Микропрограммное устройство управления с контролем

/00,тво С5/00,СТРОЙСТВО тся к вычисли найти примеОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТ ВТОРСНОМУ СВИДЕ(57) Изобретение отностельной технике и може нение при построении самоконтролируемых отказоустойчивых ЭВМ с микропрограммным управлением, Цель изобретения - повышение достоверности функционирования за счет контроля н восстановления работы микропрограммногоустройства управления при сбое илиотказе, Микропрограммное устройствоуправления с контролем содержит блокместного управления, блок контроля,блок анализа логических условий.За счет введения блока контроля с .оответствующими связями достигаетсяцель изобретения, 1 з.п. ф-лы, 5 ил,Изобретение относится к вычисли-тельной технике и может быть использовано при построении самоконтролируемых, отказоустойчивых ЭВМ с микропрограммным управлением. 5Цель изобретения - повьшение достоверности функционирования за счет восстановления работ микропрограммного устройства управления при сбое или отказе.10На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого микропрограммного устройства управления с контролем; на фиг,2 - временная диаграмма блока местного управления; на фиг,З - функ 15 циональная схема блока местного управ. ления; на фиг.4- функциональная схема блока контроля; на фиг,5 - функциональная схема блока анализа логи 20 ческих условий.Микропрограммное устройство управления с контролем (фиг,1) содержит блок 1 местного управления, блок 2 контроля, блок 3 анализа логических условий и вход 4 задания кода операции.Блок 1 местного управления (фиг.З) содержит память 5 микрокоманд, первый б и второй 7 регистры адреса микрокоманд, счетчик 8 адреса микрокоманд, счетчик 9 длительности, триггер 10 запуска, генератор 11 тактовых импульсов, первый 12 и второй 13 мультиплексоры, коммутатор 14, второй элемент И 15, первый элемент И 16, блок 17 элементов ИЛИ, третий элемент ИЛИ 18, четвертый элемент ИЛИ 19, второй элемент ИЛИ 20, первый элемент ИЛИ 21, второй одновибратор 22, третий одновибратор 23, первый одновибратор 24, блок элементов НЕ 251 -25, эле 40 мент НЕ 26, первый элемент 27 задержки и второй элемент 28 задержки.Блок 2 контроля (фиг.4) содержит память 29 контрольных микрокоманд,45 первый 30 и. второй 31 регистры микро- команд, счетчик 32 числа блокировочных импульсов, счетчик 33 числа сбоев, триггер 34 отказа, первый 35 и второй 36 сумматоры по модулю два, второй 37, первый 38, четвертый 3950 и третий 40 элементы И, первый 41, второй 42 и третий 43 элементы ИЛИ, адновибратор 44, первый 45, второй 46, третий 47 и четвертый 48 элементы задержки.Блок 3 анализа логических условий (фиг.5) содержит демультиплексор 49, группу регистров 50-50, группу мультиплексоров 51 -51 , сумматор52, регистр 53 поля логических условий и схему 54 сравнения.Микропрограммное устройство управления с контролем работает следующимобразом,С входа 4 на информационный входкоммутатора 14 блока 1 местного управления (фиг.3) поступает код операции,представляющий код адреса начальноймикрокоманды микропрограммы. По этомусигналу через элемент ИЛИ 19 одновибратор 24 вырабатывает импульс, который, поступая на управляющий входкоммутатора 14 и элемент ИЛИ 18 насинхровход счетчика 8, разрешает запись кода операции с входа 4 черезкоммутатор 14, блок элементов ИЛИ 17и мультиплексор 12 на. информационныйвход счетчика 8. Мультиплексор 12работает по первому входу, так какна его управляющем входе присутствует нулевой сигнал отсутствия сбоя,поступающий с выхода элемента И 38.блока 2 контроля. Импульс с выходаодновибратора 24, поступая на 5 -вход триггера 10, устанавливает егов единичное состояние, которое инициирует начало работы генератора 11тактовых импульсов, Первый импульсс генератора 11, проходя через элемент И 15, разрешает первую выдачууправляющей информации из памяти 5микрокоманд по адресу, записанномув счетчике 8 (фиг,З), Код адреса сосчетчика 8, проходя через мультиплексор 13 (на управляющем входе нулевойсигнал отсутствия отказа поступающийиз блока 3 контроля), поступает на адресный вход памяти 5 микрокоманд,Этот же импульс с выхода элемента И15, поступая на синхровход регистра7, разрешает запись текущего адресас выхода счетчика 8 в регистр 7 дляработы устройства в случае возникновения сбоя или отказа, а также черезэлемент 28 задержки поступает насчетный вход счетчика 8, увеличиваятем самым адрес на единицу (адресследующей микрокоманды).