Микропрограммное устройство управления с контролем Советский патент 1986 года по МПК G06F9/22 G06F11/26 

«1 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении управляющих устройств ЭВМ и вычислительных систем с микропрограммным управлением. Известно микропрограммное устройство, содержащее две памяти, генератор импульсов, триггеры, регистры, счетчик адреса, коммутатор, элементы ИЛИ. Недостатком известного устройства является большой объем контрольного оборудования, который существенно усложняет устройство и снижает его надежность. Недостатком также являет ся низкая достоверность функционирования, которая обусловлена тем, что в устройстве отсутствуют специальные технические средства, которые контро лируют правильность функционирования в таких фазах, как выборка адресной информации, переход к управляющему каналу, выборка управляющей информации и переход к адресному каналу, Все это в конечном итоге снижает дос товерность функционирования устройства. Кроме того, для повышения достоверности не используется естественная структурная избыточность, присущая микропрограммным устройствам со стандартными блоками памяти. Так, например, свободные зоны постоянного запоминающего устройства могут быть заполнены специальной контрольной информацией для сигнализации об ошибках. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаймому положительному эффекту .является микропрограммное устройство управления с ..контролем, содержащее счетчик команд, выход которого через команд соединен с входами коммутатора адреса, блока сравнения и буферного регистра, выход которого через соединенные последовательно блок сравнения и первый регистр контроля сдединен с входом первого элемента ИЛИ, выход коммутатора адреса через соединенные последовательно регистр адреса и память микрокоманд соединен :С входами коммутатора адреса, кокмутатора логических условий, регистра микрокоманд и первого регистра контроля, генератор импульсов, пер.вьй выход которого соединен с входами 22 регистра микрокоманд и через первый элемент И - с входом буферного регистра, второй выход генератора импульсов соединен с входом регистра адреса, второй элемент ИЛИ. В известном устройстве реализован принцип двухуровневого микропрограммного управления. В одном блоке памлти хранятся коды команд, в другом - микрокоманды. Работа командного и микрокомандного каналов осуществляется попеременно. Недостатком устройства является низкая достоверность его функционирования, обусловленная отсутствием средств контроля последовательности смены команд (MiiKponporpaMM) при наличии в программе команд ветвления (команд условного перехода), отсутствием средств контроля правильности попадания на начальные микрокоманды микропрограмм при смене команд. Целью изобретения является повыщение достоверности работы устройства . Поставленная цель достигается тем, что в микропрограммное устройство управления с контролем, содержащее счетчик команд, выход которого через память команд соединен с входами коммутатора адреса, блока сравнения и буферного регистра, выход которого через соединенные последовательно блок сравнения и первьй регистр контроля соединен с входом первого элемента ИЛИ, выход коммутатора адреса через соединенные последовательно регистр адреса и память микрокоманд соединен с входами коммутатора адре-. са, коммутатора логических условий, регистра микрокоманд и первого регистра контроля, генератор импульсов, первьй выход которого соединен с входами регистра микрокоманд и через первьй элемент И с входом буферного регистра, второй выход генератора импульсов соединен с входом регистра адреса, второй элемент ИЛИ, введены схема сравнения, два триггера, второй регистр контроля, два элемента ИЛИ, четыре элемента И, причем первьй выход генератора импульсов соединен с входами второго, третьего и четвертого элемента И и второго регистра контроля, вьпсоды памяти микрокоманд соед.инены с входами коммутатора логичес.ких условий, второто jn третьего элементов ИЛИ, третье3 . 1 го, четвертого и пятого элементов И и первого и второго регистров контроля, выходы регистра микрокоманд Соединены с входами четвертого элемента ИЛИ и коммутатора адреса, первого элемента И, третьего элемента ИЛИ и второго регистра контроля, выход которого через соединенные последовательно первый и четвертьш элементы И и первый триггер соединен с входом генератора импульсов, выход коммутатора логических условий соеди ней с входами коммутатора адреса и пятого элемента И, выходы второго и третьего элементов ИЛИ через соответ ственно пятый и второй элементы И соединены с входами второго триггера выходы которого и памяти команд через схему сравнения соединены с входом блока сравнения, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами счетчика команд, выход пер-, вого элемента И соединен с входом первого регистра контроля. Сущность изобретения состоит в повышении достоверности функционирования микропрограммного устройства управления на основе повышения досто верности контроля последовательности смены команд (микропрограмм) в программе. Повышение достоверности функциони рования устройства осуществляется путем организации контроля правильности последовательности смены команд при наличии в программе команд условного перехода. Для контроля правильности хода программы на линей ных ее участках, при безусловных, а также условных переходах предлагается использовать принцип контроля адресных функций F(a).. и F(a)t , расположенных в контрольном поле командного слова блока памяти команд и свя зьшающих две следующие друг за другом команды. При этом адресная функция предыдущей команды запоминается в бу ферном регистре и сравнивается с адресной функцией текущей команды, схемой сравнения. Факт их несравнения .