Микропрограммное устройство управления Советский патент 1984 года по МПК G06F9/22 

1 11 Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к микропрограммным устройствам управления, и может быть использовано в цифровых вычислительных системах, а также терминальной аппаратуре. Известно микропрограммное управляющее устройство, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр микрокоманд, регистр адреса, блок проверки условий, группу элементов И, регистр блокировки, генератор импульсов, эле мент И til . Недостатком данного устройства является ограниченньм набор комбинаций микроприказов, вьщаваемых в каждой отдельной микрокоманде. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является микропрограммное управляющее устройство, содержащее блок памяти микрокоманд , регистр адреса, регистр.микроко манд .генератор тактовых импульсов, блок контроля условий,первый и второй счетчики и шифратор,причем первая группа входов блока контроля условий соединена с группой выходов кода адреса регистра микрокоманд, группа информационных входов которого соединена с первой группой информационных выхо дов блока памяти микрокоманд, группа адресных входов которого соединена с группой информационных выходов регистра адреса, группа информационных входов которого соединена с rpyn пой выходов блока контроля условий, вторая группа входов которого соединена с группой входов кода логических условий устройства, группа выходов кода операций регистра микрокоманд соединена с группой выходов кода операций устройства, а группа выходов шифратора соединена с группой управляющих выходов устройства, первая группа входов шифратора соединена с группой выходов кода управления регистра микрокоманд, вход разреще-. НИН записи которого соединен с входа ми разрешения записи первого и второ го счетчиков и с выходом заема второ го счетчика, счетный вход которого соединен со счетным входом первого счетчика, с входом синхронизации регистра микрокоманд, с выходом генера тора тактовых импульсов и входом синхронизации регистра адресаi вход установки в ноль которого соединен с входом начальной установки устрой12ства и с входом установки в ноль второго счетчика, группа информационных входов которого соединена с второй группой информационных выходов блока памяти микрокоманд, третья группа информационных выходов которого соединена с группой информационных входов первого счетчика, группа информационных выходов которого соединена с второй группой входов шифратора. Шифратор содержит входной дещифратор п элементов ИЛИ (, 2,...) и (п-1), дешифраторов, причем выходы j-ro дешифратора (, 2,... (-1) ) соединены соответственно с j-ми входами п элементов ИДИ, вьпсоды которых соединены соответственно с выходами группы выходов шифратора, группа входов (и-1)( дешифраторов соединена с второй группой входов шифратора, управляющий вход j-ro дешифратора соединен с J-M вьпсодом входного дешифратора, группа входов которого соединена с первой группой входов шифратора 2. Недостатком данного устройства является его сложность, обусловленная, большим оборудованием шифратора. Цель изобретения - упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем, что в микропрограммном устройстве управления, содержащем блок памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд, генератор тактовых импульсов, блок контроля условий, первый и второй счетчики и шифратор, содержащий входной дешифратор, м-элементов ИЛИ (,2,...) и (и -1)i/2 дешифраторов, причем первая группа входов блока контроля условий соединена с группой выходов кода адреса регистра микрокоманд, группа информационных входов которого соединена с первой группой информационных выходов блока памяти микрокоманд, группа адресньк входов которого соединена с группой информационных выходов регистра адреса, группа инфор|мацио21ных входов которого соединена с. группой выходов блока контроля условий, вторая группа входов которого является группой входов кода логических условий устройства, группа выходов кода операции регистра микрокоманд является группой выходов кода операций устройства, вход разрешения записи регистра микрокоманд соединен с входами разрешения

311

записи первого и второго счетчиков и выходом заема второго счетчика, счетный вход которого соединен со счетным входом первого счетчика, входом синхронизации регистра микрокоманд, входом синхронизации регистра адреса и с выходом генератора. тактовых импульсов, вход установки в О регистра адреса является входом начальной установки устройства и соединен с входом установки в О второго счетчика, группа информационных входов которого соединена с второй группой информационных выходов блока памяти микрокоманд, третья группа информационных выходов которого соединена с группой информационных входов первого счетчика, группа информационных выходов которого соединена с входами (п-1)/2 дешифраторов , группа вькодов кода управления регистра микрокоманд соединена с группой входов входного дешифратора, выходы i-ro дешифратора (,2,..., (10-1)1/2) соединены соответственно с i-ми входами tq элементов ИЛИ, выходы которых являются управляющими выходами устройства, стробирующий вход i-ro дешифратора соединен с i-м выходом входного дешифратора выход бита управления формированием управляющих сигналов регистра микрокоманд соединен с входом управления направлением счета первого счетчика.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - схема блока контроля у словйй; на фиг. 3 - схема шифратора; на фиг. 4 - временная диаграмма работы устройства.

