Микропрограммное устройство управления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК В С 06 Р 9/22 З 0 БРЕТЕТЕЛЬСТВУ Я Исмаидов,вина во СССР81.РОИСТВО7, о ттельс 22, 1 ОЕ УС 9513 маск ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВ(54)(57) МИКРОПРОГРАММНУПРАВЛЕНИЯ по авт.св. Р ЯО 1043650 л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения объема оборудования, в него введены второй и третий блоки элементов ИЛИ и второй блок элементов И, первый вход которого соединен с входом логических условий устройства, выход первого блока эле ментов ИЛИ подключен к входу второго блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго блока элементов И, выход которого .соединен с входом третьего блока ,элементов ИЛИ, выход которого соеди,нен с информационным входом регистраИзобретение относится к цифровойвычислительной технике и автоматикеи может быть использовано .в программных устройствах управления вычислительных машин.По основному авт.св. У 951307 5известно устройство, содержащее блокпамяти микрокоманд, регистр микрокоманд, блок памяти признаков, регистр маски, регистр признаков, регистр индикации, блок элементов И 10и блок элементов ИЛИ, причем выходрегистра индикации подключен к адресному входу блока памяти микрокоманд, выход которого соединен синформационным входом регистра микрокоманд, первый выход которого подключен к управляющему входу регистра маски, информационный вход которого подключен к входу логическихусловий устройства. Выход регистрамаски через регистр признаков подключен кинформационному входу блокапамяти признаков. Второй выход регистра микрокоманд соединен с информационным выходом устройства. Выходрегистра индикации соединен с входом блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с первым входом блокаэлементов И, второй вход которогоподключен к выходу. блока памяти признаков. Выход блока элементов И сое динен с информационным входом регистра индикации 11 1.Недостатком известного устройстваявляется большой объем памяти устройства, так как разрядность блока 35 ,ассоциативной памяти. признаков равна общему числу входных логических условий, хотя в каждом такте анализируется,. как правило, небольшое число логических условий. Кроме того,в 40 блоке памяти микрокоманд необходимо хранить коды масок с избыточной разрядностью.Цель изобретения - сокращение объема оборудования.45Поставленная цель достигается тем, что в микропрограммное устройство управления введены второй и третий блоки элементов ИЛИ и второй блок элементов И, первый вход которого соединен с входом логических условий устройства, выход первого блока элементов ИЛИ подключен к входу второго блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с вторым вхо.дам второго блока элементов И, выход 55 которого соединен с входом третьегоблока элементов ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом регистра маски,60На. Фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - граФ-схема корректной микропрограммы; на Фиг.З - размещение указанной микропрограммы в блоке памяти микрокоманд; на фиг.4 - таблица правила замены входных логических условий для микропрограммы, изображенной на фиг.З; на Фиг.5 - размещение указанной микропрограммы в блоке ассоциативной памяти признаков.- Микропрограммное устройство управления (фиг.1) содержит блок 1 памяти микрокоманд, регистр 2 микрокоманд, блок 3 ассоциативной памяти признаков, регистр 4 маски, регистр 5 признаков, регистр б индикации, первый блок 7 элементов И, первый блок 8 элементов ИЛИ, второй блок 9 элементов ИЛИ, второй блок 10 элементов И и третий блок 11 элементов ИЛИ.Регистр 2 микрокоманд состоит из управляющего поля и поля для хранения кода маски. Выход управляющего поля регистра 2 микрокоманд является выходом всего микропрограммного устройства управления. Код маски содержит единицы только в тех разрядах, которые опрашивают значения логических условий, влияющих на выбор пути выполнения микропрограммы.