свидетельствует о наличии ошибки В случае условного перехода произ водится модификация адресной функции текущей команды в соответствии со значением проверяемого логического условия. Причем адресные функции команд, переход к которым возможен в результате проверки логического уело 724 ВИЯ, должны отличаться в одном разряде. В результате модификации модифицируемого разряда адресной функции текущей команды, значением логического условия ее код становится равным значению кода адресной функции предыдущей команды. В зависимости от разрядности адресных функций может быть обеспечен требуемый уровень достоверности контроля порядка следования команд. При увеличении разрядности адресных функций сужается множество команд, имекхдих их одинаковое значение, что приводит к увеличению, вероятности обнаружения нарушения последовательности смены команд. Повышение достоверности устройства достигается повышением контроля правильности смены команд путем организации контроля выхода на начальные микрокоманды микропрограмм при смене команд. С этой целью в микрокомандное слово вводится микрооперация (метка) ошибки, которая записывается во всех ячейках блока памяти микрокоманд, кроме ячеек с начальными микрокомандами всех микропрограмм. Таким образом, если при смене микропрограмм первой будет считана микрокоманда, не являющаяся начальной, то единичный сигнал метки ошибки будет зафиксирован, как сигнал ошибки. Повышение вероятности формирования и выдачи ошибки достигается за счет записи в неиспользуемые ячейки паьшти двух меток ошибок. Повьш)ёние глубины диагностирования также достигается за счет увеличения множества фиксируемых ошибок, т.е. увеличения количества информации о состоянии устройства. На чер-теже изображена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит память 1 команд с полями кодов команд (микропрограмм) 1.1, адреса 1.2, адресной функции предьщущей команды 1.3, адресной функции текущей команды 1.4, память 2 микрокоманд с полями немодифицируемой части адреса 2.1, модифицируемого разряда адреса 2.2, кода проверяемых логических условий 2.3, микроопераций 2.4, метки ошибки типа брак-1 2.5, метки ошибки типа брак-2, 2.6, счетчик 3 команд, буферлыи регистр 4, регистр 5 адреса, регистр 6 микрокоманд с полем метки конца команды 6.1, полем микроопераций 6.2 и полем метки конца программы 6.3, регистры 7 и 8 контроля, триггеры 9 и 10, коммутатор 11 логических условий, блок 12 сравнения. Схема 13 сравнения, генератор 14 импульсов, коммутатор 15 адреса, элементы ШШ 16-19, элементы И 20-24. Устройство работает следукнцим образом, В исходном состоянии в счетчик 3 записан начальньй адрес последовательности микропрограмм, регистры 4,5 и 7,8 установлены в нуль, В регистре 6 микрокоманд, в поле 6.1 записана единица, а в поле 6.2 и 6„3 нули. Триггеры 9 и 10 установлены в нуль. Цепи начальной установки элементов памяти устройства на схеме условно не показаны. Единичным сигна лом с поля 6.1 регистра 6 микрокоманд открыт коммутатор 15 для прохож дения информации с памяти 1 в регистр 5. В соответствии с адресом ко манды, установленным на счетчике 3, на выходе памяти вырабатывается начальное комавдное слово. В поле 1.1 командного слова задан код адреса начальной микрокоманды первой микропрограммы, которьш через коммутатор 15 выдается на вход регистра 5 адреса. Информация с поля 1,2 вьздается на адресный выход устройства. В поле 1.3 адресной функции предьщущей команды записаца адресная функция(а) а в поле 1.4 адресной функции текущей команды записаны нули. Код адрес ной функции текущей команды сравнивается блоком 12 с кодом, установлен ным в регистре 4. В случае их несовпадения, на выходе блока 12 сравнения формируется сигнал ошибки. Функционирование устройства начинается с подачей разрешающего сигнала, по которому триггер 9 устанавливается в единичное состояние и запус кает генератор 14. По заднему фронту тактового импульса генератора 14 про изводится запись кода начального адреса микропрограммы с поля 1.1 памяти 1, через коммутатор 15 в регистр 5. В соответствии с адресом, установившемся в регистре 5, на выходе памяти 2 микрокоманд .формируется код микрокоманды. Если.в сформированной начальной микрокоманде микропрограммы -в поле 2.6 будут записаны единичные сигналы меток ошибки типа брак-2 и концы команд, то это означает, что при смене микропрограмм был осуществлен переход к микрокоманде, не являкщейся начальной в очередной микропрограмме. Этот сигнал будет зафиксирован во второго разряде регистра 7 по заднему фронту сигнала с выхода элемента И 20, так как он открыт единичным сигналом йетки Конца команды с поля 6.1 регистра 6. Кроме этого, по этому же тактовому импульсу, в первьм разряд регистра 8 будет записано значение сигнала метки Конца команды. На выходах регистров 7 и 8, являющихся выходами устройства, будет сформирован код типа ошибки, а на выходе элемента ИЛИ 16 - сигнал прерывания, который поступая на выход устройства, может быть использован в вычислительной системе для прерывания ее нормального функционирования и диагностики отказов. Кроме этого, сигналом с выхода элемента ИЛИ 16, через элемент ИЛИ 19, триггер 9 устанавливается в нулевое состояние и запрещается вьщача тактовых импульсов генератором 14. Устройство прекращает свою работу. Одновременно с этим, упрс1Блякяцая часть сформированной микрокоманды с поля 2.4 памяти 2 по заднему фронту тактового импульса генератора 14 записывается в регистр 6. Код микроопераций с поля 6.2 регистра поступает на выход устройства. Код проверяемых логических условий этой микрокоманды (информация поля 2.3) поступает на вход ком утатора 11, который осуществляет в зависимости от значений логических условий модификацию модифицируемого разряда адресной части микрокоманды. Код значений проверяемых логических условий поступает в коммутатор с входа устройства. Модифицированный разряд адреса с выхода коммутатора 11, а также немодифицируемая часть адреса микрокоманды, с поля 2.1 памяти 2 поступают в регистр 5 через коммутатор 15, которьш нулевым сигналом с поля 6.1 регистра 6 открыт для прохождения значения немодифицируемой части адреса микрокоманды из памяти 2 и моди71

