Устройство микропрограммного управления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 6 Р 9/2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ИЗОБРЕТЕ СА ВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМ Ууно.8)свидетельство ССС06 Р 9/22, 1980.идетельство СССР06 Р 9/22, 1980.ИИКРОПРОГРАММНОГ е относится к вычиске и может быть использовано в высокопроиэводитльяыхвычислительных системах. Целью изобретения является повышение быстродействия. Устройство содержит блок 1 постоянной памяти, блок 2 оперативнойпамяти, регистр 3 микрокоманд, двасчетчика 4, 5 адреса, дешифратор 6,три мультиплексора 7-9, сумматор 10,триггер 11, пять элементов И 12-16,два элемента ИЛИ 17, 18-, элементИ-НЕ 19. Цель достигается эа счет по,вышения скорости эаписи требуемыхмикрокоманд в оперативную память.3 ил.1 1293Изобретение относится к вычислительной технике, может быть использовано в высокопроизводительных вычислительных системах и наиболее эфФективно в системах с автоматически перестраиваемой, динамической архитектурой.Цель изобретения - повышение быстродействия.На фиг.1 представлена Функциональ ная схема устройства микропрограммного управления; на Фиг.2 - временная диаграмма тактовых сигналов, поступающих на синхровходы блоков устройства, реализованного, например, на 15 элементах серии 500; на фиг.3 о.и 8 алгоритм работы предлагаемого устройства.Устройство содержит блок 1 постоянной памяти, блок 2 оперативной па мяти, регистр 3 микрокоманд, счетчики 4 и 5 адреса; дешифратор 6, мультиплексоры 7-9 относительного адреса, кода микрокоманд и адреса перехода, сумматор 10, триггер 11, элементы И 12-16, элементы ИЛИ 1 и 18, элемент И - НЕ 19, вход 20 адреса перехода устройства,.первый 21 и второй 22 входы нагрузки михрокоманд устройства, вход 23 логического условия 30 ,конца загрузки устройства, выход 24 1устройства, а также первый 25, второй 26, третий 27 и четвертый 28 входы тактовых импульсов устройства, На Фиг.2 обозначено. "Т, - время цик-.35 ла работы устройства, 29-32 - тактовые сигналы, поступающие соответственно на входы 25-28 устройства.устройство предназначено для работы с типовым набором микрокоманц. 40 Пусть, например, микрокоманда содержит 20 разрядов, которые нумеруются с нулевого по 19-й начиная с младшего. Старшие 2 разряда, 19-й и 18-й, определяют Формат микрокоманд, при чем код ОО, содержащийся в данных разрядах, определяет первый Формат, код 01 - второй Формат, код 10 - третий формат, код 11 - четвертый Формат, Положим, что первый Формат соот ветствует арифметическим, второй - логическим операциям, третий - операциям переходов, четвертый - операциям пересылок, к которым относятся операции как загрузки в счетчик 4, так и записи микрокоманды в блок 2 оперативной памяти по соответствующему адресу. Пусть в третьем Формате разряды микрокоманд распределены сле 30 2дующим образом: (10-0) - адрес (А) ,11 - признак памяти ("1" - оперативная память микропрограмм, 0 - постоянная память микропрограмм); 12признак модификации (" 1" - иэ операционного устройства ЭВМ); 13 - видперехода, относительный или абсолютный, 14 - указатель (признак) перехода, (17-15) - тип перехода;(А); 11 - признак памяти; 12 - признак модификации 1 13 - не используется; 14 - признак загрузки счетчикаадреса; 15 - признак записи в блок2 оперативной памяти; (17-16) сов -местно с разрядом 15 образуют кодтипа перехода; (19-18) - Формат микрокоманды.Первый выход регистра 3 микрокоманд, подключенный к первому информационному входу мультиплексора 7,соответствует (1 1-0) -м разрядам микрокоманды для третьего и четвертогоФорматов, второй выход, подключенныйк управляющим входам мультиплексоров7 и 8 соответствует 12-му разрядумикрокоманды и определяет для мультиплексора 7 выбор адреса с признакомпамяти иэ регистра 3 микрокоманд илис .