Из памяти 5 микрокоманд буцет считана следующая управляющая информация. С поля адреса микрокоманд будетсчитан адрес микрокоманды по переходуветвления в микропрограмме при условии выполнения условий этого переходав блоке 3. С выхода поля логическихусловий будет считан код микроопера ции, т. е. управляющая информациядля блока 3 анализа логических условий,представляющая собой двоичныйкод данной смены информации. Ьудетсчитан также код проверяемых логичес-.5ких условий, код числа блокируемыхтактовых импульсов, т.е. код временного интервала от текущей смены информации до следующей. С выхода признака ветвления будет считан единич- Юный сигнал микрокоманды ветвления,С выхода признака конца микропрограммного блока 5 будет выдан импульс,если выполнение микропрограммы завершено (признак окончания микропрограммы).Если в течение нескольких тактовгенератора 11, начиная с (и+1)-го,не требуется прекращать и начинатьмикрооперации (нет смен информации), 20то в микрокоманде, выполняемой в и-мтакте, задается код числа блокируемыхтактовых импульсов (т.е, код временного интервала от текущей смены информации до следующей). После считывания управляющей информации из памяти 5 микрокоманд код числа блокируемых тактовых импульсов поступает наинформационный вход счетчика 9 длительности и через элемент ИЛИ 20, ЗОэлемент НЕ 26 запрещает прохождениетактовых импульсов через элемент И15. Одновременно сигнал с выходаэлемента ИЛИ 20 поступает на входэлемента И 16, разрешая прохождение 35через него тактовых импульсов с генератора 11 на вычитающий вход, счетчика9 длительности. В (и+1)-м такте работы микропрограммного устройства управления с контролем выборки управляющей 40информации не происходит, а тактовыйимпульс с генератора 11, поступаячерез элемент И 16 на вычитающий входсчетчика 9 длительности, уменьшаетего содержимое на единицу. После обнуления счетчика 9 длительности навыходе элемента ИЛИ 20 устанавливается низкий потенциал, который запрещает работу счетчика 9 длительности всчетном режиме и разрешает прохождение очередного тактового импульса через элемент И 15,Линейная последовательность микро- команд выполняется блоком 1 местного управления. в режиме естественной адресации, т,е. каждой последующей выборке из памяти предшествует увеличение содержимого счетчика 8 адреса ня единицу, Это позволяет не хранить в памяти 5 микрокоманд ацресные части всех микрокоманд, а следовательно, уменьшить его объем.Переходы по логическим условиям (ветвления) осуществляются следующим образом.По микрокоманде ветвления задается опрос состояния сумматора 52 (фиг.5) через регистры 30 и 31 (фиг.4) после соответствующего контроля и восстановления (в случае отказа устройства управления). Одновременно происходит запись адреса микрокоманды по перехо. ду ветвления с выхода поля адреса . микрокоманды блока 5 в регистр 6, синхронизированная сигналом с выхода признака ветвления блока 5 через одновибратор 23 (фиг.З). При выполнении условия перехода единичный сигнал с выхода схемы 54 сравнения (фиг,5) поступает на вход одновибратора 22 блока 1 местного управления (фиг.З). Одновибратор 22 формирует импульс, который через элемент ИЛИ 18 разрешает запись информации из регистра 6 через блок элементов ИЛИ 17 и мультиплексор 12 в счетчик 8. Импульс с одновибратора 22, задержанный на элементе 27 задержки на время перезаписи информации из регистра 6 в счетчик 8, обнуляет регисгр 6. На счетчике 8 будет установлен адрес микрокоманды, которая будет выполнена по условию ветвления.Контроль правильности временной диаграммы блока 1 местного управления и восстановление работоспособности всего устройства в случае сбоя или отказа происходят следующим образом.По соответствующим адресам в памяти 29 микрокоманд (фиг,4) хранится информация, состоящая из двух частей: истинного двоичного кода текущей смены информации и истинного кода временного интервала (числа блокируемых тактов) от предыдущей смены информации до текущей. По импульсу с выхода элемента И 15 одновременно из памяти 5 и 29 микрокоманд будет считана соответствующая информация. По этому же импульсу, задержанному на элементе 28 задержки (фиг,З) на время считывания информации с блока 5, будет синхронизирована запись кода микрооперации в регистр 30, Определенное количество импульсов с элемента И 16, поступающих насчетный вход счетчика 32, задает код блокируемых импульсов (код временного интервала от предыдущей смены информации до текущей), Этот код при задании каждой микрооперации подается на сумматор Зб по модулю два, на вход которого поступает истинный код соответствующего временного интервала с выхода запоминающего блока 29. Считанный код микрооперации поступает с 10 выхода регистра 30 на вход сумматора 35 по модулю два, на,цругой вход которого подается истинный двоичный код смены информации (микрооперации) с выхода запоминающего блока 