Многотактное микропрограммное устройство управления

(50 4 С 06 Г 9/22 ЪЯ"Ою"1 Ю р ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ"-4 1 Ык Е 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и ОткРытий(71) Научно-исследовательский институт автоматизации управления и производства(56) Авторское свидетельство СССР9 924708, кл. С 06 Г 9/22, 982. 801 2 18 А 1 Авторское свидетельство СССР У 945866, кл. С 06 Г 9/22, 1982.Авторское свидетельство СССР У 1094033, кл. С 06 Г 9/22, 1982.Авторское свидетельство СССР У 1136160, кл. С 06 Г 9/22, 1983.Авторское свидетельство СССР 1 Ф 1151963, кл. С 06 Г 9/22, 1983.(54) МНОГОТАКТНОЕ МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь 13323зовано при построении микропрограммируемых контроллеров для АСУ технологическими процессами. Цель изобрететения - повышение быстродействия, . Многотактное микропрограммное устройство управления содержит блок памяти 1, регистр 2 адреса, регистр 3 микрокоманд, счетчик 4, мультиплексор 5, группу схем сравнения 6.1-6.п, группы дешифраторов выходным микроприказов 7.1-7.п и дешифраторов вида микроопераций 8.1-8.п,18коммутатор 9 адреса, группу 10,1- 10.п коммутаторов управления, триггер 11 пуска группу триггеров 12.1 - 2.п,генератор 13 импульсов, элемент ИЛИ 14, группу элементов И 15.1 - 15,п, первый 16, второй 17 и третий 18 элементы И. Новыми элементами являются группа схем сравнения 6.1-6.п,группа дешифраторов типа микроопераций 8.1-8.п, группа коммутаторов управления 10,1 - 10, Этопозволяет достигнуть цели изобретения.3 ил.1Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении микропрограммируемых контроллеров для АСУ технологическими процессами. 5Цель изобретения - повышение быстродействия,Сущность изобретения заключается в реализации дисциплины организации нанопрограммного управЛения. Множество микроопераций, формируемых устройством, делится на три типа: микро- операции типа а, которые начинаются со считыванием микрокоманды в регистр микрокоманды и не заканчиваются с окончанием микрокоманды; микрооперации типа б, которые начинаются со считыванием микрокоманды в регистр микрокоманд и заканчиваются после определенного нанотакта внутри микро О команды; микрооперации типа в, которые начинаются после определенного нанотакта в данной микрокоманде и заканчиваются в определенный нано 25 такт следующей микрокоманды.Каждому типу микроопераций поставлен в соответствие код. Вся совокупность микроопераций, кроме того, де-лится на группы так, чтобы в течение30 считывания одной микрокоманды из данной группы вьдавалась только одна микрооперация (группы несовместимых микроопераций), Для вьдачи одной микрооперации из каждой группы задается тип микрооперации и номер нано такта начала или конца вьдачи микро- операции (в зависимости от типа микрооперации). 2Информация о типе микрооперации поступает в блоки тактирования микро- операций, которые вьдают управляющие сигналы на управляющие входы дешифраторов, что обеспечивает вьдачу микроопераций в соответствии с реализуемой программой.На фиг. приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - фрагмент реализуемой микропрограммы; на фиг.3 - временные диаграммы работы устройства при реализации данного фрагмента.Функциональная схема многотактного микропрограммного устройства управления (фиг.1 ) содержит блок 1 памяти микрокоманд, регистр 2 адреса, регистр 3 микрокоманд, счетчик 4, мультиплексор 5, группу схем 6.1 - 6.п сравнения, группы дешифраторов 7.1-7,п выхоцных микроприказов и дешифраторов 8.1-8.П типа микроопераций, коммутатов 9 адреса, группу 10.1-10.п коммутаторов управления, К 5-триггер 11, группу из К-триггеров 12.1-12.