Работы микропрограммного устройства управления (МПУУ) рассмотрим на примере выполнения микропрограммы, граф-схема которой изображена на фиг.2, где у (1 = 0-17) - коды микрокоманд, Я ( 1 = 1-8) - имена комплексов микокоманд, коды которых выбираются за одно обращение к блоку 1 памяти микрокоманд и обрабатываются последовательно в порядке, диктуемом микропрограммой (имена комплексов микрокоманд соответствуют состояниям МПУУ, которые хранятся на регистре б индикации), а,(й = - 1-3) - обобщенные состоянйя МПУУ. В обобщенное состояние а,объединяются те состояния .Я, йереход из которых в новое состояние определяется набором входных логических условий из одного узла разветвления микропрограммы. В рассматриваемом примере а 1 = Я 1 а 2 = Я 20 ЯОЯБОЯ 7 а= ЯЗОЯ 4. Размещение микропрограм мы в блоке 1 памяти микрокоманд изображено на Фиг.З.Поскольку микропрограмма, реализуемая МПУУ, является, как правило, объединной микропрограммой, полученной путем объединения более простых микропрограмм, число входных переменных, от которых существенно зависит каждый переход МПУУ, невелико по сравнению со множеством Р - Р 1 Р; входных логических условий. Это свойство МПУУ приводит к значительному увеличению объема оборудования блока 1 памяти микрокоманд и блока 3 ассоциативной памяти признаков. Замена множества Р входных логических условий множеством Х новых переменных производится с поторый должен выполняться после ком"плекса микрокоманд В (у,у у) призначениях логических условйй Р=1 й5 :-Х 1=1, Р 2=0 а ХьО, значение логического условия Рэ безразлично. Аналогично осуществляется выбор идругихкомплексов микрокоманд .в зависимостиот состояния МПУУ и значений входных .1 О логических условий.Зкономия управляющей памяти устройства достигается эа счет заменывходных логических условий из множества Р с мощностью, равной Ь, новым множеством Х с мощностью 6 сс Ь.Это позволяет хранить в каждой ячейке блока 3 6 значений логических условий вместо Ь значений в известномустройстве, хранить в каждой ячейкеблока 1 памяти микрокоманд 6 разрядов кода маски вместо Ь, уменьшитьразрядность регистра 2 микрокоманд, о реги"тра 4 маски и регистра 5 признаков на Н = Ьразрядов. С учетомсокращения объема оборудования блока1 памяти микрокоманд на и Нбит, гдеН = Ь(и - общее число комплексовмикрокоманд в микропрограмме), общая экономия оборудования в предлагаемом устройстве по сравнению с из вестным равна (С+и)Н бит. Примем,что для организации хранения одногобита информации в запоминающем устройстве необходимо Р вентилей (вентиль - это схема И или схема ИЛИ, .35 коэФфициент объединения по входукоторой для современного уровня технологии производства интегральныхсхем не меньше десяти) . Тогда экономия оборудования в предлагаемом уст ройстве, оцениваемая число вентилей,превышает (0+и) Н Р вентилей.Объем дополнительно введенногооборудования: число схем ИЛИвовтором блоке элементов ИЛИ равно"числуэлементов множества В обобщенных состояний МПУУ, которое меньше общего числа г узлов разветвленийв микропрограмме, которое, в свою.очередь, всегда меньше общего числаи комплексов микрокоманд в микро-программе - с с г с и. Общий объемдополнительно введенного оборудования равен +26+Е Ъвентилям, что,1=2в свою очередь, в Н Р раэ меньшесэкономленного объема памяти, превышающего (1+и) Н Р вентилей (гдеЬ. равно мощности подмножества Р(Ь .В настоящее время проблема сокращения аппаратурных затрат и повы 60 шения надежности устройств управления решается разнообразными методами: от организации новых структурустройств н применения оптимальныхспособов представления информацииб 5 в запоминающем устройстве (в частмощью второго блока 10 элементов И и третьего блока 11 элементов ИЛИ.