Микропрограммное устройство управления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0 1304021 06 Р 9/2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ кии,.Я.Цветков ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(53) 681.,32 (088.8)(56) Майоров С.А., Новиков Г.И, Принципы организации цифровых машин, Л,.: Машиностроение, 1974, с.215-216,рис.6.8.Там же, с.216-218, рис.6.9, 6. 10(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь"зовано при построении управляющих систем. Цель изобретения - повышениебыстродействия. Устройство содержитблок 1 памяти микрокоманд, регистр 2микрокоманд, мультиплексор 3 логических условий, первый 4 и второй 7 счетчики адреса, блок 5 анализа логических условий, элемент НЕ 8 и блок бпамяти адреса. Использование двухблоков памяти, в одном из которых хранят операционные части микрокоманд,а во втором - адреса переходов, позволяет достигнуть цели изобретения.2 ил4021 2 5 10 15 20 25 -30 40 нтом СиЗ содержимое первой линейки 50 1 130Изобретение относится к вычислительной техникеи может быть исполь"зовано при Построении управляющих систем, а также самостоятельных микропрограммных автоматов, операционныечасти которых в два и более раз превосходят адресные по разрядности.Цель изобретения - повышение быс"тродействия,На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства;на фиг.2 в . временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.Микропрограммное устройство управления содержит блок 1 .памяти микрокоманд, регистр 2 микрокоманд, мультиплексор 3 логических условий, первыйсчетчик 4 адреса, блок 5 анализа логических условий, блок 6 памяти адресов, второй 7 счетчик адреса, элементНЕ 8, второй 9, третий 10 и первый 1 1синхровходы, вход 12 сброса, группу13 входов логических условий и выход 14.Блок 5 анализа логических условийсодержит первый 15, второй 16, четвертый 17, третий 18, пятый 1,9 и шестой20 элементы НЕ, сумматор 21, по модулюдва, второй 22, первый 23, третий 24,,четвертый 25, седьмой 26, шестой 27,пятый 28 и восьмой 29 элементы И, первый 30 и второй 31 элементы ИЛИ.На фиг 2 обозначено: Си 1 - сигнална входе 9; Си 2 - сигнал на входе 10;СиЗсигнал на входе 1 1.Микропрограммное устройство управления работает следующим образом,1 При поступлении на вход 12 устройства сигнала сброса (начального за( пуска) регистр 2 микрокоманд, счетчик 4 и счетчик 7 установятся в исходное, например нулевое состояние. Зто означает, что на выходе 14 устройства и выходах регистра 2 микрокоманд установятся значения логического "0".По исходным (нулевым) значениям счетчиков 4 и 7 в блоках 1 и 6., соответственно выбираются нулевые линейки, Содержимое нулевой линейки блока 1 памяти (первая микрокоманда микропрограммы) поступает на вход 0 регистра 2 микрокоманд, а содержимое нулевой линейки. блока 6 памяти адресов (адрес первого безусловного перехода) поступает на входы 0 счетчика 4.Так как при наличии сигнала на входе 12 устройство синхронизации, ,не показанное на фиг.1, не вырабатывает синхросигналы, то указанные выходные состояния блоков 1 и 6 далее не проходят (см. фиг,2)По исходному (нулевому) состоянию регистра 2 микрокоманд, как указывалось на выходе 14 устройства, выходах 32, 33 регистра 2 микрокоманд и входе А мультиплексора 3 логических условий установятся значения логического "0". В этом случае значение выхода мультиплексора 3 логических условий также - логический "0" В результате выходные значения элементов И 23,24, 25 - логический "0", а значение выхода элемента И 22 " логическая " 1". Соответственно на выходах элементов НЕ 18 и ИЛИ 30 установятся сигналы логического "О", а значит, и на вы" ходах элементов И 26 - 29 установятся сигналы логического "0", а на выходах элементов НЕ 19 и НЕ 20 установятся сигналы логической "1", на выходе элемента ИЛИ 31 - сигнал логическо 11011Соответственно, на синхровходе счетчика 4 адреса - сигнал логической "1", а на счетном входе - логический "О".