п, генератор 13 тактовых импульсов, элемент ИЛИ 14, группу элементов И 15.1-15,п, первый 16, второй 17 и третий 18 элементы И. Кроме того, на фиг.1 использованы следующие обозначения: входы кода операции 19 (адрес первой микроко - манды), пуска 20 и логических условий 21 устройства, группа выходов 22,1-22.п устройства, поле 23 логических условий, поля 24 и 25 модифицируемого и немодифицируемого разря 1332318а,а+1 1 " 55 а 1 адза и + е 0,1 - значения логических условий; дов адреса соответственно, поля26,1-26,п микроопераций, поля 27.1 -27.п номера нанотакта начала иликонца микроопераций (в зависимостиот типа микрооперации , поля 28.1528,п типа микроопераций, признак 29конца команды, поле 30 конца работырегистра 3, первый 31, второй 32,третий 33 выходы генератора 13 импульсов, выходы 34 микроопераций и35 числа нанотактов блока 1 памяти.Элементы 8,10 и 15 могут быть условно объединены в блоки тактированиямикроопераций 36.1-36.п. 15Фрагмент микропрограммы (фиг.2)состоит из трех микрокоманд МК 1,МК 2 и МКЗ. Цифрами 1,26 обозначены микрооперации, используемые впредлагаемом фрагменте микропрограммы. Под временными диаграммами микроопераций цифрами обозначены номерананотактов внутри данной микрокоманды (состояние счетчика 4 числа нанотактов ). Для нормальной работы пред лагаемого устройства необходимо такразбивать циклограмму на микрокоманды, чтобы получались используемыетри типа микроопераций.На фиг.З эпюры напряжений показаны в точках, номера которых соответствуют обозначениям, принятым нафиг.1.Рассмотрим назначение элементовустройства, в котором условно могутбыть выделены: средства хранения и35считывания микрокоманд; средствапуска и синхронизаЦии; средства управления.К средствам хранения и считыва;.ия микрокоманд относятся блок 1памяти, регистр 2 адреса, регистр 3иикрокоманд, мультиплексор 5, коммутатор 9.Блок памяти 1 предназначен дляхранения микропрограмм. Регистр 2обеспечивает хранение адреса очередной микрокоманды. Регистр 3 служитдля запоминания считанной микрокоманды.Мультиплексор 5 предназначен длямодификации адресного разряда и реа"лизует логическую функцию а, - значения 1-го разряда кода логичеСких условий,1=0-П;и = 11 оц Кг,К - число логических ус, ловий;значения младшего (модифицируемого адресного разряда ).Коммутатор 9 предназначен. для управления передачей адреса в регистр2 в зависимости от наличия микрооперации конца команды.Средства пуска и синхронизациивключают триггер 11 пуска, генератор 13 тактовых импульсов, первый,второй и третий элементы И 16 - 18.Триггер 11 управляет пуском генератора 13 импульсов и его остановомпри появлении сигнала Конец работы" на поле 30 конца работы регистра 3 микрокоманд.Генератор,13 импульсов формируеттактовые импульсы, период следованиякоторых равен длительности нанотакта(фиг.4 1 сдвиг между импульсами,формируемыми на соседних выходах равен с /3Первый элемент И 16 обеспечиваетсинхронизацию записи адреса в регистр 2. Импульсы с первого выхода31 генератора 13 проходят на выходэлемента И 16, если на выходе эле"мента ИЛИ 14 присутствует единичныесигнал,Второй элемент И 17 служит дляуправления счетом счетчика 4. Импульсы, поступающие с третьего выхода33 генератора 13, поступают через него на счетный вход счетчика 4 толькотогда, когда на выходе элементаИЛИ 14 присутствует нулевой сигнал.Третий элемент И 18 служит дляуправления записью в регистр 3 микроопераций и счетчик 4. Импульсы с выхода 32 генератора 13 проходят навыход элемента И 18 при единичномсигнале на выходе элемента ИЛИ 14.К средствам управления относятсясчетчик 4, схемы 6.1-6.п сравнения,группы дешифраторов 7.1-7и выхода идешифраторов 8,1-8.п типа микроопераций, группа 10.1-10.п коммутаторовуправления, триггеры 12.1-12.п,элемент ИЛИ 14, элементы И 15,1-15.п.Счетчик 4 считает количество остав",шихся нанотактов в микротакте. Общееколичество нанотактов в микротакте5 13323записывается в счетчик с выхода 35блока 1 памяти микрокоманд по заднему фронту импульса, поступившему наего синхровход. Состояние счетчика5уменьшается на единицу по заднемуфронту импульса, поступившему на егосчетный вход.