Микропрограммное устройство управления Советский патент 1985 года по МПК G06F9/22 

ющему входу второго блока памяти, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И и вторым входом элемента И блока управления, выход элемента ИЛИ которого подключен к второму входу первого элемента И, первым входам второго и третьего элементов И, выходы третьего, четвертого и пятого блоков элементов ИЛИ соединены соответственно с входом второго регистра адреса, информационным входом счетчика адреса и информационным входом счетчика блока управления, выходы первого, второго, третьего, четвертого и пятого элементов ИЛИ подключен соответственно к входу первого одновибратора, входу элемента эадержки, входу второго одновибратора, первому входу третьего элемента ИЛИ и первому входу первого элемента ИЛИ, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с входом пуска устройства, выходом второго элемента И и выходом третьей метки первого регистра микрокоманды, вход сброса которого подключен к выходу элемента задержки, первый и второй входы второго элемента ИЛИ соединены соответственно с выходом первой метки первого регистра микрокоманды и выходом элемента ИЛИ блока управлени первый и второй входы четвертого бло элементов ИЛИ подключены соответстве но к выходу второго блока элементов И и второму адресному выходу первого блока коммутаторов, третий адресный выход которого соединен с первым входом третьего блока элементов ИЛИ, второй и третий входы которого подклю чены соответственно к выходу первого блока элементов И и второму адресном выходу второго блока коммутаторов, первый, второй и третий входы второг блока элементов ИЖ соединены соотве 1 1. ственно с информационными выходами первого и второго блоков коммутаторов и первого регистра микрокоманды, второй 9 третий входы третьего элемента ИЛИ подключены соответственно к выходу третьего элемента И и выходу первой метки первого регистра микрокоманды, первый и второй информационные входы, первый, второй и третий управляю1цие входы второго блока коммутаторов соединены соответственно с адресным и информационным выходами второго регистра микрокоманды, выходом дешифратора, выходами первой и второй метки второго регистра микрокоманды, кроме того, вторые входы второго и третьего элементов И подключены к выходу второй метки второго регистра микрокоманды, первый и второй входы пятого блока элементов И соединены соответственно с информационным выходом первого блока коммутаторов и выходом третьего блока элементов И, пятый и шестой информационные входы, первый, второй, третий, четвертый и пятый управляющие входы первого блока коммутаторов подключены соответственно к первому дополнительному и второму дополнительному адресным выходам, выходу первой метки, выходу второй метки, дополнительному выходу первой метки, дополнительному выходу второй метки третьего регистра микрокоманды и входу логических условий устройства, первый и второй входы четвертого элемента 1ШИ соединены соответственно с выходом первой метки и дополнительным выходом первой метки третьего регистра микрокоманды, а первый и второй входы пятого элемента ИЛИ подключены соответственно к выходу второй метки и дополнительному выходу второй метки третьего регистра микрокоманды.

МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО. УПРАВЛЕНИЯ, содержащее три блока памяти, два регистра адреса, три регистра микрокоманды, первый блок коммутаторов, дешифратор, блок дешифраторов микроопераций, четыре блока элементов ИЛИ, три блока элементов И, четыре элемента ИЛИ и блок управления, «ключающий элемент И, счетчик и элемент ИЛИ, вход и выход которого соединенны соответственно с прямым выходом счетчика и первым входом элемента И., выход которого подключен к счетному входу счетчика, информационный вькод которого соединен с входом дешифратора, выходы первого, второго и третьего блоков памяти подключены к информационным входам соответственно первого, второго и третьего регистров микрокоманды, первый адресньй %ыкод, первый операционный выход, второй адресный ВБПСОД и второй операционный вьвсод третьего регистра микрокоманды соединены соответственно с первым, вторым, тре.тьик и четвертым информационными пходами первого блока коммутаторов, первый вход первого блока элементов ИЛИ подключен к адресному входу устройства, а вход и выход блока дешифраторов микроопераций соединены соответственно с выходом второго блока элементов ИЛИ и В1-ходом устройства, о т ли ч а ю 1Ц е е с я тем, что, с целью увеличения быстродействия, оно содержит счетчик адреса, второй блок коммутаторов, три элемента И, пятый элемент ИЛИ , элемент задержки, генератор тактовых импульсов и два одновибратора, выходы которых подключены к управляющим входам соответственно первого и третьего блоков памяти, выходы первого и второго регистров адреса и счетчика адреса соединены с адресными входами .соответственно первого, третьего и второго блоков памяти, второй, третий и четвертый входы и выход первого блока элементов ИЛИ.подключены соот9д ветственно к адресному выходу первого регистра микрокоманды,первым адресным выходам первого и второго блоков коммутаторов и входу первого регистра адреса, первые входы первого, второго и третьего блоков элементов И соединены с дополнительным адресным выходом первого регистра микрокоманды, выход первой метки которого подключен к вторым входам первого и второго блоков элементов И, выход второй метки первого регистра микрокоманды соединен с третьим входом второго блока элементов И и вторым входом третьего блока элементов И, выход первого элемента И подключен к счетному ВХОДУ счетчик а адреса h управля