При снятии сигнала с входа 12 устройства на входе 9 появляется синхроосигнал Си 1, поступающий на счетный вход счетчика 4, увеличивая его содержимое на единицу.По единичному выходному состояниюсчетчика 4 адреса, установившемусяв нем по переднему фронту тактового сигнала Си 1, в блоке 1 памяти выбирается соответственно первая линейка,содержимое которой поступает на вход0 регистра 2 микрокоманд. Задним фроблока .1 памяти перепишется в регистр2 микрокоманд Так работает устройство в случаевыполнения неусловной микрокоманды(в первой микрокоманде микропрограммынет признака условной микрокоманди).Цикл микрокоманды равен трем тактовымимпульсам; Си 1, Си 2, СиЗ. Смена микрокоманд осуществляется задним фронтом тактового сигнала Си 3.Операционная часть следующей микрокоманды поступает с выхода блока 1 памяти на вход 0 регистра 2 микрокоманд по "+1" на каждый следующий неусловной микрокоманде. Счетчик 7 не меняетсвоего состояния, в блоке Ь памятиадресов выбрана линейка, соответствующая текущему адресу счетчика 7.13040Пусть микрокоманда, записаннаязадним фронтом СиЗ в регистр 2 микрокоманд, имеет на выходе признака типамикрокоманды логический "0" (т,е. онанеусловная), а на выходе признака типа перехода - логическая " 1", что означает необходимость выполнения безусловного перехода на неусловной микрокоманде.Рассмотрим работу устройства в 10этом случае,При поступлении переднего фронтатактового сигнала Си 1 значение счетчика 4 адреса начнет увеличиватьсяна единицу относительно предыдущего 15состояния.Одновременно на выходе элементаИ 23 установится сигнал логической"1" (так как на его входах - сигналылогической " 1"), который через элемент ИЛИ 30 поступает на одий из входов элементов И 26, 29. На второмвходе элемента И 26 при наличии сигнала Си 1 присутствует также сигналлогической " 1", следовательно, на вы ходе элемента И 26 установится сигналлогической " 1", который через элементНЕ 19 уже как логический "0" поступает на синхровход счетчика 4 адреса,В конечном результате состояние 30выхода счетчика 4 при поступлении наего синхровход нулевого сигнала определяется состоянием его входа Э. Зтосвязано с тем, что счетный вход счетчика 4 изменяет состояние его выходатолько по переднему фронту положительного сигнала (Си 1), а синхровход -всей длительностью нулевого сигнала.Таким образом, сигнал логического 40 "О" на синхровходе счетчика 4 адреса осуществляет запись информации с входа Э его, на котором присутствует информация (адрес перехода) с выхода блока 6 памяти адресов. По данному 45 адресу (выходное состояние блока 6 памяти) в блоке 1 памяти выбирается соответствующая линейка, содержимое которой (операционная часть следующей микрокоманды) поступает на Вход Э ре 50 гистра 2 микрокоманд,С поступлением сигнала Си 2 на выходе элемвнта И 27 устанавливается сиг-, нал логической " 1" длительностью, равной длительности Си 2. В результате этот сигнал через элемент ИЛИ 31 пос 1 тупает на счетный вход счетчика 7 адреса. Содержимое выхода последнего 21 4передним фронтом данного сигнала логической "1" увеличивается на единицу,В блоке 6 памяти выбирается следующая линейка относительно считаннойв счетчик 4 адреса,При поступлении СиЗ по входу 11устройства на выходе элемента НЕ 20установится сигнал логического "0"длительностью, равной длительноститактового сигнала СиЗ. Данное состояние установится за счет того, что напервом входе элемента И 29 присутствует сигнал логической "1", поступающий с выхода элемента И 23 (на обоих входах которого сигналы логической" 1") через элемент ИЛИ 30 (фиг.1), ана втором входе - сигнал логической"1" (СиЗ) с входа 11 устройства.