Микропрограммное управляющее устройство

Микропрограммное управляющее устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1 l 0291

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к микропрограммным устройствам управления, и может быть использовано в цифровых вычислительных систе" мах, а также терминальной аппаратуре.

По основному авт.св. V 949657 известно микропрограммное управляющее устройство, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр микрокоманд, ре- 10 гистр адреса, блок проверки условий, генератор импульсов, группу элемен тов И, регистр блокировки и элемент И, причем выходы блока проверки ус" ловий соединены с входами регистра адреса, выходы которого соединены с входами блока памяти микрокоманд, выходы которого соединены с инфор мационными входами регистра микрокоманд, адресные выходы которого соединены с информационными входами блока.проверки условий, управляющие вхо" ды которого являются. входом устрой" ства, управляющие выходы регистра микрокоманд соединены с первыми входами каждого элемента И, группы эле" ментов И, выходы которых являются первым выходом устройства, а информационные выходы регистра микрокоманд являются вторым выходом устройства, выход- каждого элемента И груп(пы элементов И соединен с инверсными входами всех последующих элементов И группы элементов И, с инверсным входом элемента И и с установочным входом регистра блокировки, соответствен 5 но выходы регистра блокировки соедине" ны с вторыми входами элементов И группы элементов И, выход элемента И соединен с управляющим входом регистра, микрокоманд и с входом установки в исходное состояние регистра блокиров. ки, тактирующий вход которого соединен с выходом генератора импульсов t» 1).

Недостатком данного устройства .яв-45 ляется ограниченный набор комбинаций микроприказов, выдаваемых в каждой отдельной микрокоманде. Это связано с тем,что микроприказы выдаются в жестко установленном порядке. Причем 50 е е порядковый номер микроприказа, выдаваемого в первом микротакте, имеет наименьшее значение, а порядковый номер следующего микроприказа больше номера микроприказа, выданного в 55 предыдущем микротакте. Это ограничивает функциональные возможности устройства.

78 а

Если для выполнения операции, за. даваемой в операционном поле микрокоманды, требуется выдача микроприкаэов в порядке, отличном от установленного, используется несколько микрокоманд. Причем операционные поля этих микрокоманд одинаковы, а в управляющем поле каждой микрокоманды содержится часть необходимого набора микроприкаэов, которая может быть выдана в одной микрокоманде. Последова» тельное выполнение этих микрокоманд дает возможность выполнить операцию с необходимой:комбинацией микроприказов, однако при этом требуется большой объем микропрограммной памяти.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет расширения набора комбинаций микроприказов, выдаваемых в одной микрокоманде.

Поставленная цель достигается тем, что микропрограммное управляющее устройство содержит регистр управления, дешифратор, первый и второй элементы И и элемент задержки, причем информационный вход регистра управления соединен с выходом блока .памяти микрокоманд, а выход - с входом дешифратора, первый выход которого соединен через элемент. задержки с инверсным входом первого элемента И и первым входом второго элемента И, другие входы которых соединены с выходом эл . мента И, выходы дешифратора, кроме первого, сОединены с инверсными вхо" дами элементов И группы, порядковые номера которых меньше порядкового номера соответствующего выхода дешифратора, выход первого элемента И соединен с входом установки в ноль регистра управления, выход второго элемента И - с входами записи регистров микрокоманд и управления и с установочным входом регистра блокировки, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом регистра адреса, вход начальной установки устройства соединен с установочными входами регистров микрокоманд и адреса.

Такое. решение позволяет осуществить циклический порядок выдачи микроприкаэов, при котором в одной микро. команде микроприказы сначала выдаются в порядке возрастания номеров, начиная с первого микроприказа с любым порядковым номером и кончая микроприказо .с наибольшим порядковым номе3 . 1029178 ром. Затем микроприказы продолжают ветственно.; 26 - сигнал на выходе элевыдаваться в том же порядке, начиная мента 17 задержки; 27 - сигнал нас микроприказа с наименьщим порядка-, выходе элемента И 15 28 - сигнал на

У вым номером и кончая последним микро- :выходе элемента И 16; 29, 30, 31 приказом, порядковый номер которого g сигналы микроприказов на выходах хотя бы на единицу меньше первого пятого, первого и третьего элемен- выданного микроприказа. тов И 10 соответственно.