1 Изобретение оЯ-носится к вычисли. тельной технике и автоматике и может быть использовано при построении

микропрограммных устройств и систем

повышенного быстродействия.

Цель изобретения - увеличение быстродействия устройства.

На фиг. 1 представлена функци онапьная схема предлагаемого микропрограммного устройства управления; на фиг. 2 - функциональная схема второго блока коммутаторов; на фиг. 3 функциональная схема первого блока коммутаторов; на фиг. 4 - фун1 циональ ная схема блока управления; на фиг. 5 - функциональная схема блока дешифраторов микроопераций; на фиг. форматы микрокоманд первого, второго и третьего блоков памяти; на фиг. 7 - фрагмент выполняемой микропрограммы; на фиг. 8 - временные диаграммы работы блоков памяти для изображенного на фиг. 7 фрагмента микропрограммы. Микропрограммное устройство управ ления (фиг. 1) имеет адресный вход 1 вход 2 пуска и содержит первый блок 3 элементов ИЛИ, первый элемент ИЛИ 4 четвертый блок 5 элементов ИЛИ, гене ратор 6 тактовых импульсов, первый элемент И 7, третий блок 8 элементов ИЛИ, третий элемент ИЛИ 9, первый регистр 10 адреса, первый одновибратор 11, счетчик 12 адреса,- второй регистр 13 адреса, второй одновибратор 14, первый 15, второй 16 и трети 17 блоки памяти, второй элемент ИЛИ 18, элемент 19 эадержки, первый информационный р егистр 20 с адресным 21, дополнительным адресньм 22, операционным 23 полями, с полями первой второй и третьей меток 24, 25 и 26 (фиг. 6а), второй информационньй . регистр 27 с адресным 28, операционными 29.1-29.п полями и полями первой и второй меток 30 и 31 (фиг.бб), третий информационный регистр 32 и двумя адресными 33.1 и 33.2, двумя дополнительны;1И адресными 34.1 и 34.2, двумя опер-ационными 35.1 и 35.2 полями, двумя полями первой метки 36.1 и 36.2 и двумя полями второй метки 37.1 и 37.2, первый 38 второй 39 и третий 40 блоки элементов И, четвертый 41 .и пятый 42 элементы ИЛИ, пятый блок 43 элементов И, второй блок 44 коммутаторов с первым управляющим входом 45, первым управляющим входом 46, вторым инфор- , мационным входом 47.1-47.п, вторым управляющим входом 48, третьим управ ляющим входом 49, с первым адресным выходом 50, операционным выходом.51, вторым адресным выходом 52 блока 44, первый блок 53 коммутаторов с первым 54.1, третьим 54.2, пятым 55.1, шестым 55.2, вторым 56.1, четвертым 56.2 информационными входами, первым 57.1, третьим 57.2, вторым 58.1, четвертым 58.2 и пятым 59 управляющими входами, первый адресный выход60, второй адресный выход 61, числовой выход 62,. операционный выход 63, третий адресный вькод 64, информационный вход 65 блока управления, управляющий вход 66 блока управления, блок 67 управления, управляющий 68 и информационный 69 выходы блока 67 управления, депшфратор 70, второй элемент И 71, третий элемент И 72, второй блок 73 элементов ИЛИ, блок 74 дешифраторов микроопераций и выход 75 устройства. Второй блок 44 коммутаторов (.фиг. 2) содержит первый 76.1-76.h, второй 77.1-77.h, третий 78. 1-78.г, узлы элементов И, группу узлов элементов И 79.1-79.П, узел элементов ИЛИ 80.1-80.п. Первый блок 53 коммутаторов (фиг. 3) содержит первый 81.1-81.li, второй 82.1-82. п узлы элементов И, пер-. узел элементов ИЛИ 83.1-83.г, третий 84.1-84.П , четвертый 85.1-85.П, пятьй 86.1-86 .п, шестой 87.1 -87 .п, седьмой 88.1-88.П, восьмой 89.1-89.п узлы элементов И, второй 90.1-90.п, девятый 91.1-91.h, третий 92.1-92.П, четвертый 93.1-93.h узлы элементов ИЛИ, десятьй узел 94. 1-94.п элемен-п тон И и пятый 95.1-95.