С выхода элемента И 29 сигнал логической "1" через элемент НЕ 20 поступает на синхровход счетчика 7,Сигнал логического "0 разрешаетпрохождение информации с выхода блока6 памяти по входу Э счетчика 7 на выход последнего и, следовательно, навход блока 6 памяти, При этом,длительность импульсов, поступающих на синхровходы счетчиков 4 и 7, должна бытьменьше времени, необходимого на сменуинформации в блоках 1 и 6 памяти смомента поступления на их входы нового адреса.Таким образом, на выходе блока 1памяти выбрана следующая операционнаячасть (после Си 1), а на выходе блока6 памяти - следующий адрес (послеСиЗ), по заднему фронту сигнала Си 3новая (выбранная в блоке 1 памяти ипоступившая на вход Э регистра 2 операционная часть следующей микрокоманды) переписывается в регистр 2 микрокоманд и поступает на выход 14 устройствадля выполнения. Так осуществляетсябезусловный переход на неусловной мик,рокоманде,Рассмотрим работу устройства в случае выполнения условных микрокоманд,Пусть микрокоманда, записанная задним фронтом сигнала СиЗ в регистр 2 микрокоманд, условная, т,е. значение выхода 33 регистра 2 микрокоманд - логическая "1".При этом в устройстве возможны две ситуации: значения выхода мультиплексора 3 условий и выхода признака типа перехода регистра 2 микрокоманд однозначны (т,е. оба равны логической " 1"21. 6 5 13040Или оба - логическому "0"); значениявыхода мультиплексора 3 условий и выхода признака типа перехода регистра2 микрокоманд неоднозначны (1,0 или0,1),Рассмотрим работу устройства в первой ситуации.Пусть значения выхода мультиплексора 3 условий и выхода признака типаперехода регистра 2 микрокоманд однозначны и равны логическому "О". В. этом случае значение выхода сумматора21 по модулю два равно логическому"0", Значение выходов элементов И 22,. 23, 25 равно логическому "0", так как 15хотя бы на одном из входов каждогоиз них присутствует сигнал логического "0". На выходе элемента И 24 - логическая "1" так как на одном из еговходов - сигнал логической " 1" с выхода элемента НЕ 17 а на втором- сигнал логической " 1" с выхода признакатипа микрокоманды регистра 2 микрокоманд,По переднему фронту сигнала Си 1 25значение выхода счетчика 4 изменяется(увеличивается на единицу), в блоке1 памяти выбирается следующая за выполняемой микрокоманда,При поступлении сигнала Си 2 по вхо - 30ду 10 устройства на выходе элементаИ 27 устанавливается сигнал логической "1" длительностью, равной длительности Си 2, так как на одном из еговходов сигнал логической "1" с входа10(Си 2) устройства, а на втором -сигнал логической "1" с выхода элемента НЕ 18 (сигнал логического "0"с выхода 32 регистра 2 микрокомандчерез элементы НЕ 15, И 22 и НЕ 18), 10Сигнал логической "1" с выхода элемента И 27 через элемент ИЛИ 31 поступает на соответствующий выход блока5. Длительность этого сигнала равнадлительности тактового сигнала Си 2. 45Сигнал логической "1", поступая насчетный вход счетчика 7, увеличиваетего содержимое на единицу. По полученному таким образом выходному состоянию счетчика 7 в блоке 6 памяти 50,выбирается следующая линейка, содержимое которой поступает на информационные входы 0 счетчиков 4 и 7.При поступлении сигнала СиЗ повходу 11 устройства на выходе элемента И 28 устанавливается сигнал логической "1"так как на одном из еговходов - сигнал логической "1" с вхоца11 (СиЗ) устройства, а на втором -сигнал логической "1" с выхода признака типа микрокоманды регистра 2 микрокоманд. Сигнал логической "1" длительностью, равной длительности СиЗ,с выхода элемента И 28 через второйвход элемента ИЛИ 31 поступает насчетный вход счетчика 7 адреса, увеличивая содержимое последнего еще наединицу (передним фронтом СиЗ). Поданному выходному состоянию счетчика7 в блоке 6 памяти выбирается следующая (за выбранной по Си 2) линейка, содержимое которой поступает на вход Псчетчиков 4 и 7,Задним фронтом сигнала СиЗ содержимое выхода блока 1 памяти переписывается в регистр 2 микрокоманд и поступает на выход.14 устройства для выполнения.