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

;каторых соединены с выходом сдвиго вого регистра, информационный вход которого соединен с выходом коммутаiTopa, управляющий вход которого соединен с первым вьЛодом кода режима регистра микрокоманд, второй, третий и четвертый выходы кода режима которого соединены соответственно с входом записи сдвигового регистра, входом управления сдвигом сдвигового регистра и входом сброса сдвигового регистра, выход кода ветвления регистра микрокоманд соединен с третьим входом шифратора управляющих сигналов и с входом шифратора, выходы которого соединены с управляющими входами мультиплексоров группы, выходы которых соединены с третьей труппой информационных входов мультиплексора..

МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ, содержащее регистр команды, память начальных адресов, счетчик адреса микрокоманд, мультиплексор, память микрокоманд, регистр микрокоманд, регистр управления, шифратор управляющих сигналов, генератор синхроимпульсов и дешифратор микроопераций, причем информационный вход регистра команды является входом кода команды устройства, выход регистра команды соединен с адресным входом памяти начальных адресов, первая группа выходов которой соединена с первой группой информационных входов мультиплексора, вторая группа информационных входов которого соединена с группой выходов шифратора управляющих сигналов, второй выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора, выход которого соединен с информационным входом регистра адреса микрокоманд, вход записи и счетный вход которого соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора синхроимпульсов, вход запуска которого соединен с третьим выходом шифратора управляющих сигналов, первьй вход которого является входом логических условий устройства, второй вход лшфратора управляющих сигналов соединен с первым выходом регистра управления, группа информационных входов которого соединена с второй группой выходов памяти начальных адресов, выход регистра адреса микрокоманд соединен с адресньм входом памяти микрокоманд, выход которой соединен с информационным входом регистра микрокоманд, вход записи которос: S го соединен с третьим выходом генератора синхроимпульсов, выход кода (Л микрооперации регистра микрокоманд соединен с первым входом дешифратора микроопераций, второй вход которого соединен с вторым выходом регистра управления, выход дешифратора микроопераций является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью сокращения оборудования за счет уменьшения объема памяти микрокоманд, оно содержит паСП мять переходов, сдвиговый регистр, -v3 коммутатор и блок управления следующим адресом, содержащий шифратор и группу коммутаторов, причем выход регистра команды соединен с адресным входом памяти переходов, выход кото рой соединен с первым информационным входом коммутатора, второй информационный вход которого соединен с выходом первого кода адреса регистра микрокоманд, выход второго кода адреса которого соединен с первыми информационными входами мультиплексоров группы, вторые информационные входы

1 . . Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве устройства управления вычислительными машинами среднего быстродействия. Целью изобретения является сокращение оборудования за счет уменьше,ния объема .памяти микрокоманд. На фиг. 1 .представлена структурная схема микропрограммного устройства управления; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления следующим адресом; на, фиг. 3 - таблица значени поля управления переходом и поля ;следуюп ;е:го адреса для микрокоманд некотррой микропрограммы; на фиг. 4 таблица начальных адресов и началь:ных состояний СДВИГОВОГО ретистра, ;соответствующих кодам операций; на фиг. 5 - графсхема микропрограммы :некоторой группы команд. Микропрограммное устройство уп:равления (фиг. 1) содержит регис.тр |команды, память 2 начальных адресов регистр 3 адреса микрокоманд, мульти плексор 4, память 5 микрокоманд, |счегчик 6 адреса микрокоманд, ре;гистр 7 управления, шифратор 8 управ -1ЛЯЮЩИХ сигналов, генератор 9 синхро|импульсов, дешифратор 10 микроопе|раций, память 11 переходов, сдвиговый регистр 12, блок 13 управления следующим адресом, коммутатор 14, Bb ход 15, вход 16 кода команды и вход 17 логических условий. Блок управления следзющим адресо ;13 (фиг. 2) содержит группу коммутаторов и шифратор 19.

