на ре гистр 5 признаков поступает нулевой код. Производится сравнение содержи мого регистра 5 признаков и содержи мого блока 3 ассоциативной памяти признаков и вырабатывается сигнал |совпадения с содержанием первой яче ки блока 3 ассоциативной памяти при наков, который, пройдя через элемент 7 И, устанавливает в единичное Сой- тояние триггер 6 регистра б индикации , соответствующий первой ячейке блока 1 памяти микрокоманд, и выбирается информация, содержащая комплекс микрокоманд S -|(Уо,у гУ) - На ре гистр 4 маски поступает код 11. Пусть логические условия, которые .влияют на траекторию выполнения микропрограммы в данный момент времени имеют следующие значения:Р 1 x 1, Р2 . В этом случае на вход регистра 5 признаков поступает код 10. При совпадении содержимого регистра 5 признаков с содержанием второй ячейки блока 3 ассоциативной памяти признаков вырабатывается сиг Нс1Л совпадения, который пройдя через элемент Tj И, устанавливает в единичное состояние триггер 6 регистра б индикации, при опросе кото рого из блока 1 памяти микрокоманд выбрана информация, содержащая комплекс микрокоманд 8-3(77 г УЙ Уд) который должен выполняться после комплекса микрокоманд S(Уд,у,7) при значениях логических условий Р, 1 , Р2 0 , значение логического условия РЗ безразлично. Аналогично осуществляется выбор и других комплексов микрокоманд .в зависимости от состояния МПУУ и значений входных логических условий. Экономия управляющей памяти устройства достигается за счет замены входных логических условий из множества Р с мощностью, равной L, новым множеством X смощностью G « L. Это позволяет хранить в каждой ячейке блока 3 G значений логических условий вместо L значений в известном устройстве, хранить в каждой ячейке блока 1 памяти микрокоманд G разрядов кода маски вместо L, уменьшить разрядность регистра 2 микрокоманд, регистра 4 маски и регистра 5 признаков на Н L-G разрядов. С учетом сокращения объема оборудования блока 1 микрокоманд на п-Нхбит, где Н L-G (п - общее число комплексов микрокоманд в микропрограмме), общая экономия оборудования в предлагаемом устройстве по сравнению с известным равна (С+п)Н бит. Примем, . что для организации хранения одного бита информации в запоминающем устройстве необходимо D вентилей (вентиль - это схема И или схема ИЛИ, коэффициент объединения по входу которой для современного уровня технологии производства интегральных схем не меньше десяти). Тогда экономия оборудования в предлагаемом устройстве, оцениваемая число вентилей, превышает (2+n)HD вентилей. Объем дополнительно введенного оборудования: число схем ИЛИво втором блоке элементов ИЛИ равно числу t элементов множества В обобщенных состояний МПУУ, которое меньше общего числа г узлов разветвлений в микропрограмме, которое, в свою. очередь, всегда меньше общего числа п комплексов микрокоманд в микропрограмме - t ; г п. Общий объем дополнительно введенного оборудова- : ния равен i-(-2Gi-l вентилям, что, i - 2 . в свою очередь, в И -D раз меньше сэкономленного объема памяти, превышающего (+п) H-D вентилей (где hj равно мощности подмножества Р()) В настоящее время проблема сокращения аппаратурных затрат и повышения надежности устройств управления решается разнообразными методами: от организации новых структур устройств и применения оптимальных способов представления информации в запоминающем устройстве (в частMOCJH, способов, представления микропрограквиы в постоянном запоминающем устройстве) до применения интегральных схем постоянных и ассоциативных запоминающий устройств. Одним из примеров микропрограммного., устройства управления является блок микропрограммного управления (БМУ) процессора ЕС-2030, который принят за баэо вый объект.

Преимущества предлагаемого устройства:

структура устройства соответствует реально существующим ассоциативным, запоминающим устройствам (16x16,

16x8, 4x4, 256x4) с возможностью наращивания по словам и по разрядам;

количество ветвлений в микропрограмме, выполняемых за один такт не ограничено;

в известном устройстве использован принудительный метод формирования адреса следующей микрокоманды (каждая микрокоманда содержит информацию об адресе следующей микрокоманды, что усложняет процесс микропрограммирования), а в предлагаемом благодаря применению ассоциативной, памяти процесс микропрограммирования достаточно прост и удобен.

МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ по авт.св. № 951307, о тличающееся тем, что, с целью сокращения объема оборудования, в него введены второй и третий блоки элементов ИЛИ и второй блок элементов И, первый вход которого соединен с входом логических условий устройства, выход первого блока элементов ИЛИ подключен к входу второго блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго блока элементов И, выход которого .соединен с входом третьего блока .элементов ИЛИ, выход которого соеди,нен с информационным входом регистра маски.

Милропрограмнное устройство ynpafjrfftu/t

фиг 5

Логические условия из нового MHOtKccmfa переOSoSinfMttbteСостояний МЛУУ

5; -Of 1/02

82-ay

Xf BrPfV82pj неннык X

Ki

Рг

j tvT .

ia

На единичный ixoi

триггера 6i

Ля регистра микропоманВ

Huicp

f I

т t

«

I

9

Нулевые входы триггеров fju S