фицированного разряда с выхода коммутатора 11 - на вход регистра 5. Этим же сигналом запрещается поступление информации в регистр 5 с вьгхода памяти 1,

Если ошибок в функционировании устройства не обнаружено, то по заднему фронту очередного тактового импульса генератора 14 в регистр 5 будет записан адрес очередной микрокоманды. По заднему фронту очередного тактового импульса генератора 14 будет осуществлена запись информации в регистр 8 и регистр 6 аналогично опи санному.

Если в процессе реализации микропрограммы в поле 2.5 сформированной микрокоманды, не являющейся конечной будет записан единичный сигнал метки ошибки типа Брак-1, то это означает, что в результате сбоя или отказа оборудования нарушена последовательность переходов в пределах микропрограммы, т.е. при смене микрокоманд осуществлен несанкционированньй переход к неиспользуемой ячейке памяти 2.

Факт нарушения последовательности смены микрокоманд в микропрограмме фиксируется в первом разряде регистра 8 по заднему фронту очередного тактового импульса генератора 14. На выходе устройства выдается код ошибки и сигнал прерывания.

Условньй переход в программе организуется с использованием команд условного перехода.

В микрокоманде проверки логического условия соответствующей микропрограммы условного перехода в поле 2.3 задается код проверяемого логического условия, в поле 2.4 микрооперации - микрооперация условного перехода. В соответствии с кодом проверяемых логических условий, элементом ИЛИ 17 формируется единичный сигнал, который поступает на вход элемента И 2Д. Этим самьм при наличии разрешакщего сигнала микрооперации условного перехода элемент И 24 открывается для поступления сигнала с выхода коммутатора 11 и на вход триггера 10

Процесс модификации значений модифицируемого разряда адресной микрокоманды коммутатором 11 логических условий описан выше. По заднему фронту тактового импульса, поступающему через элемент И 21 от генерато707728

ра 14 на триггер 10, он будет установлен в состояние, соответствующее значению сигнала на выходе элемента И 24. Элемент И 21 открыт при этом 5 через элемент ИЛИ 18 единичным сигналом микрооперации условного перехода с памяти 2.

