Микропрограммное устройство с контролем переходов Советский патент 1980 года по МПК G06F11/14 G06F9/22 

Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно, к устройствам программного и микро программного управления повышенной надежности. Известны устройства, в которых контроль хода программы и микропрограммы при естественной последовательности операций, а также при безусловных и условных переходах основан на использовании специальной избыточной информации в кодах команд и микрокоманд. Известно устройство, содержащее запоминающее устройство программы, счетчик адреса команд, регистр кома устройство модификации адреса схемы сравнения,схемы сверток по mod3 1 В рассматриваемом аналоге контроль хода программы осуществляется поэтапно: вначале контролируется формирование адреса команды, затем производится контроль правильности обращения по адресу. При этом для организации контрол правильности обращения по адресу в каждой команде предусматривается ко трольный код адреса этой команды. При обращении к запоминающему устро ству (ЗУ) этот код сравнивается с контрольным кодом, образованном на счетчике команд. Необходимость в запоминании контрольных кодов адресов команд обуславливает увеличение разрядности всех слов запоминающего устройства, а для контроля формирования адреса команды необходимы дополнительные схемы формирования контрольных кодов. Отмеченные факторы ведут к значительным затратам оборуцования, что является недостатком рассмотренного аналога. Кроме того, недостатком данного У7тройства является невысокая способность обнаружения ошибок, нарушающих нормальный ход выполнения программы. К таким ошибкам приводят сбои в цепях выборки информации из ЗУ, в работе адресного дешифратора, так как в результате выбирается команда, не предусмотренная выполняeNbiM алгоритмом. Если же при этом контрольный код ошибочно считанного слова совпадает с контрольным кодом и на счетчике команд, ошибка не обнаруживается. Вероятность необнаружения подобной ошибки при испольэовании контроля по mod 3 составляет 0,33.

Известно микропрограммное устройство с контролем переходов, в котором для проверки соответствия между данными и адресом, по которому их надо извлечь, формируется бит общей Четности информационной и адресной части данных 2. После считывания данных бит четности сравнивается с,битом, найденным для адреса и информационной части данных. Наличие бита четности, как уже отмечалось выше/ не .позволяет выявить все возможные отклонения от нормального хода программы, а запо1- инание контрольного кода в основной памяти увеличивает аппаратные затраты, что являетс недостатками рассмотренного устройства.

Отмеченные недостатки свойственны также микропрограммному устройству с контролем переходов, в котором вместе с числом в ячейку записываетс как и в предыдущем аналоге, общий контрольный код адреса и числа 3. При считывании контрольный код адреса вычитается из считанного общего кода, после чего формируется контрол ный код числа и сравнивается с кодом полученным после вычитания.

Известно устройство обнаружения сяиибок в работе электронно-вычислительной машины (ЭВМ), содержащее запоминающий блок, счетчик команд, регистр для запоминания контрольной информации считываемых из ЗУ команд и схему сравнения, которая осуществляет сравнение контрольных сигналов с регистра контрольной информации и счетчика команд 4. На основании результатов сравнения производится детектирование ошибки.

Общими для данного аналога и заявляемого устройства являются запоминающий блок и схема сравнения. В приведенном аналоге контрольная информация каждой команды хранится в запоминающем блоке, поэтому недостатками аналога является - большие затраты оборудования, вызванные ростом числа разрядов команд и недостаточная обнаруживающая способность ошибки в ходе выполнения программы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является микропрограммное устройств с контролем переходов, содержащее память микропрограмм, регистр микрокоманд, регистр адреса, дешифратор, аппаратуру переходов, регистр адрес возврата и схемы сравнения 5. Общми для расматриваемого и заявляемог устройства являются память микропрограммы с дешифратором, объединенные в заявляемом устройстве запоминающее устройство микропрограмм, регистр адреса, регистр микрокоманд, аппаратура переходов, названная в

предлагаемом устройстве, блок управления переходами и схема сравнения.

В данном устройстве контроль правильности порядка следования микрокоманд производится на основе контроля по. четности, для чего все адреса заполняются разрядом четности адреса выбранного слова. Признак четности адреса следующей микрокоманды также вводится в Ксокдое слово микропрограммы и считывается на регистр адреса вместе с адресом.