П узел элементов ИЛИ. Блок 67 управления (фиг. 4) содержит элемент И 96, двоичный счетчик 97 и элемент 11ЛИ 98. Блок 74 дешифраторов микроопераций (фиг. 5) содержит дешифраторы 99,1-99.п микроопераций. На фиг., 6 использованы следующие обозначения: А- адресная часть; А (N) - дополнительная адресная часть или код количества операционных частей; 52 - операционная часть; (Q ) - адресно-операционная часть; Qj ( 1,п) - операционные части оследовательностей; Ml, М2, МЗ оответственно первая, вторая и ретья метки. На фиг. 7 использованы обозначеия: А - адреса одиночных микрооманд; AJ - адреса участков операионных последовательностей; дреса микрокоманд, следующие за етвлениями в микропрограммах; J - операционные части .микрокоманд; операционные части последовательностей микропрограммы; m , п - количество операционных частей, которые считьгоаготся из соответствующей операционной последовательности //- количество операционных част.ей, которое .необходимо считать из операционной последовательности, v гические условия. На фиг. 8 показаны временные диаграммы работы блоков памяти для фрагмента микропрограммы, представленной на фиг. 7, при различных реализациях логических условий. Микропрограммное устройство управ ления (фиг. 1) работает следующим образом. В исходном положении элементы памяти устройства находятся в нулевом состоянии. Предположим, что выполняется микропрограмма, ф рагмент которой представлен на фиг. 7. Микропрограммное устройство управления выполняет одиночные Микрокоманды (режим 1), операционные последовательности микрокоманд (режим 2) и микрокоманды, следующие после микро команд ветвления (режим 3). Адрес первой микрокоманды с входа 1 через блок 3 подается на информационный вход регистра 10 одновременно с записью адреса, по которому нейбходимо считать микрокоманду из блока 1 с входа 2 пуска устройства через эл мент 4 поступает на вход одновибрат ра 11 сигнал о начале работы устрой ства. Одновибрачор 11 формирует импульс считьгоания, по которому считы вается одиночная микрокоманда из бл ка 15 в регистр 20. При записи одиночной микрокоманд из блока 15 в поле 21 регистра 20 записывается адрес очередной микрокоманды (фиг. 6а), в поле 22 - адре следукщей микрокоманды, в поле 23 операционная часть одиночной микро команды. В поле метки 24 записывает признак 0, который определяется следующим образом: 1, если в поле 22 записан адрес микрокоманды, следу кщей за ветвлением; О, если в поле 22 записан адрес операционной последоватбаь.ности или выполня ются одиночные микрокоманды55 В поле метки 25 регистра 20 записывается признак jb, который определяется следующим образом: 1, если в поле 22 записано количество N операци/3 {онных частей последовательности;0 - в остальных случаях. В поле метки 26 регистра 26 записывается признак тр, который определяется следующим образом: 11, если в поле 21 записан адрес одиночной микрокоманды, О в остальных случаях. Операционная часть 5 поступившей одиночной микрокоманды с выхода 23 регистра 20 через блок 23 поступает на вход блока 74 и с его выходов на выход 75 устройства. Адресная часть формируется в зависимости от того, из какого блока памяти необходимо считать информацию в следующем микротакте работы устройства, т.е. определяется выполняемой.микропрограммой. Если после выполнения одиночной кикрокоманды выполняется также одиночная микрокоманда, то адрес очередной микрокоманды из поля 21 регистра 20 через блок 3 заносится в регистр 10. Одновременно с этим в поле метки 26 формируется признак -j- 1. Этот признак - метка поступает через злег мент 4 на вход одновибратора 11, который формирует с задержкой Импульс считывания информации из .