Группа схем 6.1-6.п сравнения формирует сигналы на соответстнующихвыходах при совпадении кодов на выходе счетчика 4 числа нанотактов ипосле 27.1-27,п регистра 3 микрокоманд - на выходе "Равно", если второе меньше перного - на выходе . Меньше",Дешифраторы 7,1-7.и формируют выходной сигнал на соответствующем выходе устройства и зависимости от кода .микрооперации, поступающего на их информационный вход с поля 26.1-26.прегистра 3 микрокоманд, на время присутствия сигнала на их управляющихвходах.Дешифраторы 8.1-8,п определяюттип микроопераций, Для этого на ихвходы подаются коды с выхода полей281-28,п, причем типу микрооперацийа соответствует нулевой код, б - единицы, в - двойки. В соответствии с ЗОэтими кодами и появляются сигналы навыходе дешифраторов 8,1-8.п.Коммутаторы 10.1-10.п предназначены для управления включением триггеров 12.1-12.п.Триггеры 12.1-12.п управляют работой дешифраторов 7,1-7.п выходаСостояние триггеров 12.1-12.п изменяется по заднему фронту импульсов, поступающих на их С-входы. Если 1-й40триггер находится в единичном состоянии, то его выходной сигнал разрешает работу 1-го дешифратора выхода.Элемент ИЛИ 14 предназначен дляопределения нулевого состояния счетчика 4. Единичный сигнал на его выходе формируется, когда в счетчике4 записан нулевой код.Группа элементов И 15.1-15.п предназначена для управления обнулением 50триггеров 1 2,1 -1 2и .Предлагаемое устройство работаетследующим образом,В исходном состоянии элементыпамяти находятся в "0", в поле 29регистра 3 записана "1". После прихода кода адреса на вход 19 подается команда "Пуск" на вход 20, которая представляет собой единичный 186импульс. Этот импульс пуска перево- . дит триггер 11 пуска в единичное состояние. Единичный сигнал с прямого выхода триггера 11 разрешает формирование тактовых импульсов генератору 13 импульсов.По заднему фронту первого импульса, сформированного на выходе 31 генератора 13, в регистр 2 адреса записывается код операции (начальный адрес ). По адресу, записанному в регистре 2, из блока 1 памяти считывается микрокоманда на выходе 34 и число нанотактов, отводимое данной микрокоманде на выходе 35. По заднему фронту нторого импульса, сформированного на выходе 32 генератора 13, микрокоманда с выхода 34 блока 1 памяти записывается в регистр 3 микроопераций, а число нанотактов с выхода 35 блока 1 памяти - в счетчик 4, На выходе элемента ИЛИ 14 появляется нулевой сигнал, который запрещает прохождение импульсов через элементы И 16 и 18 и разрешает прохождение импульсов с выхода 33 генератора 13 через элемент И 17 на счетный вход счетчика 4, и он начинает считать оставшееся число нанотактон в микрокоманде.Каждый дешифратор 7,1-7.п соответствует одной микрооперации н данном микротакте, код которой записан в поле 26.1-26.и регистра 3 микрокоманд. Однако сигнал .на соответствующем выходе 1-го дешифратора появляется только при наличии единичного сигнала на выходе триггера12.1, Время его существования опре деляется реализуемой микрооперацией (типом и временными параметрами ).После окончания текущей микрокоманды счетчик 4 обнуляется и на выходе элемента ИЛИ 14 появляется единичный сигнал, который разрешает прохождение импульсов через элементы И 16 и 18. Дальше работа устройства повторяется.Поясним принцип формирования микроопераций на примере фрагмента микропрограммы, представленного на фиг3.Микрокоманда МК 1 состоит иэ первой и пятой микроопераций. Причем, первая микрооперация типа 5 начинается с началом микрокоманды и заканчивается, когда до завершения микротакта остается два нанотакта. Если1332318 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 7она должна появиться напервом выходе дешифратора 8.1, то в полях регистра 3 микрокоманд должно быть записано: поле 26.1 - код, при которомвозбудится первый выход дешифратора,8.1; .