Таким образом, в данном устройстве схема формирования признака четности заменена дополнительным контрольным разрядом и в результате каждое слово ЗУ содержит два разряда четности.

Недостаток рассмотренного устройства - большие затраты оборудования, обусловленные ростом числа разрядов микрокоманд.

Для него, как и для рассмотренных выше, характерна невысокая обнаруживающая способность схем контроля.

При саиибочной работе дешифратора адреса, а также при ошибке в передаче или формировании адреса следующей микрокоманды на регистре адреса возможно ошибочное считывание из памяти микропрограмм слова, признак чености адреса каждого из которых совпадает с признаком четности на регистре адреса. Такая ошибка не обнаруживается, хотя порядок следования микрокоманд нарушается, а вероятност необнаружения ошибки составляет 0,5.

Для всех известных устройств характерны недостаточная обнаруживающа способность отклонений от нормальног хода прохраммй, а также значительные затраты оборудования, необхо.цимые дл обнаружения этих отклонений.

Это объясняется тем, что в качестве критерия правильности хода программьз используется совпадение контро ных кодов адресов слов программы. В описанных выше известных устройствах использутотся контрольные коды по mod 3 и mod 2, которые не позволяют выявить все возможные нарушения последовательности выполнения команд и микрокоманд, так как для них характерны высокие вероятности пропуска ошибки, составляющие 0,33 и 0,5 сответственно.

