Устройство управления Советский патент 1980 года по МПК G06F9/06 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к устройствам управления цифровых вычислительных машин, и может найти применение при создании малогабаритных специализированных ЭВМ.

Известно устройство управления для цифровой вычислительной машины содержащее счетчик команд, в котором формирование кода операций -осуществляется не посредством обращения за командой, а посредством специальных логических блоков формирования операций и формирования адреса.

Указанное устройство обладает низкими функциональными возможностями и может быть использовано в -цифровых вычислительных машинах с небольшой программой, ограниченным набором команд и ограниченной разрядность адреса запоминающего устройства, та| как увеличение длины программы, набора команд и разрядности регистра адреса запоминающего устройства связано с резким увеличением количества оборудования и уменьшением.надежности устройства..

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности

является устройство управления, содержащее счетчик команд, регистр команд, шифратор, счетчик тактов, дешифраторы счетчика тактов, схему оСъ5 единения, схему длинных операций, схему пуска-останова, тактовый генератор 2.

Это устройство имеет значительные габариты из-за наличия шифратора, схем объединения и схемы длинных операций; ограниченные функци- . ональные возможности, поскольку набор реализуемых команд сильно ограничен, а введение новых команд (или

J5 изменение состава уже имеющихся)

требует существенной переделки шиф-; ратора, схем объединения, схем длин ных операций и связано со значитель ным увеличением оборудования; яёзы,

20 сокое быстродействие, поскольку совмещение во времени выполнения соседних операций нецелесообразно, так как .связано со значительным уваличе нием оборудования и, в .частности.

25 схем объединения.

Целью изобретения является упрощение устройства.

Поставленная цель -достигается ем, что в устройство управления,

30 содержащее тактовый генератор, выХОД которого подключен к входу узла пуска-останова, выход сброса которого подключен к первому управляющему входу счетчика команд, выход KOtoisord является первым, выходом , устройства, второй управляющий вход: счетчика команд подключен к первому выходу дешифратора тактов, вход которого соединен с выходом счетчика тактбв, ин)ормацмонный счетчика команд подключен к первому разрядному выходу регистра команд, второй раэрядньгй выход которого являetcH вторым выходом устройства,., информационнь вход регистра команд подключен к входу устройства, управлянядий вход регистра команд соединен с вторь дешифратора гтактов, третий разрял нй выход регистра команд соединён с входом дешиЛратора кодов операций, введены группы элементов И и ИЛИ,элементы НЕ и блок установки исходных состояний, триггер, элемент задержки и коммутатор, причем первая группг выходов операций длительностью п тактов дешифратора кодов операций соединена с входами первого элемента ИЛИ группы, вторая группа выходов операций длительностью n+fe тактов дешифра тора кодов операций соединена с входами второго элемента ИЛИ группы, третья группа выходов операций длительностью n+k+l тактов дешифратора кодов операций соединена с входами третьего элемента ИЛИ группы, выход пуска узла пускаостанова соединен с входом Пуск блока установки исходных состояний и через элемент НЕ с первым входом первого элемента И, к второму входу которого подключен единичный выход триггера, вход установки в нуль которого соединен с выходом сброса узла пуска-останова, информационный вход триггера подключен к третьему выходу дешифратора тактов, а синхронизИрующий вход триггера - к выходу тактового генератора и через элемент зещержки - к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с нулевым выходом триггера, а выход второго элемента И подключен к первому управляющему входу счетчика тактов, второй управляющий вход которого соединен с выходом сброса узла пуска-останова, информационный вход счетчика тактов подключен к выходу блока установки исходных состояний, группа входов которого соединена с выходами соответстсйующих элементов И группы, первые входы которых подключены к выходам соответствующих элементов ИЛИ группы, а вторые входы элементов И подключены к выходу первого элемента И, при этом первая группа выходов дешифратора тактов соединена с первой группой выходов устройства, а вторая группа выходов дешифратора тактов соединена с группой информационных входов коммутатора, группа выходов которого является второй группой выходов устройства, группа управлякицих входов коммутатора соединена с соответствующими выходами дешифратора кодов операций.

На фиг. 1 дана, блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные, диаграммы работы.