Микропрограммное управляющее устройство содержит блок 1 памяти микрокоманд, регистр 2 микрокоманд, регистр 3 адреса, блок 4 контроля условий, генератор 5 импульсов, первый 6 и второй 7 счетчики, шифратор 8, группу выходов 9 и группу входов 10 устройства, вход 11 начальной установки, группу выходов 12 устройства.

Блок 4 контроля условий (фиг. 2) содержит группы элементов 13 И и 14 ИЛИ.

Шифратор 8 (фиг. 3) содержит (входной дешифратор 15, группу дешифраторов 16 и группу элементов 17 ИЛИ

На фиг. 4 обозначено: 18 - сигнал начальной установки на входе 11 устройства; 19 - импульсы на выходе генератора 5 импульсов; 20 - сигнал зйема на управляющем выходе счетчи14

ка 7; 21, 22, 23, 24 - сигналы на четвертом, третьем, первом и втором выходах шифратора 8 соответственно.

Микропрограммное управляющее уст5 ройство работает следующим образом. Для приведения устройства в исходное состояние на его вход 11 подается сигнал 18, по которому регистр 3 адреса и счетчик 7 устанавливают0 ся в О. По нулевому адресу из блока 1 памяти микрокоманд выбирается начальная микрокоманда и поступает на информационные входы регистра 2 микрокоманд. На выходе заема счетчи5 ка 7 вырабатывается сигнал 20 заема и поступает на входы разрешения записи регистра 2 микрокоманд и счетчиков 6 и 7. По импульсу 19 соответствующие части микрокоманды заносятся

0 в регистр 2 микрокоманд и счетчики 6 и 7.

Каждая микрокоманда состоит из трек частей - адресной, операционной и управляющей.

5 В адресной части микрокоманды кроме кода, по которому определяется адрес следующей микрокоманды, содержится один разряд, значение которого определяет тип перехода (условный

0 или безусловный) к следующей микрокоманде. Адресная часть микрбкоманды поступает с группы выходов кода адреса регистра 2 микрокоманды на первую группу входов блока 4 контро, ля условий.

Операционная часть микрокоманды содержит код операции, которую выполняют операционные схемы, управляемые данным микропрограммным управляющим

Q устройством. Операционная часть микрокоманды поступает с группы выходов кода операции регистра 2 микрокоманд на группу выходов 9 устройства.

В управляющей части микрокоманды

5 задается информация о комбинации и числе микроприказов, которые вьдают-. ся при выполнении данной микрокоманды.

Для более четкого понимания рас-

П смотрим дальнейшую работу устройства для случая, когда максимальное число микроприказов, выдаваемых в одной микрокоманде, равно, например, четырем.:

Полный набор комбинаций из четы5

рех микроприказов представлен в табл. 1. Микроприказы обозначены порядковыми номерами - 1 - 4. Из 1т-абл. 1 видно, что общее число ком7111характера для комбинаций микроприказов любого из восьми участков вьще ленной зоны табл.1. Таким образом, набор комбинаций микроприказов, представленный в табл. 2, является функционально полным для работы устройства в данном случае. В соответствии с табл. 2 производится распределение полей в управляющей части микрокоманды и построение шифратора 8. Управляющая часть микрокоманды включает в себя три поля и бит управления направлением счета. В пер вом поле задается номер строки в соответствии с табл. 2-. Номер строки оказывается занесенным в регистр 2 микрокоманд и поступает с его управляющих выходов на входы шифратора 8. Во втором поле управляющей части микрокоманды задается номер колонки согласно табл. 2. Номер колонки оказывается занесенным в счетчик 6 и поступает с его выходов на входы шиф ратора 8. В третьем поле задается количество микроприказов, выдаваемых в микрокоманде. Это поле оказывается занесенным в счетчик 7. Бит управления направлением счета поступает на соответствуюп й вход счетчика 6. Входной дешифратор 15 является де 1щифратором строк в соответствии с табл. 2. На его входы поступают сигналы с управляющих выходов регистра 2 микр6ш)манд. Каждому- из группы дешифраторов 16 соответствует строка в табл. 2; первому - нулевая, второму - первая и т.д.Соединение выходов кавдого дешифратора .16 с входами группы элементов 17 ИЛИ соответст вует расположению микроприказов в со ответствующей строке. Например, .первый - четвертый выходы первого дешиф ратора соединены соответственно с входами первого - четвертого элементов 17 ИЛИ, а первый - четвертый вы ходы второго дешифратора 16 соединены соответственно с входами первого, второго, четвертого и третьего элементов 17 ИЛИ и т.д. Например, для выполнения текущей микрокоманды необходимо четьфе мик- ротакта, причем в первом - четвертом микротактах единичный сигнал должен присутствовать соответственно на четвертом, третьем, первом и втором выходах шифратора 8. Такую прследовательность микроприказов можно получить, осуществляя циклический перебор слева нап-раво комбинадни микроприказов в первой строке табл. 2, начиная с второй колонки. Поэтому номер строки, поступающий с группы выходов кода управления регистра 2 микрокоманд на входы шифратора 8, равен единице, а номер колонки на выходах счетчика 6 двойке. Код в счетчике 7, определяющий количество вьщаваемых микроприказов, равен тройке (на единицу :меньше числа выдаваемых микроприказов). Значение бита управления направлением счета равно нулю, что соответствует режиму счета с прибавлением счетчика 6. По номеру строки, равному единице, единичный сигнал вырабатывается на втором выходе входного дешифратора 15, в результате чего выбирается второй дешифратор 16. По номеру колонки, равному двойке, единичный сигнал вырабатывается на третьем выходе второго дешифратора 16. Сигнал с третьего выхода второго дешифратора 16 поступает на вход чет вертого элемента 17 ИЛИ, в результате чего вырабатывается сигнал 21 и присутствует в течение первого микротакта . Во втором микротакте по импульсу 19и при нулевом значении сигнала 20к содержтюму счетчика 6 прибавляется единица, а от содержимого счетчика 7 вычитается единица. Содержимое регистра 2 микрокоманд не изменяется. В результате номер колонки в счетчике 6 становится равным тройг ке, а код в счетчике 7 - двум. По .номеру колонки, раиному тройке, единичный сигнал вырабатывается на четвертом выходе второго дешифратора 16. Этот сигнал поступает на вход третьего элемента 17 ИЛИ, в результате чего вырабатывается сигнал 22. В третьем микротакте по импульсу 19 к счетчлку 6 прибавляется единица, в результате чего его содержимое переполняется. Старшая единица выходит за пределы разрядной сетки, а в счетчике 6 остается код, равный нулю.Из счетчика 7 вычитается единица, в результате чего его содержимое становится равным единице. По нулевому номеру колонки единичный сигнал выpaбaтfaiвaeтcя на первом выходе второго дешифратора 16, в результате чего вырабатывается сигнал 23. В четвертом микротакте по импульсу 19 к содержимому счетчика 6 прибавляется единица. По номеру колонки, равному единице, единичный сигнал вырабатывается на втором выходе второго дешифратора 16, в результате чего вырабатывается сигнал 24. Из счетчика 7 вычитается единица. Содержимое счетчика 7 становится равным нулю, в результате чего вырабатывается сигнал 20.

В очередном микротакте по импульсу 1 9 и при единичном значении сигнала 20 в регистр 2 микрокоманд, счетчик 6 и счетчик 7 заносится следующая микрокоманда.

