Программируемый контроллер Советский патент 1991 года по МПК G05B19/18 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в электронно-вычислительных машинах, терминальном оборудовании и АСУ ТП (для управления динамическими процессами).

Цель изобретения - сокращение аппаратной избыточности контроллера за счет реализации проверки условий выполнения микроприказов в каждом такте работы.

Сущность изобретения состоит в формировании каждого микроприказа выполняемых микрокоманд до момента окончания его выполнения, что позволяет однократно хранить в управляющей памяти микрокоманды, содержащие микроприказы, выполняемые в течение нескольких тактов, и

уменьшить сложность программируемого контроллера.

На фиг.1 приведена функциональная схема программируемого контроллера; на фиг.2 - временная диаграмма его раооты.

Программируемый контроллер содержит (фиг.1) блок 1 памяти с выходами поля 2 адреса, поля 3 кода условия, поля 4 микроопераций и поля 5 метки, регистр 6 адреса, регистр 7 микрокоманд, регистр 8 условий, триггер 9 пуска, триггер 10 блокировки, генератор 11 с первым 12 и вторым 13 выходами, коммутатор 14, коммутатор 15 кодов условий, коммутатор 16 условий, мультиплексор 17, дешифратор 18, первую 19, вторую 20 и третью 21 группы элементов И, первый - четвертый элементы И 22-25, злеON1 Ю

t

ON

мент ИЛИ-НЕ 26, выход 27 коммутатора 16 условий, вход 28 кода операции, вход 29 пуска, входы 30 сигналов логических условий, входы 31 сигналов выполнения микро- приказов, выход 32 сигнала Конец команды, выход 33 сигнала Конец работы, выходы 34 микроопераций и выходы 35 микроприказов.

Блок 1 памяти предназначен для хранения микрокоманд. Микрокоманды состоят из четырех полей: поля адреса (поле 2), поля кода условия (поле 3), поля микроопераций (поле 4) и поля метки (поле 5).

В поле адреса содержится базовый адрес очередной микрокоманды. Поля микро- опереи /й и код условия используются многофункционально. Если в поле 5 метки очередной микрокоманды имеет место единичный и1|-чал, го в полях кода условия м микроопераций хранятся коды условий, проверяемых а процессе выполнения мик- роприкэзов. Если в поле метки очередной микрокоманды присутствует нулевой сигнал, то в поле кода условий хранится код логического условия, проверяемого после выполнения микрокоманды. Поле микроопераций в этом случае состоит из двух подполе t. поля операционной части и поля ми кро приказе в.

Операционная часть микрокоманды поступает с выходов 34 устройства на объект управления. Микроприказы через выходы 31.1-35.S устройства поступают на объект управления и включают его соответствующие субблоки для выполнения микрокоманды (ее операционной части).

Регистр 6 адреса предназначен для хранения адреса очередной микрокоманды.

Регистр 7 служит для хранения операционных частей и микроприказов выполняемых микрокоманд.

Регистр 8 служит для хранения в течение выполнения микрокоманды кодов логических условий, проверяемых при выполнении микроприказов,

Триггер 9 .пуска предназначен для включения и отключения генератора 11. При нахождении триггера 9 в единичном состоянии генератор 11 включен, а в нулевом - отключен.

Триггер 10 блокировки формирует (в единичном состоянии) сигнал блокировки записи информации в регистры 7 и 8 до момента окончания выполнения текущей микрокоманды.

Генератор 11 формирует на выходах 12 и 13 последовательности импульсов (фиг,2) Т1 и Т2, синхронизирующие работу устройства. Длительность, период следования и

временной сдвиг между последовательностями импульсов определяются из условий обеспечения устойчивой работы элементов и узлов контроллера.

Коммутатор 14 передает на регистр 6

адрес очередной микрокоманды либо с входов 28 устройства, либо с выходов 2 блока 1 памяти и мультиплексора 17,

Коммутатор 15 кодов условий служит для передачи кода условия, проверяемого в ходе выполнения текущего микроприказа, на дешифратор 18.

Коммутатор 16 условий предназначен для передачи сигнала проверяемого логиче- ского условия с входов 31 контроллера на группу элемента И 20.1-20.1.

Мультиплексор формирует значение младшего разряда адреса очередной микрокоманды. На выход мультиплексора 17 поступает либо значение младшего разряда базового адреса, либо значение проверяемого логического условия с входа 30 контроллера.

Дешифратор 18 предназначен для деко- дирования кода проверяемого условия и управления коммутатором 16 условий.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии триггеры 9 и 10 и регистры 6, 7 и 8 обнулены. При этом на выходе 32 поля 4 микроопераций блока 1 памяти присутствует единичный сигнал.