Так осуществляется выбор адресаследующей микрокоманды микропрограммыпри выполнении условий микрокомандыи естественном порядке следованиямикрокоманд.По "+1" относительно адреса выполняемой микрокоманды - содержимогосчетчика 4 адреса в блоке 1 памяти(с поступлением Си 1) выбирается операционная часть следующей микрокоманды микропрограммы, а по "+2" относительно адреса - содержимого счетчика7 адресов (переходов) в блоке б памяти (с поступлением Си 2 и СиЗ) выбирается линейка с адресом следующего перехода,Работа устройства при единичномзначении выхода мультиплексора 3 логических условий и выхода 32 регистра2 микрокоманд аналогична описанной.Рассмотрим работу устройства вовторой ситуации.Пусть значения выхода мультиплексора 3 условий и выхода признака типаперехода регистра 2 микрокоманд неоднозначны (1,0 или 0,1), Это означает,что на входы сумматора 21 по модулюдва поступают неоднозначные сигналыи на выходе сумматора 21 устанавлива"ется сигнал логической "1".С поступлением сигнала Си 1 значение счетчика 4 начнет увеличиватьсяна единицу, Одновременно с выходасумматора 21 сигнал логической "1"поступает на один из входов элементаИ 25, на втором входе также присутствует сигнал логической "1" с выходапризнака типа микрокоманды регистра2 микрокоманд (так как выполняемаямикрокоманда условная). В результатена выходе элемента И 25 устанавливается сигнал логической " 1".Через элемент ИЛИ 30 сигнал логической "1" поступает на один из входов элементов И 29 и 26, а так как 5на втором входе элемента И 26 присутствует сигнал логической "1" с входа9 устройства (вход Си 1), то на выходеэлемента И 26 устанавливается сигналлогической "1", поступающий через эле-фмент НЕ 19 уже как сигнал логическот 101 ВПоступая с выхода элемента НЕ 19на синхровход счетчика 4 адреса сигнал логического "0" осуществляет запись информации (адрес .следующей микрокоманды) с выхода блока 6 памятиадресов переходов в счетчик 4 адреса.По данному адресу (выходное состояние блока 6 памяти) в блоке.1 памяти 20выбирается соответствующая линейка,.содержимое которой представляет собойоперационную часть следующей за выполняемой микрокоманды,При поступлении Си 2 на один извходов элемента И 27 (сигнала логической "1") на выходе последнего устанавливается сигнал логической " 1",так как на втором из входов элементаИ 27 также присутствует сигнал логической "1" независимо от конкретногозначения (О или 1) выхода признакатипа перехода регистра 2 микрокоманд.С выхода элемента И 27 сигнал логической "1" через элемент ИЛИ 31 поступает на счетный вход счетчика .Содержимое последнего увеличиваетсяна единицу. В блоке 6 памяти по этомуадресу выбирается линейка, содержимоекоторой поступает на входы 0 счетчи- фков 4 и 7.При поступлении сигнала СиЗ наодин из входов элемента И 29 на выходе последнего устанавливается сигналлогической " 1", так как на втором ф 5входе этого элемента - сигнал логической "1" с выхода элемента ИЛИ 30.Сигнал логической "1" с выходаэлемента И 29 поступает через элементНЕ 20 уже как сигнал логического "0". 5 ОПоступая на синхровход счетчика 7,этот сигнал разрешает .запись информации с выхода блока 6 памяти по входуП счетчикав последний, По полученному таким образом адресу в блоке 6 55памяти выбирается сдедующая линейка,содержимое которой представляет собойадрес следующего перехода. Так осуществляется выбор следующей микрокоманды и адрес следующего перехода при безусловном переходе на условной микрокоманде: по Си 1 значение выхода блока 6 памяти переписывается в счетчик 4 адреса и представляет собой адрес следующей микрокоманды (адрес операционной части ее), по Си 2 содержимое счетчика 7. увеличивается на единицу и по полученному таким образом выходному состоянию (адресу) в блоке 6 памяти выбирается соответствующая линейка, содержимое которой представляет собой адрес следующего перехода.