При этом расвиряется набор комбина- Иикропрограммное управляющее устций микроприказов, выдаваемых в одной . Ройство работает следующим образ<и. микрокоманде, что позволяет многие 10 для приведения устройства в исходоперации выполнять при помощи мень- ное состояние на его вход 4 подается мего количества микрокоманд. .сигнал 21 начальной установки, по ко-, На фиг. 1 изображена схема пред- торому регистр 3 микРокоманд и релагаемого микропрограммного управля- гистр 2 адреса устанавливаются в нующего устройства; на фиг. 2 - схема- 15 левое состояние.. По нулевому содержиблока проверки условий; на фиг. 3 - мому регистра 2,адреса из блока 1 павременная диаграмма работы устрой" мяти микрокоманд выбирается начальства. ная микрокоманда и поступает на sxq-.

Иикропрограммное управляющее уст- . ды регистра 3 микрокоманд и регистройство содержит блок 1 памяти мик- . ® Ра 8 управления. рокоманд, регистр 2 адреса, регистр 3 Так как содержимое. Регистра 3 микмикрокоманд, вход начальной установ- 1рокбманд.равно нулю, то сигналами его ки которого является одноименным,управляющих"выходов оказываются закрывходом 4 устройства, а информацион-. . тыми все элементы И 10. При этом на ные выходы -. информационными выхода- .их выходах присутствуют нУлевые ло-ми 5 устройства, блок 6 йроверки уе- тенциалы, в результате чего на выловий,,управляющие входы которого яв" ходе элемента И 13 вырабатывается сиг" ляются управляющими входами 7 устрой" нал 22 и постУпает на входы элемен» ства,.регистр 8 управления, дешифра- . тов И 15 и 16. В начальный момент тор 9, группу элементов И 10, выходы .времени, после включения устройсткоторых являются управляющими выхода- ва регистр 8 управления находится

30 ми 11 устройства, регистр 12 блоки- в неопРеделенном состоЯнии. ПоэтомУ, явки, элемент И 13, генератор 14 так- если .содержимое регистра 8 управлетовых импульсов, первый элемент И 15 Hws не равно нулю, значение сигнала второй элемент И 16 и элемент 17 за- на первом выходе девифратора 9 и содержки. 35 ответственно сигнала 26 на выходе элеБлок б проверки условий (фиг.2) мента 17 задержки равно нулю. При содержит группу элементов И 18 и : этом срабатывает элемент И 15, и сиггруппу элементов HOI 19. : нал 27 с его выхода устанавливает в

Первые входы элементов И 18 соеди- нулевое состояние реГистр 8 управленены между собой и с одним ийфюрма" 4в ния. В результате этого, сигнал на ционным входом блока 6 проверки усло-. первом выходе деаифратора 9 и соотвий, остальные информационные входы . ветственно сигнал 26 на выходе эле-которого являются входами элемен- мента 17 задержки принимает значение э, тов ИЛИ 19, Выходы элементов И 18 и Равное единице. При этом элемент И 15. соединены с входами элементов ИЛИ 19.gg закрывается, а элемент И 16 открыВторые входыэлементов И 18 являют- . вается. Сигнал 28 с его выхода устася управляющими входами блока 6 про- .навливает в исходное единичное состо верки условий. Выходы элементов ИЛИ. 19, яние регистр 12 блокировки. Кваме чо-. являются выходами блока 6 проверки -iro. Сигнал 28 с выхода элемента И 16 условий. ©:поступает на входы занесения регист- . :-Ра 3 микрокоманд и Регистра 6. ynpasHa временной диаграмме работы уст™: ления. {)днако занесения в эти регист;ры не должны производиться до тех .Пор, ройства обозначено 20 - импульсы на ры не должны произ о устроистаа. та И 13;23,24,25 - сигналы микропр"ка,ла 21 начальной установк

,ла начальной установки в регистр 3

:зов на выходах восьмого, двенадцато-,микрокоманд и регистр 8 управления го и седьмого элементов И 10 соот :,заносится начальная микрокоманда.

