Многотактное микропрограммное устройство управления Советский патент 1985 года по МПК G06F9/22 

цируемых разрядов адреса регистра микрокоманд, выход модифицируемого разряда адреса которого соединен с первым информационньх входом группы мультиплексора, остальные информационные входы груйпы которого являются входами логических условий группы устройства, вюсод кода анализируемых логических условий регистра микрокоманд соединен с управляющим входом мультиплексора, выход которого соединен с И -м информационным входом второй группы ктадаутатора управляющий вход которого соединен с выходом признака конца команд регистра микрокомаад и является выходом индикации конца кшандм устройства, выход признака конца работы регистра микрокоманд соедииен с входом установки в триггера пуска и является выходе индикадаи конца работы устройства, га выходов дешифратора соединены с входами уста НОНКИ в О соответствующих m триггеров второй группы, нулевые выходы которых соединены с первыми входами

; соответствующих т элементов И группы, вторые входы которых соединены

с единичными выходами соответствую.щих m триггеров первой группы, входы синхронизации которых соединены с входами синхронизации m триггеров второй группы и с (гп+1)-м выходом дешифратора, выход первого элемента И соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом одновибратора, выход второго элемента И соединен со счетным входом счетчика, выходы группы дешифраторов соединены с третьими входами соответствуннцих элементов И группы, выходы которых являются управляювщми выходами группы устрой.ства.

МНОГОТАКТНОЕ МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд, счетчик, генератор тактовых импульсов, первую группу триггеров, группу дешифраторов, первую группу элементов ИЛИ, дешифратор, первый элемент И и элемент задержки, причем выход регистра адреса соединен с адресньм входом блока памяти микрокоманд, выход которого соединен с информационньм входом регистра микрокоманд, группы выходов кодов змикроопераций которого соединены с соответствующими группами входов депшфраторов группы, выходы которых соединены с соответствующими входами m элементов ИЛИ первой группы, выходы которых соединены с информационными входами триггеров первой группы, нулевые выходы которых соединены с входами первого элемента И, выход счетчика соединен с входом дешифратора, fh выходов которого (т 1,2,..., где т- количество многоТактных микроопераций) соединены с входами установки в О соответствующих m триггеров первой группы, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет реализации алгоритмов с произвольными точками начала и конца микроопераций, оЛо дополнительно содержит вторую группу триггеров, группу элементов И, вторую группу элементов ИЛИ, коммутатор, мультиплексор, триггер пуска, второй элемент И, первый и второй элементы ИЛИ и одновибратор, причем вход пуска устройства соединен с первым входом kn первого элемента ИЛИ и с входом элемента задержки, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и с входом установки в 1 триггера пуска, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с прямым входе второго элемента И, СД инверсный вход которого соединен с выходом одновибратора, с входом ус тановки в О счетчика, с входом синхронизации регистра микрокоманд и с вторив входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом синхронизации регистра адреса, информационный вход которого соединен с выходом коммутатора, первая группа информационных входов которого является группой входов кода команды устройства, Сп-t) информационных входов второй группы коммутатора (,2,..., где I) - разрядности, адреса блока памяти микрокоманд) соединены с (п-1) выходами немодифи

Изобретение относятся к вычислительной технике и кожет быть использовано при построении ьикропррграммируемых контроллеров для АСУ технологическими процессами,

Известны многотактные микропрограммные устройства управления, содержащие блок памяти, регистр адреса, регистр микрокоманд, дешифраторы, логические элемента И, ИШЩиГз.

В этик устройствах реализуется принцип нанопрограммйрования, представляющего собой уровень микропрограммного управления, допгускающий задание временной последовательности управляющих сигналов (наноопер aцvIй),

Недостатками указаннад устройств являются низкая экономичность, обусловленная разнотийным форматом однотактных м многотактньк микрокоманд, и узкая область применения, вызванная ограниченной йшенклатурой процедур нанопрогра1 йрованйя.