До этого момента времени по адресной части текущей микрокоманды в блоке 4 контроля условий формировался адрес следующей микрокоманды. Если разряд, указывающий на тип перехода, равен нулю (безусловный переход) , то элементы 13 И оказываются закрытыми и адрес следующей микрокоманды определяется непосредственно из адресной части текущей микрокоманды. При условном переходе элементы 13 И открыты, и адрес следующей микрокоманды формируется в зависимости от значения сигналов условий, поступающих из операционных схем на вход 10 устройства. По импульсу 19 сформированньй блоком 4 контроля условий адрес заносится в регистр 3 адреса, в результате чего из блока 1 памяти микрокоманд выбирается соответствующая микрокоманда Таким образом, заносимая в регистр 2 и счетчики 6 и 7 микрокоманда оказывается заранее подготовленной. Например, для выполнения этой микрокоманды необходима последовательность из четырех микроприказов, при которой единичный сигнал должен присутствовать на четвертом, второй, первом и третьем выходах шифратора 8. Такую последовательность микроприказов можно получить, осуществляя циклический перебор справа налево комбинаций микроприказов в первой строке табл. 2,

начиная со второй колонки. В этом случае номер строки, номер колонки и число выдаваемых микроприказов имеют те же значения, что и при выполне-, НИИ предьиущей микрокоманды. Значение бита управления направлением счета равно единице, что соответствует режиму счета с вычитанием счетчика 6 Выполнение этой микрокоманды (на

фиг. 4 для упрощения не показано) производится аналогично предыдущей, за исключением того, что из счетчика 6 в каждом микротакте вычитается единица. Единичный сигнал последовательно вырабатывается на четвертом, втором, первом и третьем выходах щифратора 8.

Принцип работы устройства, показанный для случая с четырьмя микроприказами, закономерен для любого количества микроприказов. При этом истинно следующее соотношение:

о л- (±±)

2 а .

где S - количество комбинаций микроприказов функционально полного набора для работы устройства (содержимое табл. 2);

п - максимальное число микроприказов, вьщаваемых в одной микрокоманде.

Например, при п равном 3, 4,5 значение S равно соответственно 1,3,12. . В данном устройстве по сравнению с прототипом для построения шифратора необходимо в два раза меньше дешифраторов. Соответственно сокращается в два раза количество входов элементов ИЛИ и соответствующих связей. Введение в микрокоманду бита управления направлением счета компенсируется сокращением на один разряд поля номера строки в управляющей части микрокоманды.

Таким образом, предложенное устройство имеет более простую конструкцию по сравнению с прототипом.

9991212

12

МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ, .содержащее блок памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд , генератор тактовых импульсов, блок контроля условий, первый и второй счетчики и шифратор, содержащий входной дешифратор, п элементов ИЛИ (и 1,2,...) и (vi-1)/2 л дешифраторов, причем первая группа входов блока контроля условий соединена с группой выходов кода адреса регистра микрокоманд, группа информационных входов которого соединена с первой группой информационных выходов блока памяти микрокоманд, группа адресных входов которого соединена с группой информационных выходов регистра адреса, группа информационных входов которого соединена с группой выходов блока контроля условий, вторая группа входов которого является группой входов кода логических условий устройства, группа выходов кода операции регистра микрокоманд является группой выходов кода опера- ций устройства, вход разрешения записи регистра микрокоманд соеда1нен с входами разрешения записи первого и второго счетчиков и выходом заема второго счетчика счетный вход которого соединен со, счетным входом первого сметчика, входом синхронизации регистра микрокоманд, входом синхронизации регистра адреса и выходом генератора тактовых импульсов, вход установки в О р.егистра адреса является входом начальной установки устройства и соединен с входом установки в О второго счетчика, групг па информационных входов которого соединена с второй группой информационных выходов блока памяти микрокоманд, третья группа информационных выходов которого соединена с групV) пой информационных входов первого счетчика, группа информационных выходов которого соединена с входами (и -1) /2 дешифраторов, группа выходов кода управления регистра микрокоманд соединена с.группой входов входного дешифратора, выходы i-го дешифратора (,2,..., (и-1)/2) соединены соответственно с i -ми входами п элементов ИЛИ, выходы которых являются управляющими выходами устOi ройства, стробирующий вход г-го дешифратора соединен с г-м выходом ;входного дешифратора, о т л и ч а ющ е ее я тем, что, с целью упрощения устройства, выход бита управления формированием управляющих сигналов регистра микрокоманд соединен j с входом управления направлением сче;та первого счетчика.

11

10

ю

10

(риг. Г

{риг.2

фиг.З

ФигЛ