5 10291

Иикрокоманда состоит из четырех полей - адресного, операционного, управляющего и дополнительного.

В адресном поле микрокоманды, кроме кода, по которому определяется адрес следующей микрокоманды, содержится один разряд, значение которого указывает на проведение или не проведение условных переходов в данной микрокоманде. f0

В операционном поле указывается код операции, которую выполняют операционные схемы, управляемые данным микропрограммным управляющим устройством. f5

В, управляющем поле задается набор микроприказов, при выдаче которнх осуществляется выполнение операции, указанной в операционном поле.

Дополнительное поле содержит двоичный код на единицу меньше номера того микроприказа, который выдается в микрокоманде первым. .Первые три полн микрокомвнды содержатся в регистре 3 микрокоманд, а дополнительное поле - в регистре S управления.

Пример. Для выполнения операции, содержащейся в операционном поле, необходимы шесть микротактов..

Причем в течение первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого микротактов единичйый сигнал должен присутствовать на выходе вось- мого, двенадцатого, седьмого, пятого и третьего элементов И 10 соответст" З5 венно °

Такая последовательность микроприказОВ B предлагаемом устройстве выпОл40 няется при помощи двух микрокоманд, причем в первой микрокоманде выдаются восьмой, двенадцатый и седьмой микроприказы, à во второй - пятый, первый и третий. Тогда на седьмом, восьмом и двенадцатом управляющих выходах регистра 3 микрокоманд присут,ствует единичный сигнал, à íà oo" тальных - нулевой. Та% как первым выдается микроприказ с порядковым,номером, равныу восьми, код, занесенный в регистр 8 управления, равен семи. Поэтому на восьмом выходе дешифратора 9 вырабатывается единичный сигнал, который закрывает элементы

И 10, начиная с первого и кончая седь45 мым. Тогда на выходе восьмого элемен-. та И 10 в течение первого микротак" та присутствует единичный сигнал 23, 78 6 вследствие чего все последующие элементы И 10 закрыты.

Во втором микротакте по сигна" лу 20 и при наличии единичного сигнала на восьмом установочном входе восьмой разряд регистра 12 блокировки устанавливается в ноль. При этом восьмой элемент И 10 закрывается, от" крывая. тем самым все последующие элементы И 10, но так как девятый, десятый и одиннадцатый элементы И 10 за" крыты нулевыми сигналами с управляющих выходов регистра 3 микрокоманд, единичный сигнал вырабатывается на выходе двенадцатого. элемента И 10.

В третьем микротакте аналогично устанавливается в ноль двенадцатый разряд регистра 12 блокировки, при этом состояние остальных разрядов регистра 12 блокировки не изменяется.

Двенадцатый элемент И 10 закрывается и на выходах всех элементов И 10 единичный сигнал отсутствует, так как нулевой сигнал присутствует на всех следующих после двенадцатого управляющих выходах регистрах 3 микрокоманд.

В результате этого на выходе элемента И 13 вырабатывается сигнал 22. Так как содержимое регистра 8 управления не равно нулю, сигнал на первом выходе дешифратора 9 и соответственно сигнал 26 на выходе элемента 17 задержки равны нулю. Поэтому срабатывает элемент И 15, и сигнал 27 с

его выхода устанавливает в ноль регистр 8 управления. При этом единичный сигнал вырабатывается на первом выходе деаифратора 9, а на всех ос" тальных выходах присутствует нулевой сигнал, вследствие чего открываются ранее заблокированные с первого по седьмой элементы И 10, и на выходе седьмого элемента И 10 вырабатывается единичный сигнал. Элемент 17 задержки предупреждает возникновение явления "гонок" при переключейии дешифратора 9, задерживая сигнал о первого выхода дешифратора 9 на время фор мирования сигнала 22. Поэтому изменение сигнала 26 на выходе элемента 17 задержки происходит уже пюсле того, как сбрасывается сигнал 22 на выходе элемента И 13, что предупреждает лож ное срабатывайие элементов И 15 и 16.