29. При 15 возникновении простой или временной ошибки на соответствующем сумматоре 35 или Зб по модулю два появляется единичный сигнал и на выходе элемецта ИЛИ 41 лэозцикает единичный сигнал 20 ошибки функционирования блока местного управления (некорректность временной диаграммы). По ипульсу синхронизации записи в регистр 30, задержанному на элементе 45 задержки на время за 25 писк информации в этот регистр, ца выходе элемента И 38 будет сформиро 1 ван импульс сбоя блока местногоуправления, которьй увеличивает содержимое счетчика 33 (фиг.4) отказа на единицу. Импульс сбоя блока 1 местного упраглеция, поступая ца управляющий вход мультиплексора 12 и через элемент ИЛИ 18 ца синхровход счетчика 8 (фиг.3), производит перезапись ад реса, на котором произошел сбой работы, цз регистра 7 ца информационньй вход счетчика 8. Одновременно с этим блокируется прохождение импульсов с генератора 11 через элемент И 15, Им пульс синхронизации записи информации в регистр 30, задержанный на элементе 4 б задержки ца время формирования сигнала сбоя на эыходе элемента И. 38 обнуляет счетчик 32, подготавливая 45 его к новому такту контроля. По очередному тактовому импульсу с генератора 11 вновь будет считана информация из запоминающих блоков 5 и 29 по прежнему адресу, на котором про изошел сбой в работе блока 1 местного управления.В случае очередного сбоя процесс контроля и функционирования будет происходить аналогично описанному до тех пор, пока счетчик ЗЗ не достигнет определенного состояния, соответствующего отказу блока местного управлеция на данном адресе, При достижении этого состояния одцовибратор 44сформирует импульс отказа, которыйчерез элемент 48 задержки переброситтриггер 34 отказа в единичное состояние и обнулит счетчик 33 (фиг,4),Единичный сигнал с выхода триггера34 отказа, поступая на управляющийвхоц мультиплексора 13 (фиг.3), разрешит его работу по выходу, ца которьй будет подан код инверсного адреса, на котором произошел отказ,. Поочередному импульсу с элемента И 15из памяти 5 микрокоманд будет считанаинформация по модифицированному адресу, а из памяти 29 микрокоманд - эталонная информация по немодифицированному прежцему адресу, на котором произошел отказ. Контроль повторитсяаналогичцо,описанцому. Если вновьпроизойдет сбой при модллфицированном.адресе и если их число достигэ ет состояния отказа, то одновибратор 44сформирует импульс (обцуэцгщий счетчик 33), которьй, проходя через открытьй единичным сигналом с триггера34 отказа элемент И 40 и элемент ИЛИ21, обнулит триггер 10, запрещая работу генератору 11, регистр 30 и регистр 31, прекращая выдачу кода микрооперации в блок анализа логическихусловий, и остановит раооту всегоустройства. Этот же импульс с выходаэлемента И 40 через ьремя элемента47 задержки обнулит трл.ггер 34 отказа и микропрограммное устройствоуправления с контролем прекратит своюработу,3 случае отсутствия сбоя или отказа (или восстановления работоспособности в процессе сбоя нли отказа)нулевой сигнал на выходе элемента ИЛИ41 (фиг.4) разрешит прохождение тактового импульса через элемент И 37на сицхровход регистра 31, в которыйзапишется корректцьй код ьцлкрооцерации, Одновременно с этим произойдетобнуление счетчика 33 и триггера 34, отказа и функционирование микропрограммного устройства управления сконтролем продолжится аналогично описанцсму,После выполнения микропрограммы единичный сигнал, сформированньй ца выходе памяти 5 микрокоманд, через элемент ИЛИ 21 обнулит триггер 10 запуска, завершив работу ликропрограму 1280627 много устройства управления с контро- к лем. вПри поступлении очередного кода с операции ( адреса микропрограммы) нам вход 4 микропрограммное устройство е управления с контролем функционирует м аналогично описанному. д Формула изобретения Ю1. Иикропрограммное устройство управления с контролем, содержащее блок анализа логических условий, блок местного управления, содержащий триггер запуска, первый элемент И, первый элемент ИЛИ, элемент НЕ, первый, второй элементы задержки, генератор тактовых импульсов, счетчик адреса микрокоманд и память микрокоманд, блок контроля, содержащий первый, второй регистры микрокоманд, первый элемент ИЛИ и первый элемент И, причем информационный вход первого регистра микрокоманд соединен с выходом адресного поля памяти микроко манд, выход второго регистра микрокоманд соединен с информационным входом блока анализа логических условий, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности функ-ЗО ционирования, за счет восстановления работы микропрограммного устройства управления при сбое или отказе, блок контроля дополнительно содержит первый и второй сумматоры по