входа 20 устройства, а для мультиплексора 8 выбор микрокоманды либо из основной памяти, либо иэ обрабатывающего устройства ЗВМ; третийвыход, подключенный к управляющему входу мультиплексора 9, соответствует13-му разряду микрокоманды", четвертыйвыход, подключенный к первым входамэлементов И 13 и 15, соответствует14-му разряду микрокоманды, пятый вывход, подключенный к первьм. входам ,элементов И 14 и И-НЕ 19, соответствует 15-му разряду микрокоманды;шестой выход, подключенный к входудешифратора, соответствует (19-18)-мразрядам микрокоманды. Первый выходмультиплексора 7, соответствующий(10-О)-м разрядам микрокоманды, подключен к вторым информационным входаммультиплексора 9 и сумматора 10," второй выход, соответствующий 11-му разряду микрокоманды, соединен с информационным входом триггера 11 и определяет работу либо с постоянной, либо с оперативной памятью микропрограмм,Пусть первый счетчик 4 адреса содержит 11 (10-0) разрядов, второй1293730 4граммы в памяти 2 и единичный 11-йразряд.Счетчики 5 и 4 реализуют следующие режимы работы в зависимости от- значений управляющих сигналов Б 1, Б 2и синхросигнала С:-хранение: Б 1 = Б 2 = О, С = 1 (О);м- -запись: Б 1 = Б 2 = 1, С = 1;т- - прямой счет: Б 1=0, Б 2 = 1, С= 110 (при С = 0 осуществляется только рев жим хранения, независимо от значенийсигналов Б 1 и Б 2 на входах.Выходы элементов И 13 и ИЛИ 17 соединецы с входами Б 1 соответственно15 счетчиков 5 и 4, входы Б 2 которыхю- не задействованы, что соответствуетдействию единичного сигнала на этихвходах.о- Режим хранения счетчика 5 используется при переписи в оперативнуюпамять 2 массива микрокоманд, причемзапись каждой следующей микрокомандыпроисходит в каждый следующий циклработы устройства.25 Периодическая загрузка микропрограмм в память 2 является нормальнымрежимом работы устройства, особенноестественным для ЭВМ с динамическойархитектурой. Поэтому программа за грузки памяти 2 для обеспечения максимальной скорости загрузки размещается в постоянной памяти 1,Во время загрузки памяти 2 доокончания переписи массива в каждомя следующем цикле из памяти 1 в регистр353 выбирается одна и та же командапереписи по одному и тому же адресу,при этом счетчик 5 переводится в режим хранения, который обеспечивается400 подачей на его синхровход нулевогосигнала. В общем случае, сигнал С 5на синхровходе счетчика 5 определяется из формулы: счетчик 5 адреса - 8 (7-0) разрядов тогда разряды (11-8) счетчика 4 и разряды (7-0) счетчика 5, подключен ные к первому информационному входу сумматора 10, являются соответствен но старшей и младшей частями информационного слова для сумматора 10, (7-0)-е разряды (младшие) выхода су матора 10 и мультиплексора 9 соотве ствуют (7-0)-м разрядам счетчиков 4 и 5, поэтому выходы (7-0)-х разрядо мультиплексора 9 подключены одновре менно к счетчикам 5 и 4, а (10-8)-е разряды мультиплексора 9 - только к счетчику 4.Второй выход дешифратора 6 подкл чен к второму входу элемента 13 И и соответствует 3-му формату микрокоманды. Первый выход дешифратора 6 с единен с третьим входом элемента 14 И и вторыми входами элементов И 15, И-НЕ 19 и соответствует четвертому формату микрокоманды.Признак перехода для команд пере хода, содержащихся в постоянной памяти 1, всегда равен " 1.", а для команд оперативной памяти он может путем модификации команды принимать значение "1" и "0".Дпя команд первого, второго и чет вертого форматов, содержащихся в опе ративной памяти 2, разряд 11 командь (признак типа памяти) имеет значение 1, в постоянной памяти - 0. Для команд третьего формата, содержащихс в оперативной памяти 2, разряд 11 имеет значение "1" при переходах в пределах данной памяти и 0 - при переходах в блок 1 постоянной памяти Для команд третьего формата, содержащихся в блоке 1 постоянной памяти, разряд 11 имеет значение "0" при переходах в пределах блока 1 и "1" при переходах в блок 2 оперативной памяти. 45 Разряд 11 входа 20 устройства повторяет значение разряда 11 команды, выбранной на регистр 3, за.