В следующем, четвертом микротакте по импульсу 20 с выхода генератора Я устанавливается в ноль седьмой разряд регистра 12 блокировки. В результате этого закрывается седьмой эле7 —: 1-029178 8. мент И 10, и.на выходе всех элемен- сигнал. Вырабатывается сигнал 22 на тов И 10 oflRTb присутствует нулевой выходе элемента И 13, в результате сигнал. Вырабатывается сигнал 22 на чего срабатывает элемент И 1 ., так выходе элемента И .13, и так как на как содержимое регистра 8 управления выходе элемента 1.7 задержки-присут- g не равно нулю, а сигнал 26 на выходе ствует единичный сигнал 26, срабаты-: :элемента 17 задержкв равен нулю. вает элемент И 16. По сигналу 26. с. . Регистр 8 управления устанавливаего выхода устанавливается в единичное ется в ноль, в результате чего открысостояйие "регистр 12 блокировки, а в ваются первые четыре элемента И 10

:регистры 3.микрокоианд и 8 управле- 1о и единичный сигнал 30 вырабатывается ния заноси-ся следующая микрокоманда, на выходе первого элемента И 10. у которой в операционном. поле содер- В шестом микротакте аналогично усжится такой же код как и в первой танавливается в ноль первый разряд микрокоманде, в управляощем поле регистра 12 блокировки, закрывается первый, третий и пятый разряды рав- lg первый элемент И 10 и единичный сиг" ны единице, а остальные - нулю. Так нал 31 вырабатывается на выходе трекак при выполнении второй микрокоман- тьего элемента И l0. После того, как ды первым должен выдаваться пятый -- в очередном микротакте третий. разряд микроприказ, то дополнительное поле регистра 12 блокировки устанавливаетвторой микрокоманды содержит код, ® ся в ноль, и вследствие этого закрыравный четырем. 8 результате этого вается третий элемент И 10, на выходах единичным сигналом с пятого выхода всех элементов И 10 присутствует нудешифратора 9 блокируются первые че- левой сигнал. На выходе элемента И f3 тире элемента И 10„ и единичный сиг- вырабатывается сигнал 22, по которонал.29 вырабатывается на выходе пято- му срабатывает элемент И 16..Сигнаго элемента И 1 0, лом 28 с его выхода устанавливается

До этого момента по адресной час= в исходное единичное состояние ре- . ти первой микрокоманды формируется . гистр 12 блокировки, а в регистры 3 адрес второй микрокоманды. Так как микрокоманд и 8 управления заносится после выполнения первой микрокоманды следующая заранее подготовленная миквыполнение всей операции еще не за" рокоманда. Адрес этой микрокоманды

30 вершается, то переход от первой мик формируется с учетом поступающих на, рокоманды ко втопой осмшествляется входы 7 устройства сигналов логичесбез ччета чсловий. сигналы котооых ких условий, так как после выполнепостмпают из опепаиионных схем на ния .второй микрокоманды в данном слувхол 7 мстоойства. Поэтомч в .аапесном поле первой микрокоманды разряд, чае завершается выполнение требуемой операции. Поэтому в адресном поле второи микрокоманды разряда признака