Наиболее близким к предлагаемому является многотактное микропрограммное Устройство управления, содержащее блок памяти, регистры адреса и микрокоманд, счетчик, генератор

импульсов, группу триггеров, группу дешифраторов, дешифратор, группу элементов ИЛИ, элемент И, элемент задержки, причем выход генератора импульсов является тактовьм выходом устройства и соединен со счетным входом счетчика, выходы которого соединены с входами дешифратора,выходы которого соединены с нулевыми входами группы триггеров, выходы группы дешифраторов являются информационными выходами устройства и сое динены с соответствующими входами грутнш элементов ИЛИ, выходаг которых соединены с единичнымивходами грзшпы триггеров, выходы которых соединены с входами элемента И, выход которого соединен с входом регистра адаеса, а через элемент задержки с нулевьм входом счетчика, выход регистра адреса соединен с входом памяти, выход которого соединен с входом регистра микрокоманд, выходы которого соединены с входами группы дешифраторов Ез1.

Недостатком известного устройства яйляется узкая область применения, обусловленная тем, что в указанном , устройстве невозможно в пределах од-j микротакта реализовать набор микро (нано) операций,, имеющих различные моменты начала и конца формирования управляющих сигналов.. В данном устройстве микротакт, а соответственно и микрокоманда, заканчива ются одновременно с окончанием самой дпинной микрооперации. Это обстоятельство существенно сужает область применения устройства в качестве контроллера АСУТП, в которых требует ся реализовать сложные многотактные алгоритмы управления, что обусловлено следующими причинами: при реализа ции алгоритмов, содержащих управляющие сигналы различной длительности, длина микротакта должна выбираться исходя из дпительности самого короткого сигнала, действующего в его пре делах. Это приводит к значительному увепичению числа микрокоманд, хранимых в блоке памяти, а в конечном ито ге - к снижению надежности устройства. Количественное увеличение числа микрокоманд оценивается выражением . (щ+1с;), (1) где nj и К; - число различных начал и концов управляющих сигналов в микрокоманде, М; , N - число микрокоманд. Снижение надежности устройства происходит в этом случае также и вследствие увеличения вероятности сбоя в связи с ростом частоты обраще ния к блоку памяти. .. 1®° пропорционально росту числа микрокоманд ( а следовательно, и обращений к блоку памяти): сггн еь N При выполнении алгоритмов, содержащих .управлякнцие сигналы, длительность которых приближается к времени считывания информации из блока памяти, использование известного устройства становится невозможным в силу реальных технических ограничений по быстродействию. Таким образом, вследствие рассмотренных причин известное устройство имеет ограниченную область применения в АСУТП, в которых реализуются алгоритмы управления рассмотренного класса. Цель изобретения - расширение области применения за счет реализации алгоритмов с произвольными точками начала и конца микроопераций. Поставленная цель достигается тем, что в многотактное микропрограммное устройство управления, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд, счетчик, генератор тактовых импульсов, первую группу триггеров, груп„у дешифраторов, первую группу элементов ИЛИ, дешифратор, первый эле„ент И и элемент задержки, причем выход регистра, адреса соединен с адресным входом блока памяти микрокоманд, выход которого соединен с информационньм входом регистра микрокоманд, группы выходов кодов микроопераций которого соединены с соответствующими группами входо13 дешифраторов группы, выходы которых соединены с соответствуюй мн входами m элементов ИЛИ первой группы, выхолы которых соединены с информационными входами триггеров первой группы, нулевые выходы которых соединены с входаьй первого элемента И,выход счетчика соединен с входом дешифратора, m выходов которого (,2,..., где m - количество многотактных микроопераций) соединены с входами установки в О соответствующих m триггеров первой группы введены вторая группа триггеров, группа элементов И, вторая группа элементов ИЛИ, коммутатор, мультиппексор, триггер пуска, ВТОРОЙ элемент И, первый и второй элементы ИЛИ и одновибратор, причем вход пуска устройства соединен с первьм входом первого элемента