Сигналом с выхода триггера 10, поступающим на схему 13 сравнения, 10 осуществляется модификация значения одного разряда адресной функции текущей команды, поступающего с поля 1.4 памяти 1.

В связи с тем, что адресные функ15 ции микрокоманд, переход к которым возможен в результате заполнения команды условного перехода, отличаются друг от друга на единицу, то в результате модификации адресной функ20 ции текущей команды на выходе блока 12 будет нулевой сигнал как при выполнении перехода, так и в том случае, когда переход не осуществлен из-за отсутствия соответствующего 25 условия.

Если в процессе выполнения программы, в результате сравнения адресных функций предыдущей и текущей команд, на выходе блока 12 появится 3Q единичный сигнал, то это значит, что нарушена последовательность исполнения команд в программе, т.е. последовательность смены микропрограмм.

Факт нарушения последовательности 5 Смены микропрограмм будет зафиксирован при смене микропрограмм в третьем разряде регистра 7 по заднему фронту управляющего сигнала с выхода элемента И 20. Формирование кода адреса очередной команды в случае условного перехода на уровне команд при вьшолнении проверяемого логического условия осуществляется следующим образом.

Единичйым сигналом микрооперации записи микрокоманды проверки логических условий, поступающим с выхода памяти 2 микрокоманд в очередной микрокоманде будет разрешено прохождение через элемент И 23 тактового импульса генератора 14 на вход синхронизации счетчика 3. По заднему фронту управляющего сигнала с выхода элемента И 23 в счетчик 3 будет 5 записан код адреса с входа устройства. В соответствии с этим адресом на выходе памяти 1 будет сформировано командное слово.

Если условие выполнения перехода в команде условного перехода отсутствовало, то адрес очередной команды вырабатывается естественным продвижением содержимого счетчика 3, для чего вырабатывается микроопера:ция естественной адресации на выходе поля 2.4 памяти 2,

Формирование кода адреса очередной микрокоманды при безусловном переходе в программе организуется аналогично случаю условного перехода, когда условие перехода вьшолняется.

При естественной адресации команд единичным сигналом микрооперации естественной адресации с выхода памяти 2 разрешается прохождение через элемент И 22 тактового импульса генератора- 14. По заднему фронту управляющего сигнала с выхода элемента И 22 код, установленньш в счетчике 3, бует увеличен на единицу, т.е. будет сформирован адрес очередной команды. При записи в регистр 6 микрокоманды, являющейся конечной в микропрограмме, единичньм сигналом метки Конец команды с поля 6.1 коммутатор 15 закрывается для прохождения в регистр 5 кода адреса очередной микрокоманды с выхода памяти 2 и разрешается поступление кода начальной микокоманды очередной микропрограммы с поля 1.1 памяти 1.

По заднему фронту очередного тактового импульса генератора 14 код дреса начальной микрокоманды очеред-ой микропрограммы будет записан в егистр 5. На выходах памяти 2 будет формирован код микрокоманды. По заднему фронту очередного тактового импульса генератора 14 аналогично ранее описанному, будет осуществлена запись информации в регистр бив регистр 8, при этом в его втором разряде будет зафиксирован единичньй сигнал метки конца команды.

Кроме этого, единичным сигналом с поля 6.1 метки конца команды регистра б будет разрешено прохождение через элементы И 20 и 21 тактового импульса генератора 14.

По заднему фронту управляющего сигнала с выхода элемента И 20 будет осуществлена запись кода с выхода поля 1 .3 адресной функции предьщущей команды памяти 1 в регистр 4, а также запись информации об обнаруженных ошибках с выхода блока 12 и вьпсодов

полей 2.5 и 2.6 меток ошибок памяти 2 в регистр 7. По заднему фронту управляющего сигнала с выхода элемента И 21, триггер 10 будет установлен в состояние, соответствующее значению выходного сигнала элемента И 24, т.е. в нулевое состояние.

Модификация адресной функции текущей команды при организации безусловного перехода, а также при естественной адресации команд не производится .