При этом элементы И 18 в блоке 6 перехода равен единице, вследствие ,чего элементы И 18 в блоке 6 проверки проверки условий оказываются закрытыми, и адрес следующей второй микроко-40 майды определяется непосредственно из условий открыты. Сигналы логических адресного поля первой микрокоманды. "с ювий с входов 7 уст1жйства посту.-Адрес второй микрокоманды через эле- пают чеРез элементы И 1Ц на первые менты ИЛИ 19 поступает на вход регистр - входы элементов И 1И 19 на вторые вхора 2 адреса изаноситсяв негопосиг-. - ды которых поступает код с адресных налу 20. По этому адресу из блока 1 выходов регистра 3 иикрокоманд. В ре45 памяти микрокоманд выбирается вторая зультате на выходах элементов ИЛИ 19 микрокоманда и поступает на информа- Ф рмируется адрес следующей микрокоционные входы регистра 3 микрокоманд манды который по сигналу 20 с ыхои регистра 8 управления.:Таким обРа- да генератора 14 заноситоя в ревом, при поступлении сигнала 28 с а"® гистр ? адреса. Выбранная по этому адхода элемента И 16 в регистры 3 микро-,peey ea блока 1 .памяти микрокоманд и команд и 8 управления заносится зара- занесенная в регистры 3 микрокоманд иее подготовленная микрокоманда. - и 8 управления микрокоманда выполняВ пятом микротакте по импульсу 20 ется аналогично. Для выполнения расустанавливается в ноль пятый разряд .55 смотренного примера известным устройрегистра 1? блокировки. Закрывается ством потребовалось бы четыре микроко. пятый элемент И 10, и на входах всех манды. В первой микрокоманде выдается элементов И 10 присутствует нулевой только восьмой и двенадцатой микро9, 10291 приказы, во второй - седьмой, в третьей - пятый и только в четвертой микрокоманде - первый и третий. Таким образом, описываемое устройство обладает расширенными по сравнению с известным функциональными воэможностями,за счет увеличенного набо-. .ра комбинаций микроприказов, выдавае,мых в одной микрокоманде. Это позволяет .выполнять многие операции при помощи меньшего числа .микрокоманд, что дает возможность сократить объем мик,ропрограммной памяти.

Для качественной оценки преимуществ предлагаемого устройства сравним его c известным, в качестве которого воэь мем микропрограммное устройство управления, встроенное в систему технологического контроля печатных плат.

Для реализации всех комбинаций. микроприкаэов при использовании базового объекта необохдимо 128 микроко" манд. В случае применения описываемого устройства для выполнения этой задачи достаточно лишь 96 микрокоманд, При этом величина, показывающая относительное сокращение количества мимикрокоманд, равна

1 и 12о зо где 1 .1 - количество микрокоманд, не". ! обходимых для реализации полного набора комбинаций из четырех микроприказов в заявляемом устройстве;

И " количество миирокоманд, необ. ходимых для реализации полного набора комбинации из четырех микроприказов в базовом объекте.

Величина g показывает относительное сокращение микропрограммной памяти в заявляемом устройстве по сравнению,с базовым объектом пои равновероят- .ной выдаче каждой комбинации мик45 проприказов

v4 „NALLY С+6

"" g75 — 2. "й" а. С+ 4 C+M

=07К . э (В

78 . 10 где 3„> /« - объемы микропрограммной памяти, соответственно, в заявляемом и базовом устройствах;

Ь1,Ь< " длина микрокоманд, соот" ветственно, в заявляемом и базовом устройствах;

С - число разрядов в адресном и операционном полях микрокоманды;.

И - число разрядов в управ-, ляющем поле микрокоманды.

Из выражения 1 2) видно, что с увеличением С соотношение — приблиС+6

1. Ф 4 жается к единице, а объем микропрограммной памяти в заявляемом устройстве - к минимальному, равному 75 от объема микропрограммной памяти в базовом объекте. Таким образом, мак. симальное сокращение микропрограммной памяти в заявляемом устройст" ве приближается к 254 от объема мик"

I ропрограммной памяти в базовом объекте.

Определим минимальное сокращение микропрограммной памяти при выполнении полного набора комбинаций из четырех микроприказов. Так как для выполнения этой задачи в базовом объек" те требуется 128 микрокоманд,.уо адресное поле микрокомандь1 должно иметь, как минимум, восемь разрядов (семь для вычисления адреса и один для указания типа перехода). Так как количество комбинаций в полном наборе иэ четырех микроприказов.равно 64, то операционное поле микрокоманды имеет, как минимум, йесть разрядов.

Тогда

14+6

Ю= 0,75 = 0,75 ° ;д- 0,Д25

Иаксимальный объем микропрограммной памяти в заявляемом устройстве составляет 82,53 от объема микропрограммной памяти в базовом объекте.

Таким образом, в заявляемом уст" ройстве сокращение микропрограммной памяти составляет 17,5-253 йо срав-,. нению с базовым объектом.

1029178

И

23

24

Составитель Л. Логачева

Реоактор Н. Швыакая Техрев И.Геогель Короектор ".

«ЪФ» е ве» »«« и»»»

Заказ Ч9О1/47 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комИтета СССР по делаи изобретений и открыТий

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 1