модулю два, счетчик числа блокировочных импульсов, счетчик числа сбоев, первый второй, третий и четвертый элементы задержки, второй и третий элемента ИЛИ, второй и третий элементы И, 40 триггер отказа, память контрольных микрокоманд и, одновибратор, блок местного управления дополнительно содержит первый и второй регистры адреса микрокоманд, первый и второй мультиплексоры, счетчик длительности, первый, второй и третий одновибраторы, коммутатор, блок элементов ИЛИ, блок элементов НЕ, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ и второй эле О мент И, выход первого одновибратора блока местного управления соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ блока местного управления и с входом установки в единицу триггера запуска, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом второго элемента И блоа местного управления и с первымходом первого элемента И блока метного управления, выход второго элеента И блока местного управления содинен с синхровходом памяти микрокоанд, с входом второго элемента заержки блока местного управления, с синхровходом второго регистра адреса микрокоманд, выход второго элемента задержки блока местного управления соединен с счетным входом счетчика адреса микрокоманд, выход второго одновибратора блока местного управления соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ блока местного управления и с входом первого элемента задержки блока местного управления, выход которого соединен с входом обнуления первого регистра адреса микрокоманд, выход третьего элемента ИЛИ блока местного управления соединен с входом разрешения записи счетчика адреса микрокоманд, выход третьего одновибратора блока местного управления соединен с синхровходом первого регистра адреса микрокоманд, выход элемента НЕ соединен с вторым входом второго элемента И блока местного управления, выход второго элемента ИЛИ блока местного управления соединен с входом элемента НЕ и с вторым входом первого элемента И блока местного управления, выход которого соединен с вычитающим входом счетчика длительности, выход которого соединен с входом второго элемента ИЛИ блока местного управления, выход первого элемента ИЛИ блока местного управления соединен с входом установки в ноль триггера запуска, выход первого мультиплексора блока местного управления соединен с информационным входом счетчика адреса микрокоманд, выход которого соединен с информационным входом второго регистра адреса микрокоманд и с первым информационным входом второго мультиплексора блока местного управления, выход которого соединен с адресным входом памяти микрокоманд, выход второго регистра адреса микрокоманд соединен с первым информационным входом первого мультиплексора блока местного управления, выход счетчика адреса микро- команд соединен с входом блока элементов НЕ, выход блока элементов НЕ соединен с вторым информационным входом второго мультиплексора блока местного управления, вход кода коман 1280627ды устройства соединен с входом четвертого элемента ИЛИ блока местногоуправления и с информационным входомкоммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом первого одновибратора блока местного управления,выход коммутатора соединен с первымвходом. блока элементов ИЛИ, второйвход блока элементов ИЛИ соединен свыходом первого регистра адреса мик- Ярокоманд, выход блока элементов ИЛИсоединен с вторым информационным входом первого мультиплексора блока местного управления, выход четвертогоэлемента ИЛИ блока местного управления соединен с входом первого одновибратора блока местного управления,выход поля адреса микрокоманд памятимикрокоманд соединен с информационнымвходом первого регистра адреса микро команд, выход поля кода временногоинтервала памяти микрокоманд соединенс информационным входом счетчика длительности, выход признака ветвленияпамяти микрокоманд соединен с входом 25третьего одновибратора блока местногоуправления, выход признака конца микропрограммы памяти микрокоманд соединен с первым входом первого элементаИЛИ блока местного управления, выход 30второго одновибратора блока местногоуправления соединен с выходом схемысравнения, выход первого регистрамикрокоманд соединен с информационнымвходом второго регистра микрокоманди с первым информационным входом первого сумматора по модулю два, выходкоторого соединен с первым входомпервого элемента ИЛИ блока контроля,выход которого соединен с первым входом первого элемента И блока контроляи с инверсным входом второго элементаИ блока контроля, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ блока контроля, с первым 45входом второго элемента ИЛИ блокаконтроля и с синхровходом второго