поле 27,1 - код номера нанотакта, оставшегося до завершения микротакта, после которого завершится выдача микрооперации для нашего примера - два ; поле 281 - код данноготипа микроопераций, т.е, код единицы.Тогда на первом выходе дешифратора 8.1 появится единичный сигнал,на выходе "Меньше" схемы 6,1 сравнения будет единичный сигнал, то навыходе коммутатора 10.1 также будетединица. Следовательно, по заднемуфронту первого импульса, поступившегочерез элемент И 17 с выхода 33 генератора 13, триггер 12.1 переходит вединичное состояние и разрешает работу дешифратора 7.1, а состояниесчетчика 4 уменьшается на единицу(поэтому код общего числа нанотактовв первом микротакте нужно задаватьбольше необходимого на единицу).Когда до окончания микротакта остаетсятри нанотакта, на выходе Меньше"схемы 6.1 сравнения пропадает единица и появляется на выходе "Равно",т.е. единица пропадает на выходекоммутатора 10.1 и появляется на выходе элемента И 15,1. Следовательно, по заднему фронту очередногоимпульса, поступившего на С-входтриггера 14.1, он обнуляется, темсамым прекращается выдача первоймикрооперации, Таким образом, онавыдается в течение четырех нанотактов. Пятая микрооперация являетсямикрооперацией типа , она начинается за три нанотакта до завершениямикротакта и не заканчивается поокончании МК 1. Предположим, что онадолжна быть считана с первого выхода дешифратора 8.2, Для этого в поле26.2 необходимо записать код, который возбуждает первый выход дешифратора 8.2; в поле 27,2 - код номерананотакта, после которого начинается выдача микрооперации в данной микрокоманде. В данном случае это кодтрех. В поле 28.2 должен быть записан код 3 -типа микроопераций.В данном случае должен быть код двух,При этом устройство работает сле-.дующим образом,8После считывания МК 1 в регистр 3 микрокоманд возбуждается второй вы-. ход дешифратора 8,2 типа микроопераций. Сигнал с этого выхода поступает на третий информационный вход коммутатора 10,2, на второй управляющий вход которого поступает запрещающий сигнал с выхода "Равно" схемы 6,2 сравнения - на выходе коммутатора 10.2 нулевой сигнал. Такое состояние сохраняется до тех пор, пока до окончания микротакта не остается четыренанотакта. На четвертом до Окончаниямикротакта нанотакта на выходе "Равно" схемы 6.2 сравнения появляетсяединичный сигнал и на выходе коммутатора 10.2 появляется единица, По заднему фронту импульса, ограничивающего сзади этот нанотакт, триггер12.2 переходит в единичное состояниеи тем самым разрешает считываниепятой микрооперации с соответствующего выхода пешифратора 8.2. После обнуления счетчика 4 триг" гер 12.2 не будет обнулен и считывание второй микрооперации с соответствующего выхода дешифратора 8.2 не будет закончено с завершением МК 1.Микрокоманда МК 2 состоит из пятой и восьмой микроопераций. Причем вторая микрооперация типа б, а восьмая - типа а . Формирование второй микрооперации на соответствующем выходе дешифратора 8.2 происходит аналогично описанному выше для первой микрооперации.В формировании восьмой микрооперации есть особенности. Она должна появиться на соответствующем выходе дешифратора 7.1 с началом МК 2 и выдача не должна прекратиться после окончания МК 2. Для этого в поле 28.1 должен быть записан код нуля (код ь-типа микрооперации ); в. поле 26.1 должен быть записан код двойки,Благодаря этому после считывания МК 2 возбуждается нулевой выход дешифратора 8.1. Сигнал с его выходапоступает на первый информационныйвход коммутатора 10.1, на его выходе появляется единица и по заднему фронту первого импульса в этом микроконтакте, поступившему с выхода элемента И 17, триггер 12,1 переходит вединичное состояние. Единичный сиг,нал с прямого выхода этого триггераразрешает считывание второй микро"45 50 55 операции с соответствующего выхода дешифратора 7.1.