Устройство содержит счетчик 1 команд, регистр 2 команд, дешифратор

3кодов операций, группа элементов ИЛИ 4, элемент НЕ 5, первый элемент И б, блок 7 установки исходных состояний , счетчик 8 тактов, дешифратор 9 тактов, коммутатор 10, тактовый генератор 11 узел 12 пуска-останова,триггер 13, элемент 14 задержки, второй элемент И 15, вход 16 устройства, первый выход 17 устройст1за, второй выход 18 устройства, первая

Труппа выходов 19 устройства, вторая группа выходов 20 устройства, выход 21 дешифратора счетчика тактов, выход 22 дешифратора счетчика тактов, выход 23 дешифратора счетчика тактов, группа элементов И 24. В устройстве группа элементов ИЛИ

4предназначена для объединения по ИЛИ выходов дешифратора 3 кодов операций, соответствующих операциям одинаковой длительности, п , n+k , n-«-k+ +1 тактов. При этом поскольку колидчество групп операций различной длительности, как правило, невелико, количество элементов ИЛИ 4 группы очень небольшое (3-5 элементов).

Группа элементов И 24 предназначена для блокировки подачи ложных сигналов на блок 7 установки исходных состояний призапуске устройства. Количество элементов И24 в группе равно количеству элементов ИЛИ 4 группы. Блок 7 установки исходных состояний предназначен для формирования кодов исходных состояний счетчика 8 тактов в соответствии с номером такта, с которого начинается лйбая операция, а также для формирования кода исходного состояния счетчика 8 тактов при запуске устройства . рн может быть построен на ком бинационных схемах.,