регистра микрокоманд, выход третьегоэлемента ИЛИ блока контроля соединенс входом установки в ноль триггера 50отказа, выход которого соединен спервым входом третьего элемента Иблока контроля, выход которого соединен с входами обнуления первого ивторого регистров микрокоманд и с 55входом третьего элемента задержкиблока контроля, выход которого соединен с вторым входом третьего элементаИЛИ блока контроля, выход первого разряда поля логических условий памяти микрокоманд соединен с входом обнуления блока анализа логических условий, выход второго разряда числа логических условий памяти микрокоманд соединен с синхровходом блока анализа логических условий, выходы остальных разрядов поля логических условий памяти микрокоманд соединены с группой управляющих входов блока. анализа логических условий, выход первогоэлемента задержки блока контроля соединен с прямым входом второго элемента И блока контроля и с вторым входомпервого элемента И блока контроля,выход которого соединен со счетнымвходом счетчика числа сбоев, перваягруппа выходов которого соединена сгруппои прямых входов четвертого элемента И блока контроля, а втораягруппа выходов соединена с группойинверсных входов четвер"ого элементаИ блока контроля, выход которого соединен с входом одновибратора блока контроля, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И блока контроля, с входом четвертого элемента задержки и с вторым входом второго элемента ИЛИ блока контроля, выход которого соединен с входом установки в ноль счетчика числа сбоев, выход второго элемента задержки блока контроля соединен с входом установки в ноль счетчика числа блокировочных импульсов, выход которогосоединен с первым информационным входом второго сумматора по модулю два,выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ блока контроля, выход управляющего поля памятиконтрольных микрокоманд соединен с вторым информационным входом первого сумматора по модулю два, выход поля временного кода памяти контрольных микрокоманд соединен с вторым информационным входом второго сумматора по модулю два, выход четвертого элемента задержки блока контроля соединен с входом установки в единицу триггера отказа, выход первого элемента И блока контроля соединен с управляющим входом первого мультиплексора блока местного управления, с третьим входом третьего элемента ИЛИ блока местного управления, с инверсным входом второго элемента И блока местного управления, выход которого соединен с синхровходом памяти контрольных микрокоманд, выход третьегоэлемента И блока контроля соединен свторым входом первого элемента ИЛИблока местного управления, выходтриггера отказа соединен с управляющим входом второго мультиплексораблока местного управления, информационный вход первого регистра микропрограмм микрокоманд соединен с выходом управляющего поля памяти микрокоманд блока местного управления, ад Оресный вход памяти контрольных микрокоманд соединен с выходом счетчикаадреса микрокоманд блока местногоуправления, счетный вход счетчикачисла блокировочных импульсов соединен с выходом первого элемента И блока местного управления, синхровходпервого регистра микрокоманд соединен с входом второго элемента задержки блока контроля и с входом первого Юэлемента задержки блока контроля,вход которого соединен с выходом второго элемента задержки блока местногоуправления, выход второго элемента Иблока контроля соединен с входом обнуления второго регистра адреса мик рокоманд.2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок анализа логических условий содержит схему ЗОсравнения, регистр поля логических условий, демультиплексор, группу изв регистров, группу из щ мультиплексоров(в=2" ", где К - разрядность полялогических условий памяти микрокоманд), сумматор, причем информационный вход блока соединен с информационным входом регистра поля логическихусловий, выход которого соединен спервым информационным входом схемысравнения, второй информационный входкоторой соединен с информационнымвыходом сумматора, вход обнуленияблока анализа логических условий соединен с входом обнуления -го (=1,ш)регистра группы, синхровход блокаанализа логических условий соединен сс синхровходом -го (д=1,в) регистрагруппы, группа управляющих входовблока анализа логических условий соединена с управляющими входами демультиплексора, сумматора, 1-го (1=1,в)мультиплексора, выход которого соединен с 1-м информационным входом сумматора, информационный выход которогосоединен с информационным входом демультиплексора, -й выход которогосоединен с инфорМационным входом -го(=1,щ) регистра группы, выход которого соединен с -м информационным входом 1-го мультиплексора группы (1=