Использование кодоё с большей обнаруживающей способностью приведет в известных устройствах к повышению уровня избыточности, так как возрастает число запоминаемых контрольных разрядов. Добавление разрядов ведет к росту оборудования разрядных цепей ЗУ и регистра микрокоманд. Кроме того, для формирования контролного кода адреса следующей гдакрокоманды более сложные cxeNbj формирования контрольных кодов, которые в частных случаях, например, в прототипе, могут быть заменены дополнител ными контрольныр-т разрядам в ЗУ Следовательно, повьш ение способности обнаружения отклонений кода программ от нормального в известных устройст вах связано с существенной перестро кой всего устройства и большими зат ратами емкости памяти, Целью изобретения является повыш ние эффективности контроля и сокращ ние оборудования. Поставленная цель достигается те что микропрограммное устройство с контролем переходов, содержащее бло памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд, блок сравнения и блок управления переходами, причем выход блока управления переходами соединен с первым входом регистра адреса, выход которого соединен с блоком памяти микрокоманд, выход бло ка памяти микрокоьтанд соединен со входом регистра микрокоманд, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым входом блока сравнения и вторым входом регистра адреса, выход блока сравнения являет ся выходом устройства, устройство дополнительно содержит сдвигающий регистр, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен с установоч ным входом сдвигающего регистра, информационный вход которого соединен с выходом блока управления переходс,м Схема микропрограммного устройства с контролем переходов привех;еиа на чертеже. В устройство входят блок 1 памяти микрокоманд, регистр адреса 2, регистр 3 микрокоманд, блок 4 управления переходами; блок сравнения 5 и сдвигающий .регистр 6, выход 7. Для контроля правильности следования микрокоманд в микропрограмму введены специальные контрольные микрокоманды, содержащие контрольную информацию для соответствующих участ ков исходной микропрограммы. Контрольная информация формируется дпя имеющейся микропрограммы с учетом по рядка .следования микрокоманд условно го и безусловного перехода на различных участках микропрограмг- ы. Так как каждый участок микропрограммы характеризуется определенной последовательностью значений опрашиваем логических условий и микрокоманд безусловного перехода, то контрольный код участка представляет собой последовательность нулей и единиц, где 1 соответствует единичному значению логического условия, а О - нулевому значению логического условия и безусловному переходу. Максимальная величина участка микропрограммы, .охв.аченного контроль ным словом, ограничивается лишь разрядностью слов ЗУ микропрограмм, а мрнимальная ве-пичина - допустиьмми пределами увеличения числа избыточных слов в запоминающей устройстве. Устройство работает следующим образом. По адресу, записанному на регистре адреса 2 из блока 1 выбирается на регистр 3 очередная микрокоманда. Адресная часть считанной икpoкoманды передается из регистра 3 на регистр адреса 2. Если считана микрокоманда условного перехода, то значение соответствующего логического условия из блока 4 управления переходами передается на второй вход регистра адреса 2, где мод5 фицируется определенная позиция адреса следующей микрокоманды. Значение опрашиваемого логического условия (1 или 0) поступает также на информационный вход сдвигающего регистра б. При этом одновременно со сдвигом производится запись значения логического условия в первый разряд регистра 6. Нумерация разрядов производится слева направо. Если считана микрокоманда безусловного перехода, то с выхода блока 4 на регистр адреса 2 и сдвигающий регистр 6 никакой информации не передается. При этом в сдвигающем регистре б производится сдвиг информации с записью нуля в первый разряд. В случае, если считана контрольная микрокоманда, блок сравнения 5 производит сравнение содержимого сдвигающего , регистра б с контрольным кодом, записанным на регистре микрокоманд 3. Если при выполнении микропрограммы от предыдущей контрольной микрокоманды все переходы были произведены верно, то на выходе 1 блока сравнения 5 появляется сигнал отсутствия ошибки, свидетельствующий о совпадении содержимого сдвигающего регистра 6 и считанного контрольного кода. Сигнгш отсутствия ошибки с выхода схемы сравнения 5 поступает на установочный вход сдвигающего регистра 6 и станавливает его в 1. После этого производится считыание очередной микрокоманды и двигающий регистр заполняется соотетствующей выполняемой микрокомане контрольной информацией. Если при выполнении какого-либо частка микропрограммы будет осущетвлен хотя бы один неправильный словный или безусловный переход, о .эта ошибка обнаруживается при читывании контрольного слова в онце участка, так как в этом слуае содержимое сдвигающего региста б не совпадает со считанным конрольным кодом. В заявляемом устройстве, в отличие от известных, всегда обнаруживаются следующие ошибки: 1)ложные переходы внутри одного участка (возвраты, пропуски одной или нескольких микрокоманд) микропрограммы, ведущие к изменению конфигурации участка, а, следовательно, и формированию на сдвигающем регистре кода, отличного от контрольного2)ложные выполнения микрокоманд условного перехода (из-за неправиль ной модификации адреса или неверной выборки слова), ведущие к переходу на новую ветвь микропрограммы (переход по О вместо 1 и наоборот), а, следовательно, к несовпадению ко трольного кода с содержимым сдвигающего регистра, в позиции ложного условного перехода, В заявляемом устройстве выявляют также почти все ложные переходы меж ,ду участками / так как в большинств случаев различные участки имеют раз ную конфигурацию и длину и полное совпадение контрольных кодов при таких перескоках, маловероятно. Применение предлагаемого устройства в микропрограммных устройствах (и программных) управления реальным объектами может дать значительный эффект, так как для таких систем тр буется высокая вероятность правильного выполнения программ управления Формула изобретения Микропрограьлмное устройство с контролем переходов, содержащее бло памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд, блок сравнения и блок управления переходами, причем выход блока управления переходами соединён с первым входом регистра адреса, выход которого соединен с блоком памяти микрокоманд, выход блока памяти микрокоманд соединен со входом регистра микрокоманд, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым входом блока сравнения и вторым входом регистра адреса, выход блока сравнения является выходом устройства, отличающеес я тем, что, с целью повышения эффективности контроля и сокращения оборудования, оно дополнительно содержит сдвигающий регистр, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен с установочным входом сдвигающего регистра, информационный вход которого соединен с выходом блока управления переходами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Пужинцев Н.Д. Аппаратный контроль управляющих цифровых вычислительных машин, М., Сов.радио , 1966, с. 364. 2.Акцептованная заявка Великобритании 1297836, G Об F 11/08 29.11.72. 3.Патент США 3789204 G Об F 11/10, 29.01.74. 4.Заявка Японии № 51-33702 G Об F 11/00 21.09.76. 5.Cook Robert W., sisson William H., 3torey bomas F., Design ofa se6f-cheching microprogrom con- ° ЗЕЕЕ jraris Comput 1973-, 22, № 3, 255-262), - прототип.