При поступлении на вход 29 сигнала пуска триггера 9 пуска устанавливается в еди- ничное состояние и включает генератор 11.

По первому импульсу последовательности Т1 (импульс на выходе 12 генератора 11) в регистр 6 с входа 28 через коммутатор 14

записывается адрес первой микрокоманды микропрограммы. По этому адресу из блока 1 памяти считывается микрокоманда, и сигнал на выходе 32 исчезает. В зависимости от содержимого поля 5 метки и поля микроприказов в устройстве реализуются три типа микрокоманд:

общая микрокоманда (МК-1); микрокоманда с фиксированным временем выполнения (МК-2);

микрокоманда с нефиксированным временем выполнения (МК-3).

Выполнение МК-1. Поле микроприказов этих микрокоманд не содержит информации и в поле 5 метки сигнал отсутствует. По

импульсу Т2 с выхода 13 генератора 11 содержимое поля 4 микроопераций микрокоманды из блока 1 памяти записывается в регистр 7 микрокоманд. Операционная часть микрокоманды с регистра 7 через выход 34 поступает на операционный блок и

выполняется в нем. Так как в поле управления регистра 7 микрокоманд информация отсутствует, то на выходе элемента И ЛИНЕ 26 имеет место единичный сигнал. Код проверяемого логического условия с поля 3 через группу 21 элементов И поступает на адресный вход мультиплексора 17. При этом на выходе мультиплексора 17 формируется значение младшего разряда адреса очередной микрокоманды. По очередному импульсу последовательности Т1 в регистр 6 записывается адрес очередной микрокоманды. Далее работа устройства при выполнении микрокоманд этого типа происходит аналогично описанному выше алгоритму.

Выполнение МК-2. Выборка МК-2 из блока 1 памяти и занесение в регистр 7 микрокоманд происходят аналогично описанному выше. Так как поле 4 микроопераций в этом случае отлично от нуля, то сигнал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 26 исчезает. Микрокоманда МК-2 выполняется в течение К+1 тактов, где К-число выполняемых микроприказов. Пусть в поле микроприказов текущей микрокоманды имеются единичные сигналы в первом и третьем разрядах. После записи такой микрокоманды в регистр 7 микрокоманд операционная часть микрокоманды поступает на выход 34, а сигнал первого микроприказа - на выход 35.1. Этот сигнал разрешает выполнение операционной части микрокоманды соответствующим субблоком операционного блока. Так как сигнал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 26 отсутствует, то очередной импульс последовательности Т2 через элемент И 23 на регистр б адреса не поступает. На вход дешифратора 18 поступает нулевой код. При этом сигнал с соответствующего выхода дешифратора 18 проходит через коммутатор 16 на выход 27. Триггер 10 при этом остается в нулевом состоянии. По очередному импульсу последовательности Т2 на выходе элемента И 20.1 группы 20 элементов И появляется сигнал (элемент И 20.1 в этом случае открыт сигналом с первого выхода поля управления регистра 7 микрокоманд и сигналом с выхода 27 коммутатора 16 условий). Этот сигнал поступает на первый R-вход регистра 7 микрокоманд. При этом соответствующий триггер регистра 7 микрокоманд устанавливается в нулевое состояние и сигнал на выходе 35.1 исчезает. На выходе элемента И 19.2 появляется сигнал третьего микроприказа, который поступает на выход 35.3 контроллера и включает соответствующий субблок операционного блока для выполнения операционной части микрокоманды.

По очередному импульсу последовательности Т2 на выходе элемента И 20.3 группы 20 элементов И появляется сигнал. По этому сигналу соответствующий триг- 5 гер регистра 7 микрокоманд устанавливается в нулевое состояние, сигнал на выходе элемента И 19.2 исчезает, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 26 появляется. По очередному импульсу последовательности

0 Т1 в регистр 6 адреса записывается адрес очередной микрокоманды и триггер 10 блокировки устанавливается в единичное состояние. По импульсу последовательности Т2 в регистр 7 микрокоманд записыва5 ется код очередной микрокоманды. Далее контроллер при выполнении микрокоманд типов МК-1 и МК-2 функционирует аналогично описанному выше алгоритму.

Выполнение МК-3. В процессе выпол0 нения МК-3 из блока 1 памяти считывается две микрокоманды. В первой микрокоманде содержатся коды условий, проверяемых после выполнения микроприказов. Число этих кодов равно разрядности поля

5 микроприказов. Коды условий в первой микрокоманде содержатся в поле 4 микроопераций и поле 3 кодов условий. Во второй микрокоманде содержатся операционная часть и поле микроприказов мик0 рокоманды МК-3.