блока 15 по адресу, записанному в регистре 10. Задержка формирования импульса с читыв ания на выходе одновибратора необходима для того, чтобы сформировать импульс считывания раньше,чем будет сформирован адрес очередной одиночной микрокоманды в регистре 10. Аналогичным образом проходит функционирование устройства в режиме выдачи одиноких микрокоманд. В последней одиночной микрокоманде в поле метки 24 записывается признак oi 1, который через элементы 18 и 19 поступает на вход установки в О регистра 20 и приводит его в исходное состояние. I Если в процессе выполнения одиночных микрокоманд необходимо перейти к выполнению операционной последовательности микрокоманд, то за микрокоманду до перехода к выполнению нового режима работы в поле 22 первого информационного регистра заносится адрес операционной последовательности. Так как в поле метки 24 признак 0 О, а в поле метки 25 признак fi О, то эти признаки, поступая на соответствующие входы блок 39, разрешают перезапись информации из поля 22 регистра 20 через блок 5 на информационный вход счетчика 12. В очередной (предпоследней) одиночной микрокоманде в поле 22 регистра 20 записывается количество частей N операционной -последовательности микрокоманд по сформированному адресу из блока 16. В поле метки 25 записан признак /3 1, который, поступая на второй вход блока 40, разрешает перезапись информации из поля 22 через блок 43 и вход 65 блока 67 на входы счетчика 97 (фиг. 4). После записи кода числа операцион ных последовательностей в счетчик 97 блока 67 его.состояние отлично от нулевого, и на выходе элемента 98 появляется сигнад логической 1. Этот сигнал разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 6 через элемент 96 на счетный вход счетчика 97. Кроме того, сигнал с выхода 68 блока 67 через элементы 18 и 19 обнуляет регистр 20, а также через элемент 7 разрешает прохождени тактовых импульсов с выхода генератора 6 на выборку информации из блока 16. Импульс считывания информации поступает на управляющий вход блока 16 и производит выборку по адресу, заданному в счетчике 12. Этот же импульс изменяет адрес в .счетчике 12 при считывании операцио нных частей. Из блока 16 операционные части считываются в регистр 27. В поле 28 регистра 27 в зависимости от кода микропрограммы находится или адрес одиночной микрокоманды, или адрес микрокоманды, следующей после ветвления, который поступает на вход 46 блока 44. Адрес очередной микрокоманды (или одиночной,или микрокоманды, следующий после ветвления) ,с входа 46 блока 44 поступает на выход 50 или 52 в зависимости от при наков первой и второй меток соответственно в полях 30 и 31 регистра 27, Если в поле 28 находится адрес одиночной микрокоманды, то он с вход 46 блока 44 (фиг. 2) через блок 77.1 77.п с выхода 50 через блок 3 поступает в регистр 10. Если в поле 28 записан адрес микрокоманды, следующе за ветвлением, то данный адрес с вхо да 46 блока 44 через блок 76.1-76.tS. 41-8 с выхода 52 через блок 8 поступает в регистр 13. Операционные части полей 29.1-29.И регистра 27 поступают на входы 47.147.П . блока 44. Операционная последовательность через группу узлов 79.1-70.п и группу узлов 80.1-80.