В микрокоманде, являющейся конечной в микропрограмме, в полях 2.1 и 2.2 задается адрес перехода к неиспользуемой ячейке памяти, содержащей метки ошибки типа брак-1, и брак-2. Поэтому, если по единичному сигналу метки конца команды в регистр 5 микрокоманд будет записан адрес с поля 2.1 памяти 2 и выхода ком1-1утатора 11, а не код начального адреса очередной микропрограммы с поля 1.1 памяти 1, то в полях 2.5 и 2.6, сформированной в соответствии с этим адресом микрокоманды, будут записаны метки ошибок типа брак-1, брак-2. Это свидетельствует о неправильной смене микропрограмм (команд). Факт 0 нарушения правильности формирования кодов микропрограмм, т.е. правильности формирования адресов начальных микрокоманд микропрограмм фиксируется в первом и втором разрядах регисC тра 7 по за,цнему фронту управляющего сигнала с выхода элемента И 20, Одновременно с этим по заднему фронту тактового иьшульса генератора 14 в первый и второй разряды регистра 8 будут записаны единичные сигналы метки ошибки типа брак-1, и конца команды соответственно.

На выходах типа ошибки аналогично описанному формируется код типа 5 ошибки, на соответствуюцем выходе устройства формируется сигнал прерывания, устройство прекращает работу.

При считывании конечной микрокоманды, конечной микропрограммы единичным сигналом метки Конца программы с поля 6.3 регистра 6 будет установлен в нулевое состояние триггер 9.

По нулевому сигналу с его единич5 ного выхода, генератор 14 прекращает генерацию тактовых импульсов.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает вьшолнение микn1

ропрограмм, записанных в памяти 2 микрокоманд, в последовательности, заданной в памяти 1 команд.

В предположении, что в устройстве может одновременно отказать не более одного функционального элемента и контрольное оборудование абсолютно надежно можем получить:

для известного устройства множество подозреваемых в отказе функциональных элементов может уменьшаться до подмножества функциональных элементов командного уровня или подмножества функциональных элементов микрокомандного уровня; для предлагаемого устройства множество подозреваемьк в отказе функциональных элементов может уменьшаться до группы функциональных элементов командного или микрокомандного уровня. Например, по коду типа ошибки 11101 можно сделать вывод об отказе блока памяти микрокоманд.

Таким образом, технические преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известным заключаются в более высокой достоверности функционирования, которое обеспечивается введением дополнительных встроенных средств контроля.

Формула изобретения

- Микропрограммное устройство управления с контролем, содержащее счетчик команд, выход которого через память команд соединен с входами коммутатора адреса, блока сравнения и буферного регистра, выход которого через соединенные последовательно блок сравнения и первый регистр контроля соединен с входом первого элемента ИЛИ, вькод коммутатора адреса через соединенные последовательно регистр адреса и память микрокоманд соединен с входами коммутатора адре7077212

са, коммутатора логических условий, регистра микрокоманд и первого регистра контроля, генератор импульсов, первый выход которого соединен

5 с входами регистра микрокоманд и через первьш элемент И с входом буферного регистра, второй выход генератора импульсов соединен с входом регистра адреса, второй элемент ИЛИ,

10 отличаюш;ееся тем, что, : целью повышения достоверности раЗоты устройства, в него введены схема сравнения, два триггера, второй регистр контроля, два элемента ИЛИ,

15 четьфе элемента И, причем первый выход генератора импульсов соединен с входами второго, третьего и четвертого элементов И и второго регистра контроля, выходы памяти микро20 команд соединены с входами коммута тора логических условий, второго и третьего элементов ИЛИ, третьего, четвертого и пятого элементов И и первого и второго регистров контро25 ля, выходы регистра микрокоманд соединены с входами четвертого элемента ИЛИ и коммутатора адреса, первого элемента И, третьего элемента ИЛИ и второго регистра контроля, выход ко30 торого через соединенные последовательно первый и четвертый элементы ИЛИ и первый триггер соединен с входом генератора импульсов, выход коммутатора логических условий соединен

, .с входами коммутатора адреса и пятого элемента И, выходы второго и третьего элементов ИЛИ через соответственно пятьй и второй элементы И соединены с входами второго тригге Q pa, выходы которого и памяти команд через схему сравнения соединены с входом блока сравнения, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами счетчика команд,

j выход первого элемента И соединен с входом первого регистра контроля.

Изобретение относится к вычислительной технике и используется для построения микропрограммных устройств управления. Целью изобретения является повьшение достоверности работы устройства. Изобретение осуществляет контроль правильности хода программы путем контроля адресных функций предьщущей и последующей команд. Изобретение также осуществляет вьрсод на начальные микрокоманды при смене команд за счет установления меток ошибок. 1 ил.