. Счетчик 8 тактов предназначен для счета импульсов и может быть построен, например, на счетных триггерах. При этом, в рассматриваемом .устройстве S-входы триггеров непосредственно связаны с соответствующими выходами блока 7, а R-входы - с выходом Сброс узла 12 пуска-останова.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал Сброс с выхода сброса узла 12 пуска-останова, например, через R-входы триггеров, устанавлива.ёт счетчик 1 команд, счетчик 8 тактов и триггер 13 в нулевое состоя ние (см. фиг. 2). Информация с выхода счетчика 8 тактов поступает на вход 9 дешифратора тактов. На выходе 23 дешифратора 9 тактов, соответ ствующем нулевому состоянию счетчика 8 тактов, появляется сигнал, который поступает на информационный вход триггера 13. При этом, сигнал на вторых входё1Х элементов И 24 гру пы отсутствует, поскольку отсутству ет сигнал с единичного выхода триггера 13. Следовательно, информация с выходов элементов ИЛИ 4 группы через элементы И 24 группы на входы блока 7 не проходит. Сигнал на первом управляю1чем входе счетчика 8 тактов также отсутствует. Первый синхроимпульс с выхода та тового генератора 11 после сигнала сброс переводит триггер 13 в единичное состояние (см. фиг. 2). Этот же синхроимпульс, задержанный элеме том 14 задержки, поступает на первы вход второго элемента И 15. При это на выходе второго элемента И 15 раз решакедий сигнал уже отсутствует, и счетчик .8 тактов остается в нулевом состоянии. Сигнал с единичного выхода триггера 13 поступает на второй вход пе вого элемента И б. Одновременно с первым синхроимпульсом после сигнал Сброс узел 12 пуска-останова формирует сигнал на выходе Пуск, дли тельность которого должна быть равна периоду следования синхроимпульсов. Этот сигнал через элемент НЕ 5 поступает на первый вход первого элемента И 6. Так как сигнал Пуск поступает на первый вход первого элемента И 6 через элемент НЕ 5, а триггер 13 устанавливается в едини,чное состояние одновременно с появлением сигнала Пуск, то сигнал на выходе элемента И 6, и следовательно, на вторых входах элементов И группы 24 отсутствует. Тем самым запрещается прохождение сигналов с выходов дешифратора кодов операций 3 на соответствующие входы блока 7 на время действия сигнала Пуск, Вместе с тем, сигнал Пуск через соответствующий вход поступает на вход блока 7. Блок 7 формирует код, соответствующий сигналу Пуск, и этот код заносится (например, по S входам триггеров) на счетчик 8тактов. При этом на обоих управляющих входах счетчика 8 тактов сиг налы отсутствуют (см. фиг. 2). С вы хода счетчика 8 тактов код исходного состояния поступает на вход дешифратора 9 тактов и на одном из вы ходов (кроме выхода 23) дешиЛратора 9тактов появляется сигнал. Так как на выходе 23 дешифратора 9 тактов сигнал отсутствует, то по приходу ледующего синхроимпульса на вход синхронизации триггера 13, последний устанавливается в нулевое состояние. Этот же синхроимпульс, проходя через элемент 14 задержки, поступает на первый вход второго элемента И 15, в это время,на втором входе этого элемента присутствует разрешающий потенциал, в результате на первом управляющем входе счетчика 8 тактов появляется управляющий сигнал, который изменяет установленное ранее исходное состояние счетчика 8 тактов, например, на единицу. Синхроимпульсы с выхода тактового генератора 11 приходят на первый управляющий вход счетчика 8 тактов, изменяя его состояние до тех пор, пока счетчик 8 тактов не установится в нулевое Состояние и следовательно, на выходе 23 дешифратора 9 тактов ке появится сигнал, который установит триггер 13 по П1иходу следующего синхроимпупьса в единичное состоя- ние. По мере изменения кода состояния счетчика 8 тактов на выходе дешифратора 9 тактов формируются управляющие сигналы, которые поступают на соответствующие шины устройства. Таким образом, устройство после сигнала Пуск вьщает на выходные шины устройства последовательность управляющих сигналов, необходимых для режима Пуск. В этой последовательности также формируются сигналы, например, на выходах 21 и 22 дешифратора 9 тактов, которые поступают соответственно на второй управляющий вход счетчика 1 команд и на управляющий вход регистра 2 команд. Сигнал на втором управляющем входе счетчика 1 команд устанавливает счетчик 1 команд в состояние, соответствующее адресу очередной команды, а сигнал на управляющем входе регистра 2 команд является сигналом разрешения приема информации на регистр 2команд с входа 16 устройства. Эта информация может быть передана на зход 16 устройства, например, из запоминающего устройства команд. После занесения информации на регистр 2 команд, информация с третьего разрядного выхода регистра 2 команд поступает на вход дешифратора 3кодов операций, а со второто выхода - на первый выход 18 устройства. Дешифратор 3 кодов операций аа одном из своих выходов выдает сигнал, который поступает на соответствующий вход ке « гутатора 10 и через соответствуювдий элемеит ИЛИ 4 группы на первый вход соответствующего элемента И 24 группы. Однако этот сигнал на вход блока 7 не проходит до тех пор, пока на выходе первого элемента И 6 не появится управляющий еигнал. Сигнал на выходе первого эл мента И 6 формируется при установке триггера 13 в состояние единица. В это состояние триггер 13 устанавливается при наличии сигнала на выходе 23 дешифратора 9 тактов, т.е. тогда, когда счетчик 8 тактов при последовательном изменении своих со тояний последовательностью сигналов на первом управляющем входе (см. фиг. 2) приходит в нулевое состояние. С появлением сигнала на выходе первого элемента И 6 сигнал с выход дешифратора 3 кодов операций поступ на вход блока 7 через этот элемент ИЛИ 4 группы, остальные входы которого связаны с выходами дешифратора 3 кодов операции, соответствующими операциям одинаковой.