исключением команд третьего формата. Напри мер, если выполнялась команда иэ памяти 1 в другую область этой же памяти (11-й разряд равен "0"), которая оказалась дефектной, что выявлено, например, путем диагностики, то ди агностирующая программа инициирует перепись в память 2 копии дефектной программы и на входе 20 устройства формирует код начального адреса проС 5 = С 4 Ь (ПФ 4 ч ПЗ ч ПМ),где С 4 - тактовый сигнал, поступающий на вход 28 устройства;ПФ 4 - признак четвертого форматамикрокоманды (соответствуетпервому выходу дешифратора б),ПЗ - признак записи в память 2для команды четвертого формата;ПМ - признак конца массива (условие перехода, поступающее на вход 23 устройства) Таким образом, синхросигнал насинхровход счетчика 5 не поступает(нулевое значение сигнала С 5) тольков режиме записи массива мнкрокомандв оперативную память 2,Устройство работает следующим образом (Фиг. За, 6) . 5Для загрузки в оперативную память2 очередной микропрограммы управление передается программе загрузки,для чего выполняется команда перехода, которая поступает на регистр 3микрокоманд либо иэ блока 1 постоян. ной памяти, либо из блока 2 оперативной памяти. При этом счетчик 5 адреса переходит в режим приема информации в соответствии с управляющим сиг 15налом, поступающим иэ цепи, включающей дешифратор Ь и элемент И 13, навторой счет 1 ик 5 записывается адреспервой микрокоманды программы загрузки через мультиплексор 7, сумматор10 и мультиплексор 9, а на триггер1 1 через мультиплексор 7 заноситсяпризнак работы с блоком 1 постояннойпамяти.Из блока 1 постоянной памяти нарегистр 3 микрокоманд вызывается поадресу, загруженному в счетчик 5,микрокоманда, по которой загружаетсяв счетчик 4 адрес первой микрокоманды, которую следует записать в блок2 оперативной памяти. При этом на управляющий вход счетчика 4 адреса поступает единичный сигнал из цепи,включающей дешифратор 6, элемент И15 и элемент ИЛИ 17, обеспечивающий 35прием адреса, сформированного сумматором 10 и мультиплексором 9, на регистр 4. Второй счетчик 5 переходитв режим счета в соответствии с нулевым управляющим сигналом, сформированным в цепи, включающей дешифраторб и элемент И 13. В следующем цикле из блока 1 постоянной памяти на регистр 3 микроко манд выбирается команда записи первой микрокоманды в блок 2 оперативной памяти. При этом на информационный вход блока 2 поступает микрокоманда через мультиплексор 8 либо из основной памяти, либо из операционного устройства ЗВМ в зависимости от значения сигнала на втором выходе регистра 3 микрокоманд. На первый вход элемента И 15 с четвертого выхода регистра микрокоманд поступает нулевой сигнал, который через элемент И 15 и элемент ИЛИ 17 поступает на управляющий вход первого счетчика 4 адреса и переводит его в режим счета, при этом по тактовому сигналу С 4 (с входа 28 устройства) содержимое счетчика 4 уве 1 нличивается на +1 - получается действительный адрес первого загружаемого слова в оперативную память 2, Следовательно, при загрузке счетчика 4 в него должна засылаться адресная константа, имеющая значение, на единицу меньшее действительного начального адреса загружаемого массива, Счетчик 5 остается в режиме хранения (адрес не модифицируется), так как на его синхровход поступает нулевой сигнал. Затем осуществляется запись микрокоманды в оперативную память 2 по сигналу, поступающему с выхода элемента ИЛИ 17 при совпадении на его входах единичных сигналов с выхода дешифратора б, пятого выхода (признак записи в память 2) регистра 3 и тактового входа 26 устройства.В начале цикла записи последней микрокоманды в память 2 на. входе 23 устройства появляется единичный сигнал признака условия, который через элемент ИЛИ 18 и И 16 при совпадении с тактовым сигналом с входа 28 устройства поступает на синхровход счетчика 5, по которому содержимое счетчика 5 увеличивается на "+1" и на ре - гистр 3 из блока 1 постоянной памяти вызывается следующая команда, например, команда передачи управления на первую команду загруженной микропрограммы, При этом на триггер 11 через мультиплексор 7 адреса записывается либо из регистра 3 микрокоманд, либо,Р с информационного входа 20 устройства признак работы с блоком 2 оперативной памяти; счетчик 4 переходит в режим приема информации, и в него загружается адрес первой микрокоманды, подлежащей выполнению.Во всех командах перехода адрес перехода Формируется на сумматоре 10 и мультиплексоре 9 в зависимости от значения сигнала на управляющем входе мультиплексора 9 либо как абсолютный, поступающий из мультиплексора 7, либо как относительный причем приращение поступает по второму инФормационному входу сумматора 10 с выхода мультиплексора 7, а база -1 попервому информационному входу сумматора 10 с выходов счетчиков 4 и 5.