П поступает на выход 51 и через блоки 73 и 74 - на выход 73 устройства. После выдачи на выход 75 устройства количества операционных частей N , заданного в счетчике 97 блока 67 (фиг. 4), на выходе 68 присутствует сигнал логического О. Этот сигнал запрещает прохождение тактовых импульсов с генератора 6 через элемент 7 для считьшания информации из блока 16. В зависимости от признака, находящегося в поле метки 31, открывается элемент 71 или 72 (определяется видом очередной микрокоманды). Если очередная микрокоманда является одиночной то метка поля 30, равная единице, через элементы 71 и 4 поступает на одновибратор 11 и начинается работа устройства в режиме выдачи одиночных микрокоманд указанным образом. Если очередная микрокоманда является микрокомандой, следующей за ветвлением, то метка поля 30, равная нулю, через элементы 72 и 9 поступает на одновибратор 14 и устройство переходит в режим выдачи микрокоманд, следующих после ветвлений. Если при выполнении микропрограммы устройству -после выполнения отдельных микрокоманд необходимо перейти к выполнению микрокоманд, следующих после ветвлений, то в поле 22 предпоследней одиночной микрокоманды записьгаается адрес пары микрокоманд, выполняемых после ветвления. Метка поля 24 регистра 20, равная единице, открывает блок 38 и адрес через блок 8 поступает в регистр 13. Кроме того, метка поля 24 регистра 20 через элемент 9 поступает на одновибратор 14. Одновибратор 14 формирует импульс на считывание двух микрокоманд, следяшдх за ветвлением, блока 17 в регистр 32. Таким образом, одновременно с выполнением микрокоманды ветвления в регистр 32 из блока 17 записываются микрокоманды, следящие за микрокомандой ветвления, т.е. проходит опережающее считывание микрокоманд, поэтому после выполнения микрокоманды ветвления нет необходимости осуществлять выборку той или иной микрокоманды в зависимости от выполнения логического условия. Переход х выполнению очередной микрокоманды определяется кодом выполненного логи ческого условия, поступившего с входа 59 блока 53. ,Если очередная микрокоманда является одиночной, то адрес поля 33.1или 33. регистре 32 с выхода 60 блока 53 через блок 3 поступает в регистр 10. Одновременно местка поля 37.1 или 37.2, равная единице, через, элементы 42 и 4 поступает на одновибратор 11 и устройство продолжает работу по вьщаче одиночных микрокоманд. Если необходимо выполнить операционную последовательность, то адрес поля 33.1 или 33.2 с выхода 61 блока 53 через блок 5 заносится, в.счетчик 12. Количество операционных последовательностей в поле 34.1 или 34.2с выхода 62 блока 53 через блок 43 записывается в счетчик 97 блока 67. В этом случае работа устройства происходит аналогично, случаю, рассмот- ; ренному при переходе от вьшолиеиия 1 110. одиночных микрокоманд к выполнению операционных последовательностей. Если очередная микрокоманда представляет собой микрокоманду, следующую за ветвлением, то в зтом случае из поля 33.1 или 33.2 на входы 54.1 или 54.2 блока 53 проходит код адреса микрокоманды, следующей после ветвления. Этот адрес с выхода 64 через блок 8 заносится в регистр 13. Одновременно с зтим метка из поля 36.1 или 36.2 через элемент 41 и элемент 9 поступает на одновибратор 14. Операционные части в зависимости от выполнения логического условия из поля 35.1 или 35.2 регистра 32 поступают на вход 56.1 или 56.2.блока 53 и с выхода 63 через блоки 73 и 74 поступают на выход 75 устройства. Далее работа устройства продолжается аналогичным образом. Предлагаемое устройство управления обладает повышенным быстродействием благодаря опережающему считыванию микрокоманд различных типов и может найти применение при построении высокопроизводительных устройств и систем управления.

«0rJ

«tfo« 044

-«Л7

ffHxf

Ч-оЛ

f

доЛ

47ЛОWO 9| 7 /7

Z€ZLJ

ст

SJ

/ 98

.68

VPQ.

97

Фиг. 6

1ШШ1ОЖП

i

1Лу| N I 9 КЛТТЛ I

I

ппге г 2

фуг. 7