Работу устройства рассмотрим на примере микропрограммы реализации некоторой группы команд (фиг. 3-5). Микропрограммное устройство управ-, ления. работает следующим образом. В исходном состоянии все регистры находятся в нулевом состоянии. Работа микропрограммного устройства управления начинается по приему команды на его вход 17 и записи ее в регистр 1 команды. Код операции команды из регистра 1 команды поступает. на вход, памяти 2 начальных адресов и памяти 11 переходов. В соответствии с этим кодом, который используется как адрес для памяти 2 начальных адресов и памяти 11 переходов, память 2 начальных адресов вьщает адрес первой микрокоманды, который.через мультиплексор 4 поступает на вход счетчика 3 адреса микрокоманды.. Одновременно в регистр 7 из памяти 2 начальныхадресов записываются управляющие биты, определяющие режим выполнения данной команды, а из памяти 11 переходов в сдвиговый ре-, гистр 12. через его второй информационный вход записывается соответст вующая данной команде информация о переходах, зависящих только от кода операции выполняемой команды, а не от вычисляемых условий./ Адрес первой микрокоманды из счетчика 3 адреса микрокоманды поступает на адресный вход памяти 5 микрокоманд, из которой выбранная микро1 оманда записывается в регистр ,6 микрокоманды. Соответствующие поля микрокоманды из регистра 6 микрокоманды поступают на вход дешифратора 10 микроопераций, на выходах которого формируются сигналы управления, соответствующие микрооперациям данной микрокоманды, которые поступают на выход 15 устройства. Прием адреса в счетчик 3 адреса микрокоманды и прием микрокоманды в регистр 6 микрокоманды осуществляется по сигналам, вырабатываемым генератором 9 синхроимпульсов, управление работой которого осуществляется сигналом, поступающим на его вход с второго управляюцбего выхода шифратора 8, В зависимости от значения сигнала на входе генератор 9 син хроимпульсов вырабатывает либо синхросигнал, по которому счетчик 3 адреса микрокоманды принимает информацию с выхода мультиплексора 4, ли1бо синхросигнал, по которому счетчик 3 адреса микрокоманды работает в счетном режиме, и модифицирует свое значение на +1 . Остальные цепи синхронизации условно не показаны. Рассмотрим пример, когда в регист 1 команды поступила команда с кодом операции 5Е (фиг. 4). По адресу 5Е (шестнадцатиричному) из памяти 2 начальных адресов выбирается адрес первой микрокоманды 01, который за писывается в счетчик 3 адреса микрокоманды. Из памяти f1 переходов по адресу 5Е читается и записывается в сдвиговый регистр 12 код 0000110 (двоичный). По адресу, хранящемуся в счетчике 3 адреса микрокоманды из памяти 5 микрокоманд считывается микрокоманда и поступает в регистр 6 микрокоманды. Каждая микрокоманда имеет поле управления переходом, ста ший разряд которого определяет наличие перехода, остальные разряды опре деляют количество анализируемых разрядрв сдвигового регистра 12 формиро вания следующего адреса и величину, на которую осуществляется последующий сдвиг регистра 12. В приведенном примере для этих целей отведено два разряда, что обеспечивает возможност замещения до трех разрядов адреса . и управления вставлением по восьми направлениям. Кроме того, размер сдвигового регистра 12 принят равным восьми двоичным разрядам (фиг. 4). Это обеспечивает возможность задания 2 256 различных вариантов последовательности выполнения микрокоманд в микропрограмме. Если этой величины недостаточно, а также если в ходе выполнения микропрограммы требуется изменить содержимое сдвигового регистра 12, то для таких случаев в устройстве предусмотрена возможность записи новой информации из поля константы микрокоманды, хранящейся в регистре 6 микрокоманды, которая с соответствующего выхода регистра 6 микрокоманды поступает на информационный вход сдвигового регистра 12 через коммутатор 14. В первой выбранной микрокоманде (в рассматриваемом примере) поле управления переходом содержит код 000. Наличие первого нуля в поле управления переходом, подаваемого на соответствующий вход шифратора 8, обеспечивает выработку шифратором соответствующего управляющего сигнала, поступающего на вход генератора 9 синхроимпульсов, который вырабатывает синхросигнал, по которому счетчик 3 адреса микрокоманды модифицирует свое значение на +1. В данном примере в нем установится значение 02 (шестнадцатиричное). По соответствующему синхросигналу микрокоманда, прочитанная из памяти 5 микрокоманд, будет вновь принята в регистр 6 микрокоманд и передана на дальнейшее выполнение. Если в микрокоманде в поле управления переходом старший разряд содержит 1, то шифратор 8 вырабатывает сигнал управления генератором 9 синхроимпульсов, по которому последний, в свою очередь, вырабатывает синхросигнал, по которому счетчик Зх адреса микрокоманд принимает адрес следующей микрокоманды с выхода мультиплексора 4. В рассматриваемом примере после того, как в регистре 6 микрокоманды будет принята микрокоманда, имеющая адрес 03, адрес следующей микрокоманды будет формироваться следующим образом (фиг.3-5) Уровень l в старшем разряде поля управления переходом, поступая на вход шифратора 8, обеспечивает прием следующего адреса в счетчик адреса микрокоманды с выхода мзшьтиплексора 4 (рассматриваются только безусловные переходы и переходы по коду операции). Кроме того, на соответствующем выходе шифратора 8 вырабатывается код, который поступает на управляющий вход мультиплекгсора 4 и разрешает передачу на выход информации с третьего информационного входа, т.