При реализации микрокоманды МК-3 контроллер функционирует следующим образом. По адресу, записанному в регистре б адреса, из блока 1 памяти выбирается пер5 вая микрокоманда. При этом на выходе 5 блока 1 памяти появляется сигнал. Этот сигнал разрешает запись информации в регистр 8 условий и запрещает запись информации е регистр 7 микрокоманд. По

0 очередному импульсу последовательности Т2 коды условия с выхода 3 и 4 блока 1 памяти заносятся в регистр 8 условий и триггер 10 блокировки устанавливается в нулевое состояние. Так как на адресный

5 вход мультиплексора 17 поступает нулевой код, то через мультиплексор 17 поступает сигнал с выхода модифицируемого разряда адреса поля 2 адреса. Адрес очередной микрокоманды через коммутатор 14

0 поступает на регистр 6 адреса. По очередному импульсу последовательности Т1 этот адрес записывается в регистр 6 адреса и триггер 10 блокировки устанавливается в единичное состояние. По это5 му адресу из блока 1 памяти считывается очередная микрокоманда. На выходе 5 блока 1 памяти сигнал отсутствует. По импульсу последовательности Т2 в регистр 7 микрокоманд записывается поле микроопераций микрокоманды. Операционная часть микрокоманды поступает на выходы 34, Сигналы микроприказов с поля управления регистра 7 микрокоманд через элементы И группы 19 элементов И поступают на выходы 35.1-35. t Пусть при формировании микрокоманды имеет место микроприказ на выходе 35.3 и моментом окончания его выполнения является выполнение Ждущего логического условия (Хз). В этом случае сигнал с выхода элемента И 19.2 группы 19 элементов И открывает по второму управляющему входу коммутатор 15 кодов условий. Код проверяемого условия (Хз) с регистра 8 проходит через коммутатор 15 кодов условий на дешифратор 18. Дешифратор 18 на соответствующем выходе формирует сигнал, который открывает по соответствующему управляющему входу коммутатор 16 условий. При этом проверяемое логическое условие Хз с входа 31 контроллера проходит через коммутатор 16 на выходе 27. Если микроприказ, поступающий на выход 35.5, не выполнялся, то . При этом сигнал на выходе 27 коммутатора 16 отсутствует, очередной импульс последовательности Т2 через элемент И 20.3 группы не проходит и сигнал на выходе 35.3 контроллера не исчезает, Гак как сигнал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 2S отсутствует, то очередной импульс последовательности Т1 через элемент И 23 на регистр 6 адреса и триггер 10 блокировки не проходит. Контроллер остается в таком состоянии до момента окончания выполнения микроприказа, В момент окончания выполнения микроприказа Хз изменяет свое назначение (Хз 1). При этом появляется сигнал на выходе 27 коммутатора 16. При поступлении очередного импульса последовательности Т2 на выходе элемента И 20.3 группы появляется сигнал, По этому сигналу триггер регистра 7 микрокоманд, хранящий сигнал 4 выполнявшегося микроприказа, устанавливается в нулевое состояние и сигнал на выходе 35.3 контроллера исчезает. Если в поле микроприказов есть еще сигналы, то на выходе одного из элементов И 19.4- 19.(1-1) группы 19 элементов И появляется сигнал микроприказа и на выходе элемента ИЛИ-НЕ 26 сигнал отсутствует, В процессе выполнения очередного микроприказа с проверкой ждущего условия контроллер функционирует аналогично описанному выше. Если же на выполнение очередного приказа требуется один такт работы контроллера, то в соответствующем поле регистра 8 должен храниться нулевой код, Этот код, пройдя через коммутатор 15 кодов условий на дешифратор

18, возбудит соответствующий выход, Сигнал с этого выхода пройдет через коммутатор 16 условий на выход 27. Далее контроллер будет функционировать аналогично, как и

при выполнении микрокоманды типа МК-2. После выполнения всех микроприказов микрокоманды МК-3 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 26 появляется сигнал. По очередному импульсу последовательности Т1 в

регистр 6 адреса заносится адрес очередной микрокоманды, триггер 10 блокировки устанавливается в единичное состояние и регистр 8 условий обнуляется. Из блока 1 памяти выбирается очередная

микрокоманда. Далее контроллер функционирует в процессе ее выполнения аналогично описанному выше алгоритму,

При считывании последней микрокоманды в процессе функционирования контроллера на выходе 33 блока 1 памяти появляется сигнал Конец работы, При поступлении очередного импульса последовательности Т2 (после окончания выполнения микрокоманды) триггер 9 пуска и регистр

6 адреса обнуляются и генератор 11 отключается.