длительности и одинаковому исходному состоянию счетчика 8 тактов. Код исходного состояния выбранной команды с выхода блока 7 заносится на счетчик 8 Тактов. При этом отсутствие сигна ла на нулевом выходе триггера 13 за прещает прохождение синхроимпульса на первый управляющий вход счетчика 8 тактов. Занесенный код на счет чике 8 тактов является кодом исходного состояния, соответствующего пе вой выбранной команде. Этот код поступает на дешифратор тактов 9, который на соответствующем выходе вырабатывает сигнал. При этом на выхо де 23 дешифратора 9 тактов сигнал снимается, и соответствующим синхро импульсом триггер 13 устанавливается в нулевое состояние. Сигнал с ед ничного выхода триггера 13 через первый элемент И 6 запрещает прохож дение сигналов с выхода дешифратора 3 кодов операций через группу элементов И 24 на входы блока 7. Сигнал с нулевого выхода триггера 13 разрешает прохождение серии синхроимпульсов через второй элемент И 15 на первый управляющий вход счетчика 8 тактов, изменяя его состояни каждым синхроимпульсом, например, на единицу. Синхроимпульсы с выхода тактового генератора 11 проходят на первый управляющий вход счетчика 8 тактов, изменяя его состояние до тех пор, пока счетчик 8 тактов не приходит в нулевое состояние и, следовательно, на выходе 23 дешифратора 9 тактов не появляется сигнал, которыйустанавливает триггер 13 в единичное состояние по приходу следующего синхроимпульса (см. фиг. 2). Таким образом, на выходе дешифра тора тактов формируется последовательность управляющих сигналов, необходимая для выполнения выбранной команды. В этой последовательности формируются сигналы, которые являют сигналами подготовки следующей -команды, например с выхода 21 дешифра тора 9 тактов,и ее занесения на регистр команд, например с выхода 22 дешифратора, с входных шин 16 устройства. Так как для этих целей могут быть испол1-зованы любые сигналы из формируемой последовательности дешифратором 9 тактов, то совмещение во времени выполнения выбранной команды с подготовкой сформированием, занесением следующей команды на регистр команд, выборкой операнда следующей команды и т.п. может быть полным. Тем самым достигается существенное увеличение быстродействия данного устройства и расширение функциональных возможностей при незначительных аппаратурных затратах. Формирование управляющих сигналов для последующих команд аналогично описанному. При этом если код исходного состояния выбранной команды отличается от предыдущего, то сигнал с выхода дешифратора 3 кодов операций , соответствующий коду очередной команды, поступает на вход блока 7 через другой элейент ИЛИ 4 группы, остальные входы которого связаны с выходами дешифратора кодов операций 3, соответствующими операциями той же длительности и тому же исходному состоянию счетчика 8 тактов, что и выбранная команда. Технико-экономический эффект данного устройства состоит в следующем. Устройство является простым и обладает малым количеством оборудования. Это обеспечивает тем, что все операции, которые реализуют устройство, разбиты на группы с одинаковым количеством тактов выполнения любой операции в-нутри группы и одинаковым исходным состоянием счетчика 8 тактов. Устройство имеет широкие, функци- . ональные возможности, так как позволяет увеличивать количество команд путем незначительного добавления (доли процента) оборудования в состав устройства и имеет более высокое быстродействие, поскольку обеспечивает глубокое совмещение реализации во времени двух соседних операций. При этом в отличии от прототипа, совмещение во времени соседних операций Требует незначительных аппаратурных затрат и обеспечивает по сравнению с прототипом увеличение быстродействия, на 20-30%. Формула изобретения Устройство управления, содержащее тактовый генератор, выход которого подключен к входу узла пуска-останова, выход сброса которого подключен к первому управляющему входу счетчика команд, выход которого является первым выходом устройства, второй управляющий вход счетчика команд подключен к первому выходу дешифратора тактов, вход которого сое-динен с выходом счетчика тактов, информационный вход счетчика команд подключен к первому разрядному выходу регистра команд, второй разрядный выход которого является вторым выходом устройства, информационный входрегистра команд подклю-ен к входу устройства управляющий вход регистра команд соединен с вторым выходом дешифратора тактов, а третий разрядный выход регистра команд соединен с входом дешифратора кодов операций, отлич ающееся тем что, с целью упрощения устройства, оно содержит группу элементов И и ИЛИ, элемент НЕ и блок установки исходных состояний, триггер, элемент задержки и коммутатор, причем первая группа выходов операций длительностью п тактов дешифратора кодов операций соединена с входами первого элемента ИЛИ группы, вторая группа выходов операций длительностью n+k тактов дешифратора кодов операций соединена с входами второго элемента ИЛИ группы, третья группа выходов операций длительностью n+k-H тактов дешифратора кодов операций соединена с входами третьего элемента ИЛИ группы, выход пуска узла пуска-останова соединен с входом Пуск блока установки исходных состояний и через элемент НЕ с первым входом первого элемента И, к второму входу которого подключен единичный выход триггера, вход установки в нуль которого соединен с выходом сброса узла пуска-останова, информационный вход триггера подключен к третьему выходу дешифратора тактов, а синхронизирующий вход триггера к выходу тактового генератора и через I элемент задержки - к первому вхо, ду второго элемента И, второй вход которого соединен с нулевым выходом триггера, а выход второго элемента И подключен к первому управляющему входу счетчика тактой, второй управляющий вход которого соединен с вы0ходом сброса узла пуска-останова, информационный вход счатчика тактов подключен к выходу блока уста«овки исходных состояний, группа входов которого соединена с выходами соотввт5 ствующих элементов И группы, первые входы которых подключены к выходам соответствунядих элементов ИЛИ группы, а втбрые входы элементов И группы подключены k выходу первого элемента И, при этом первая группа выходов дешифра:7ора тактов соединена с первой группой выходов, устройст- ва, а вторая группа выходов дешифратора тактов соединена с группой информационных входов коммутатора,

группа выходов которого является второй группой выходов устройства, группа управляющих входов коммутатора соединена с соответствующими выходами дешифратора кода операций.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 395652, кл. G 06 F 9/06, 1972.

2.Летагуров Я.А., Малишевский В.В., 5 Потураев О.С. Основы инженерного про-ектирования УЦВМ. М,, Сов. Радио, 1972, с. 2i2-213, р. 6, 7 (прототип) .