Обозначим через Р(ащ) подмножество входных логических условий, определяющих все переходы иэ состояния а . В рассматриваемом примереР(а) = 1 Р 1 Р 21Р(а) = 1 Р 13 ю, Из выражений (1) видно, что наи,большее число переменных (две) встречаются на переходах из состоя" ния а. Обозначим в общемслучае это число через 6 и образуем новое множество переменных Х = 1 Х- Х 6. Ясно, что 6 с Ь, однако для встречающихся на практике МПУУ средней сложности 6 значительно меньше числа Ь входных логических условий: 6 = 5-10 Ь = 40-бО. В примере 6 = 2, Ь = 3. Замена множества Р входных логичес- ких условий множеством Х новых пере-. менных производится с помощью второг блока 10 элементов И и третьего блока 11 элементов ИЛИ.Каждая ячейка блока 3 ассоциативной памяти признаков (фиг.5) хранит значения логических условий Х и Х. Разряды ячейки блока 3 ассоциативной памяти признаков, которые не участвуют в сравнении, находятся в нулевом состоянии. Значения логических условий, влияющих на выбор пути в микропрограмме, выделяются при помощи установки соответствующих разрядов кода маски в единичные состоянияВ начальный момент времени на регистр 5 признаков поступает нулевой код. Производится сравнение содержимого регистра 5 признаков и содержимого блока 3 ассоциативной памяти признаков и вырабатывается сигнал совпадения с содержанием первой ячей ки блока 3 ассоциативной памяти приз иаков, который, пройдя через элемент 7 И, устанавливает в единичное состояние триггер б 1 регистра б индикации, соответствующий первой ячейке блока 1 памяти микрокоманд, и выбирается информация, содержащая комплекс микрокоманд Я (у 0 у у 2)На Ре гистр 4 маски поступает код 11. Пусть логические условия, которые . влияют на траекторию выполнения микропрограммы в данный момент времени имеют следующие значения:Р 1= 1-:Х 11., Р 2-0:Х Е О. В этом случае на вход регистра 5 признаков поступает код 10. При совпадении содержимого регистра 5 признаков с содержанием второй ячейки блока 3 ассоциативной памяти признаков вырабатывается сигнал совпадения, который пройдя через элемент 75 И, устанавливает в единичное состояние триггер б ре 3 гистра б индикации, при опросе которого иэ блока 1 памяти микрокомандности, способов, представления микропрограммы в постоянном. эапоминающем устройстве) до применения интегральных схем постоянных и ассоциативных запоминающих устройств, Одним иэ при. меров микропрограммногоустройства управления является блок микропрограммного управления (БИУ) процессора ЕС, который принят за базовый объект.Преимущества предлагаемого устройства:структура устройства соответстВует реально существующим ассоциативным запоминающим устройствам 16 х 16,16 х 8, 4 х 4, 256 х 4) с воэможностьюнаращивания по словам и по разрядам;количество ветвлений в микропрограмме, выполняемых эа один тактне ограничено;5 в известном устройстве использован принудительный метод формирования адреса следующей микрокомандыкаждая микрокоманда содержит информацию об адресе следующей микроко- О манды, что усложняет процесс микропрограммирования), а в предлагаемомблагодаря .применению ассоциативной.памяти процесс микропрограммированиядостаточно прост и удобен.Иикропрогра энное уствройст Во упра Вяенмя1043650 На еоиничный М 4 .т игге 7 т йч регистра мин окоюанд На йЫичный бхоЯт игге а б и х хгХу Хг Нуледые бходытриггерод бг бябе фт а,На еоиничный охитри гге б и 77 Нулейй Ьоо9 фггпуа бт На единичный охоо игг а б и.Заказ 7339/52 Тираж 706 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж; Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 а, а, а ЮрР / Р Щ юг 10 Сигналы а,аг, апостуиают с Фиг. Ю Ь78 Нуле 8 ой хо риггера Ю На еоиничный охи триггера б и уле юе хо ытриггероб 6 и бНа единичный охоотри гг а и На единичный 8 хоотригге а Ю иМуле й хтриггера ф Нуде 8 ые бхо ыоиггероб бг, б, бо,фНа единичнйй 8 ходт иггера б и Нулевой 8 ходтриггера бтНа единичкыд бдитриггера бо и