е. с выхода блока 13 управления следующим адресом. На первый информационный вход блока управления следующим адресом поступает код из поля следующего адреса (в данном случае 04 - фиг. 3,5). Код из поля управления переходом (110) поступает на управляющий вход блока 13 управления следующим адресом, т.е. на вход шифратора 18, на выходе , которого формируются потенциалы в со ответствии с табл. 1. Т а б л и ц а 1 В соответствии с вырабатываемыми си налами посредством коммутаторов 18 18. (в приведенном примере реализации )в информации, поступающей из поля следующего адреса микрокоманды, хранящейся в регистре 6 микрокоманды, замещается несколько младших разрядов содержимым младших разрядов сдвигового регистра 12 (при выполнении микрокоманды с адресом 03 в поле следующего адреса 04 замещается два младших разряда на .соответствующие разряды сдвигового регистра 12, в регистр адреса микрокоманды поступает соответственно код 000001102 06 J. Поэтому следующей выполняемой микрокомандой после микрокоманды с адресом 03 при выполнений команды с кодом операции 5Е будет микрокоманда с адресом 06). Формирование адреса следующей микрокоманды происходит одновременно с выполнением текущей. Таким образом, :при переходах по коду операции (т.е в зависимости от содержимого сдвигового регистра 12) не вносится задержек в работу устройства. Одновременно с чтением микр«команды по сформированному адресу содержимое сдвигового регистра 12 сдвигается на столько разрядов, сколько бьшо использовано при формировании следующегр адреса (после выполнения микрокоманды с адресом 03, чтения микрокоманды с адресом 06 и сдвига регистра 12 в последнем окажется новый код, равный 0000 0001). При работе устройства описанным образом последовательность выполнения микропрограммы команды с кодом операции 5Е будет следующая (указаны только адреса вьтолняемых .микрокоманд) : 01-02-03-06-09-ОА-00, а, например, для команды с кодом операции 5F - 01-02-03-04-ОВ-ОО (фиг-. 3-5). . . ЕСЛИ выполняемая микрокоманда является условным переходом, то признак условного перехода и информация об анализируемых условиях поступает с i выхода регистра 6 микрокоманды и подается на соответствующий вход шифратора 8. Управляющий сигнал с третьего выхода шифратора 8 приостанавливает работу генератора 9 синхроимпульсов до получения внешних вычисляемых условий с входа 16 устройства. В зависимости от значения внешних условий и информации об анализируемых условиях шифратор 8 либо вырабатывает код, который поступает на управляющий вход мультиплексора 4 и разрешает передачу на выход информации с третьего информационного входа мультиплексора 4, и управляющий сигнал, по -которому генератор 9 синхроимпульсов запускает прием адреса в счетчик 3 адреса микрокоманды с выхода мультиплексора 4 (если условие перехода выполнено) , либо вырабатывает управля ощии сигнал, по которому генератор 9 синхроимпульсов вырабатывает синхросигнал, запускающий модификацию счетчика 3 адреса микрокоманды на . , +1. Разряд регистра 7, значение которого управляет переходами, определяет, по какому значению (О или 1) сигнала внешнего условия осуществляется переход. Если в регистр 1 команд принята привилегированная команда: (т.е. команда, выполняемая только в управляющих программах и недоступная пользователю) , то в соответствующий раз- I . 1 ряд регистра 7 записывается 1. Если на вход 16 устройства поступает признак того, что привилегированная команда разрешена, то шифратор 8 вырабатывает код, разрешающий переда tjy начального адреса микропрограммы с второго выхода памяти 1 начальных адресов через мультиплексо 4 на выход счетчика 3 адреса микрокоманды. Далее микропрограмма выполняется рбьганьп порядком как описывалось ранее, В противном случае, так-как выполнение привилегированной команды запрещено, шифратор 8 вырабатывает начальньй адрес микропрограммы обработки прерывания, который с соответствующего выхода шифратора 8 поступа ет на второй информационный вход мультиплексора 4, и соответствующий , разрешающий запись этого адреса с выхода мультиплексора 4 в счетчик 6 адреса микрокоманды. Далее идет вьтолнение микропрограммы обработки прерывания. Выход на микропрограмму обработки перерывания возможен также по сигналу внешнего прерывания, который с входа 16 устройст.-j ва поступает на соответствующий вход шифратора 8. Блок 8 может быть реализован любым иа известных способов синтеза комбинационных схем по таблице истинности (табл. 2). В табл. 2 принято четыре типа переходов: 00 - безусловный переход; 01 - условный переход; 10 - не используется; 11 - переход по концу команды.

00 00 01 01 10 10

1 1

11 11 11 11

1 1 1 1 1 .11 11 11 11

11 11

о о 01 10

11

.

Выбор условия обеспечивает выбор любой комбинации из двух внешних условий.

Для примера количество внешних условий принято равным двум, причем вьфаботка внешних условий соо 1 о 1 о 1

А

-А А

А-

-А. А А

А

-А ---А

А -А

А

о 1 А

А А

-А-А-Ао о 1 1

о 1

А-

-А

А А А А А А А А

-А--А

о 1 о А- А- -А -А

о о 1 1 -А-А

1 о -А

А

1

А А

провождается признаком выработки условия.

Признак выработки условия может отсутствовать, если система, в состав которой входит предлагаемое устройство, жестко синхронизирована

I « 1

п

г

ф--/5

PuiA

от 6

19

«

/А;

ваш

а

1}

А-/

Фаг.2

Фи1.3

Фиг.и