По переднему фронту тактового сигнала СиЗ данное выходное состояние блока 6 памяти переписывается в счетчикадреса и поступает на вход блоска 6 памяти, а операционная часть следующей микрокоманды задним фронтом тактового сигнала СиЗ (вход 11 устройства) переписывается в регистр 2 микрокоманд и поступает на выход 14 устройства для выполнения,Машинный цикл в устройстве равен в этом случае трем тактовым импульсам: Си 1, Си 2, СиЗ.Формула изобретенияМикропрограммное устройство управления, содержащее блок памяти микро- команд, регистр микрокоманд, первый счетчик адреса, мультиплексор логических условий и элемент НЕ, причем выход блока памяти микрокоманд соединен с информационным входом регистра микрокоманд вход сброса которого со-единен с входом сброса первого счетчика адреса и подключен к входу сброса устройства, синхровход регистра микрокоманд через элемент НЕ подключен к первому синхровходу устройства, счетный вход первого счетчика адреса подключен к второму синхровходу устройства, адресный вход блока памяти микрокоманд соединен с информационным выходом первого счетчика адреса, выход поля проверки логических условий регистра микрокоманд соединен с управляющим входом мультиплексора логических условий, выход поля микроопераций регистра микрокоманд подключен к выходу устройства, группа входов логических условий устройства подключена к группе информационных входов мультиплексора логических условий,Вс. Р 7 СИ Ьи. ирсвнюд гщеюдЕа" мЖрюр 2Ью, гегаюиа тилуаф 6 ю Ваею Фуюлигт иищюаГа юмм 7 Составитель Ю.Ланцовактор И.Бандура Техред М.Ходанич Корре,Обруч аказ 1312/49 ВНИИПИ Государс по делам изо 113035, Москва, Ж 673оиитета СССоткрытий Тиравенного ретений 5, Раушс писно я Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно содержи 1 блок памяти адресов, второй счетчик адреса и блок анализа логических условий, содержащий шесть элементов НЕ, сумматор по модулю два, восемь элементов И, два элемента ИЛИ, причем выход признака типа перехода 1 регистра микрокоманд соединен с входом первого элемента НЕ, с первым 10 входом сумматора по модулю два и с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента И и с выходом второго элемента НЕ, вход кото рого соединен с выходом признака типа микрокоманды регистра микрокоманд и с первыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого элемента ИЛИ и пятого элемента И, выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого через третий элемент НЕ соединен с первым входом шестого элемента И, второй вход которого подключен к третьему синхровходу устройства, выход мультиплексора логических условий соединен с вторым входом сумматора по модулю два, вы- З 0 21 10ход которого соединен с вторым входомчетвертого элемента И и через четвертый элемент НЕ соединен с вторым входом третьего элемента И, выход первого элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соеДинен с первыми входами седь"мого и восьмого элементов И, выходыкоторых соответственно через пятыйи шестой элементв 1 НЕ соединены с синхровходами первого и второго счетчиков адресов, вторые входы пятого ивосьмого элементов И подключены к первому синхровходу устройства, второйвход седьмого элемента И подключенк второму синхровходу устройства, выходы пятого ишестого элементов И соединены соответственно с первым ивторым входами второго элемента ИЛИ,выход которого соединен со счетнымвходом второго счетчика адреса, информационный вход второго счетчикаадреса соединен с выходом блока памяти адресов и с информационным входомпервого счетчика адреса, информационный выход второго счетчика адреса со"единен с адресным входом блока памяти,адресоввход сброса второго счетчикаадреса соединен с входом сброса устройства.