Устройство микропрограммного управления, содержащее блок постоянной памяти, блок оперативной памяти, ре гистр микрокоманд и дешифратор, причем выход блока постоянной памяти .подключен к первому информационному входу регистра микрокоманд, синхровход которого подключен к первому 15 входу тактовых импульсов устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены два счетчика адреса, мультиплексоры относительного адреса, 20 кода микрокоманд и адреса перехода, сумматор, триггер, пять элементов И, дваэлемента ИЛИ, элемент И-НЕ, причем второй и третий входы тактовых импульсов устройства подключены со ответственному к первому входу первого элемента И и синхровходу триггера, выход которого подключен к первому входу второго элемента И и входу выбора входа регистра микрокоманд, вто рой информационный вход и выход которого подключены соответственно к выходу блока оперативной памяи и выходу устройства, четвертый вход тактовых импульсов устройства подключен к первому входу третьего элемента И и счетному входу первого счетчика адреса, выход которого подключен к адресному входу блока оперативной памяти и входу старших разрядов сумматора, выход которого подключен к первому информационному входу мультиплексора адреса перехода, выход которого подключен к информационному входу первого счетчика адРеса, вход 45 признака режима которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, выход младших разрядов мультиплексора, адреса перехода подключен к информационному входу второго счетчика адреса, выход которого подключен к первому входу младших разрядов сумматора и адресному входу блока постоянной памяти, вход адреса перехода устройства подключен к первому информациподключен к шестому выходу регистра микрокоманд и управляющему входу мультиплексора кода микрокоманд. 7 1911 ри рдботс цо микрокомдцдам, выбираемым из блокдоперативной памяти, значения соответствующих разрядов счетчиков 4 и 5 совпадают. 5Формула изобретения 3730 8 оццому входу мультиплексора относительного адреса, выход младших разрядов которого подключен к второмуинформационному входу мультиплексораадреса перехода и второму входу сумматора, первый и второй входы загрузки микрокоманд устройства подключенысоответственно к первому и второмуинформационным входам мультиплексоракода микрокоманд, выход которогоподключен к информационному входублока оперативной памяти, вход записи-считывания которого подключен квыходу первого элемента И, выходстаршего разряда мультиплексора относительного адреса подключен к информационному входу триггера, выходэлемента И-НЕ подключен к первомувходу второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, выход которого подключен к счетному входу второго счетчика адреса, вход режима которогоподключен к выходу четвертого элемента И и соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу пятого элемента И,вход логического условия конца загрузки устройства подключен к второму входу второго элемента ИЛИ и первому входу четвертого элемента И,первый выход регистра микрокомандподключен к входу дешифратора, первыйвыход которого подключен к второмувходу четвертого элемента И, третийвход которого подключен к первомувходу пятого элемента И и второмувыходу регистра микрокоманд, второйвыход дешифратора подключен к вторымвходам первого и пятого элементов Ии первому входу элемента И-НЕ, второй выход которого подключен к третьему входу первого элемента И итретьему выходу регистра микрокоманд,четвертый и пятый выходы которогоподключены соответственно к управляющему входу мультиплексора адресаперехода и второму информационномувходу мультиплексора относительногоадреса, управляющий вход которого1293730 ЙИО Ю"ЛР Ти,ф фииур 0 Ражем тавитель И.Си ред И.Попович ирохман Редактор Л.Пчолинска оррек Заказ 387/53 Подписно ВНИИПИ Государ СР по делам из035, Москва, Ж 45 дприятие, г. од оектная,роизводственно-полиграФическ Тираж 673.ственного комитета ССобретений и открытий