ИЛИ ис входом элемента задержки выход которого соединен с первьм входом второго элемента ИЛИ и с входом установки в t триггера пуска, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с прямым входом второго элемента И, инверсный вход кото рого соединен с выходом одновибратора, с входом установки в О счетчика, с входом синхронизации регистра микрок 1анд и с вторым входом первого элемента ШШ« выход которого соединен с входом синхронизаищ регистра адреса, информационный вход которого соединен с выходом к 1мутатора, первая группа информационных входов которого является группой входов кода команды устройства, (п-1) информационных входов второй группы коммутатора (п , где п - разрядность адреса блока памяти микрокоманд).соединены с (ц-1) выходами немодифицируемьк разрядов адреса регистра й1крокоманд, выход модифии.ируемого разряда адреса которого соединен с первым информахщонньм входом группы мультиплексо ра, остальные инфорч ационные входы группы которого являются входами логических условий группы устройства выход кода анализируемых логических условий регистра микрокоманд соединен с управлякдцим входом мультиплексора, выход которого соединен с п -м информационным входом второй группы коммутатора, управлякщнй вход которого соединен с выходом признака конца команда регистра микрокоманд и является выходом индикации конца команды устройства, выход признака конца работы регистра микрокоманд с входом установки в О триггера пуска и является выходом индикации конца работы устройства, m выходов дешифратора соединены с входами уста новки в О соответствующих rti триг геров второй группы, нулевые выходы которых соединены с первыми входами соответствую Ч сс- m элементов И груп пы, вторые входы которых соединены с единичными выходами соответствующих m триггеров первой группы, входы синхронизации которых соединены с входами синхрониза1щн tn триггеров второй групгаы и с ()-м выходом дешифратора, выход первого элемента И соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соедине с входом одновибратора, выход второго элемента И соеданен со счетным : входом счетчика, выходы группы дешиф раторов соединены с третьими входами соответствующих элементов И группы, выходы которьк являются управлшощими выходами группы устройства, Введение коммутатора и мультиплексора и обусловленных ими связей позволяет управлять передачей и модификацией адреса. Введение первого и второго элементов ИЛИ, второго элемента И и одновибратора и обусловленных ими связей позволяет управлять записью информации в регистры адреса и микрокоманд и счетчиком. Введение триггера пуска и новых связей элемента задержки дает возможность управлять пуском генератора импульсов и формировать сигнал первоначального занесения информации в регистры адреса и микрокоманд. На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства. Функциональная схема многотактного микропрограммного устройства управления (фиг.1) содержит блок 1 памяти микрокоманд, регистр 2 адреса, регистр 3 микрокоманд, счетчик 4, дешифратор 5, группу дешифраторов 6 ,... ,6е, мультиплексор 7, ко Фгутатор 8, генератор 9 тактовых импульсов, триггер 10 пуска, вторую группу триггеров 11 , ..., 11f, (начала микроопераций), первую группу триггеров 12,...,12)с (конца микроопераций), группу 13 элементов И, второй элемент И 14, первый элемент И 15,вторую 16,...,16п и первую 17,...,17к группы элементов ШШ, первый элемент ИЛИ 18, второй элемент ИЛИ 19, одновибратор 20, элемент 21 задержки, группу 22 входов кода команды, группу 23 входов логических условий, вход 24 пуска, группу 25 кода анализируемых логических условий регистра микрокоманд, выход 26 модифицируемого разряда адреса регистра микрокоманд, группу 27 выходов немодифицнруемых разрядов адреса регистра микрокоманд, группы 28g выходов кодов микроопераций регистра микрокоманд, выход 29 признака конца команды регистра микрокоманд, выход 30 признака конца работы perHCTjpa микрокоманд и группу 31 управляющих выходов. Предлагаемое устройство работает следующим образом. I В исходном состоянии элементы памяти находятся в О, на выходе 29 регистра 3 имеет место логическая 1. После прихода кода адреса на группу 22 входов подается командй Пуск на вход 24, которая представляет собой единичный импульс. По заднему фронту этого импульса происходит