Формула изобретения Программируемый контроллер, содержащий блок памяти микрокоманд, регистры адреса и микрокоманд, генератор импульсов, коммутатор, мультиплексор, первую группу элементов И, элемент ИЛИ-НЕ, причем первая группа информационных входов

коммутатора является группой входов кодов операций контроллера, выходы коммутатора соединены с информационными входами регистра адреса, выходы которого соединены с адресными входами блока памяти микрокоманд, выходы немодифицированных разрядов поля адреса которого соединены с второй группой информационных входов коммутатора, выход модифицируемого разряда поля адреса блока

памяти соединен со старшим информационным разрядом мультиплексора, выход которого соединен со старшим разрядом второй группы информационных входов коммутатора, выходы поля микрооперации

блока памяти микрокоманд соединены с информационными входами регистра микрокоманд, группа информационных выходов регистра микрокоманд является группой микрооперационных выходов

контроллера, первый управляющий выход Конец команды поля микроопераций соединен с первым прямым и вторым инверсными управляющими входами коммутатора, группа информационных входов мультиплексора является группой входов логических условий контроллера, выход поля Метка блока памяти микрокоманд соединен с инверсным управляющим входом регистра микрокоманд, выходы поля управления регистра микрокоманд соединены с входа- ми элемента ИЛИ-НЕ, i-й выход поля управления регистра микрокоманд, где i 2,п, соединен с прямым входом j-ro элемента И первой группы, где , (1-1), j-й выход поля управления регистра микрокоманд соеди-

нен с 0+1)-м инверсным входом (j+1Ы)-го

элемента И первой группы, первый разряд выходов поля управления регистра микрокоманд и выходы элементов И первой группы являются группой выходов микро- приказов контроллера, отличающий- с я тем, что, с целью сокращения аппаратной избыточности контроллера,в него введены регистр условий, триггеры пуска и блокировки, коммутаторы кодов условий и условий, дешифратор, вторая и третья группы элементов И, первый, второй, третий и четвертый элементы И, причем выходы полей кодов условий и микроопераций блока памяти микрокоманд соединены с информационными входами регистра условий, группы информационных выходов которого соединены с соответствующими группами входов коммутатора кодов условий, группа выходов которого соединена с входами дешифратора, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами коммутатора условий, выход которого соединен с первыми входами элементов И второй группы, выходы кото- рых соединены с соответствующими входами сброса регистра микрокоманд, первый разряд выходов поля управления которого и выходы элементов И первой группы соединены с соответствующими входами управления коммутатора кодов условий и вторыми входами элементов И второй группы, выходы поля кодов условий блока памяти микрокоманд соединены с соответствующими входами элементов И третьей группы, выходы которых соединены с адресными входами мультиплексора, управляющий выход Конец работы поля микроопераций блока памяти соединен с первым входом первого и инверсным входом второго элементов И, выход которого соединен с входом записи регистра адреса, входом установки триггера блокировки и прямым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с входом сброса регистра условий, выход поля Метка блока памяти микрокоманд соединен с инверсными входами элементов И третьей группы, управляющим входом регистра условий и инверсным входом четвертого элемента И, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, вход установки триггера/ пуска является входом пуска контроллера выход триггера пуска соединен с управляющим входом генератора, первый тактовый выход которого соединен с первым входом второго элемента И и третьим входом первого элемента /, выход которого соединен с входами сброса регистра адреса и триггера пуска, второй тактовый выход генератора соединен с третьими входами элементов И второй группы, первым входом третьего элемента И и синх- ровходом триггера блокировки, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с синхровходами регистров микрокоманд и условий, инверсный вход синхронной установки триггера блокировки в О соединен с общей шиной, входы выполнения микроопераций контроллера соединены с соответствующими информационными входами коммутатора условий.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в ЭВМ, терминальном оборудовании и АСУ ТП. Цель изобретения - сокращение аппаратурной избыточности контроллера за счет реализации проверки условий выполнения микроприказов в каждом такте работы. Поставленная цель достигается тем, что в контроллер, содержащий блок памяти, регистры адреса и микрокоманд, генератор, коммутатор, мультиплексор, первую группу элементов И, элемент ИЛИ-НЕ, дополнительно введены регистр условий, триггеры пуска и блокировки, коммутаторы кодов условий и условий, дешифратор, вторая и третья группы элементов И и первый - четвертый элементы И. Введение новых элементов позволяет формировать код нового микроприказа до окончания выполнения предыдущего, который выполняется в течение нескольких тактов, с проверкой его выполнения в каждом такте работы контроллера. 2 ил.