запись кода операции (начального адреса) в регистр 2,. Задержанный на величину ьз элемен том 21 задержки импульс пуска переводит триггер 10 пуска в единичное состояние. Единичный сигнал с выхода триггера 10 разрешает формирование тактовых импульсов генератору 9 тактовых импульсов. Одновременно по сигналу на выходе элемента ИЛИ 19 одновибратор 20 формирует единичный сигнал, который запрещает подачу импульсов с выхода генератора 9 тактовых импульсов на счетчик 4. Кроме того, по переднему фронту импульса на выходе одновий атора 20 происходит считывание микрокоманды из блока 1 памяти в регистр микрокоманд. Микрокоманда считывается по адресу, записанному в регист ре 2. Время формирования импульса на выходе одновибратора 20 определяется временем формирования адреса очередной микрокоманды. Последнее состоит из времени проверки логического условия и модификации мпадшего разряда адреса.мультиплексором 7 и времени коммутации адреса коммутатором 8. В течение этого импульса также осуществляется дешифрация кодов микроопераций, поступающих с групп 28 ,... ,28g входов регистра 3, дешифраторами 6,...,6е. По заднему фронту импульса на выходе одновибратора 20 осуществляется запись адреса очередной микрокоманды в регистр 2. Одновременно открывается элемент И 14 и разрешает поступление сигналов с выхода генератора 9 такто вых импульсов на счетный вход счетчи ка. Каждый выход дешифраторов 6|,.,, 6j соответствует одной мик1}ооперации Если данная микрооперация начинается после i -го нанотакта и прекращается после 1 -го нанотакта внутри микротакта, то вькод дешифратора, соотве ствующ 1й данной микрооперации, соединен через один из элементов ИЛИ 16группы с информационным входом триггера начала группы 11 триггеров обнуляемого после i -го нанотакта, а через один из элементов ИЛИ групп 17- с информационным входом тригге ра конца группы 12 триггеров, обнул емого после i -го нанотакта. Нулево выход триггера начала и единичный выход триггера конца подключены к 638 соответствующему элементу И 13, со ответствуювдего-данной микрооперации. Первый импульс генератора 9 тактовых импульсов возбуждает первый выход дешифратора 6. Данный сигнал переводит триггеры группы 11 и 12jHa информационные входы которых подается единичный сигнал, в единичное состояние. В дальнейшем осуществляется последовательное обнуление данных триггеров и формирование выходных сигналов в данном микротакте. После обнуления последнего триггера конца группы 12 триггеров на выходе элемента И 15 формируется перепад О в 1 . По этому перепаду одновибратор 20 формирует единичный импульс. Он закрывает элемент И 14, прекращает подачу импульсов с выхода генератора 9 тактовых импульсов на вход счетчика 4. Кроме того, данный импульс обнуляет счетчик 4, разрешает считывание очередной микрокоманды из блока 1 памяти микрокоманд в регистр 3, Считывание происходит по адресу, записанному в регистре 2. В дальнейшем работа устройства повторяется. Расширение области применения при использовании предлагаемого устройства количественно может быть оценено через снижение суммарного числа микрокоманд, необходимого для реализации заданного алгоритма управления, что в cfeoro очередь приводит к уменьшению объема памяти, повышению надежности устройства, Относительное уменьшение требуемо го числа микрокоманд с учетом фор- мулы (1) может быть определено выражением: , ,2:(ni + k;VN .(00% прип, k; 0,01.W8N(0,02N-1) 100% при N л 80-100 8N 160-200%, Кроме того, расширение области применения достигается за счет существенного снижения ограничений требований к минимальной дпине управляющих сигналов, поскольку в этом случае она определяется только частэтой генератора, а не временем об- ращения к блоку памяти. Указанное об стоятельство способствует расшире91

НИК).области применения устройства и благодаря повьшению точности фор шpoвaния микропрограмм, поскольку она определяется в предлагаемом устройстве в основном стабильностью генератора импульсов и незначительно зависит от разброса параметров блока памяти.

15196310

Таким .образом, предлагаемое уст, ройство имеет более широкую область применения, поскольку может в отличие от известного устройства применяться в качестве контроллера АСУ ТП, реализующего сложные алгоритмы управления с управляющими сигналами различной длительности.