После обнуления счетчика 4 триггер 14.1 остается в единичном состоянии и микрооперация продолжает считываться с выхода дешифратора 7,1, Очередная микрокоманда МКЗ состоит из второй и восьмой микроопераций типа б, поэтому работа устройства аналогична описанной ранее для б-типа микрооперации. Причем вторая микрооперация считывается с выхода дешифратора 7.2, а восьмая - дешифратора 7.1. )В дальнейшем работа устройства осуществляется аналогично. Формула из обретения Многотактное микропрограммное устройство управления, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд, счетчик, мультиплексор, с первого по и-й дешифраторы выходных микроприказов, где и - количество микроприказов, коммутатор адреса, Р 5-триггер, генератор тактовых импульсов, с первого по третий элементы И, элемент ИЛИ-НЕ, с первого по и-й 1 К-триггеры, причем вход запуска устройства соединен с 5-входом Р 5-триггера, прямой выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с входом синхронизации регистра адреса, выход которого соединен с адресным входом блока памяти микрокоманд, выход поля микроопераций которого соединен с информационным входом регистра микрокоманд, выход поля логических условий которого соединен с управляющим входом мультиплексора, выход которого объединен с выходом поля следующего адреса регистра микрокоманд и подключен к первому информационному входу коммутатора адреса, выход которого соединен с информационным входам регистра адреса, второй выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с входами синхронизации счетчика и регистра микрокоманд, информационные выходы счетчика соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого сое 5 10 15 20 25 30 35 40 динен с вторыми входами первого итретьего элементов И и с инверснымвходом второго элемента И, выход которого соединен с вычитающим входомсчетчика и с входами синхронизациис первого по и-йК-триггеров, входкода команды устройства соединен свторым информационным входом коммутатора адреса, выход модифицируемогоразряда адреса регистра микрокомандсоединен с первым информационнымвходом мультиплексора, вход логических условий устройства соединенс остальными информационными входамимультиплексора, выход 1-го поля микроопераций (где=1п) соединенс информационным входом 1-го дешифратора выходных микроприказов, прямой выход 1-го 1 К-триггера соединенсо стробирующим входом 1-го дешифратора выходных микроприказов, выходкоторого является 1-м выходом микро-;приказов устройства, выход признакаконца команды регистра микрокочандсоединен с управляющим входом коммутатора адреса, выход признака концаработы регистра микрокоманд соединенс Р-входом РБ-триггера, выход полячисла нанотактов блока памяти микрокоманд соединен с информационнымвходом счетчика, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью увеличениябыстродействия, оно содержит с первой по и-ю схемы сравнения, с первого по и-й дешифраторы типа микроопераций, с первого по и-й коммутаторы управления, группу из и элементов И, причем выход 1-го поля начала (конца ) микрооперации регистрамикрокоманд соединен с первым входом1-й схемы сравнения, выход "Равно"которой соединен с первым входом1-го элемента И группы и с первым управляющим входом )-го коммутатора управления, выход которого соединен с 1-входом 1-го 1 К-триггера, информационный выход счетчика соединен с вторыми входами с первой по и-ю схем сравнения, выход "Меньше" 1-й схемы сравнения соединен с вторым управляющим входом коммутатора управления,выход 1-го поля типа микрооперацийрегистра микрокоманд соединен свходом 1-го дешифратора типа микроопераций, с первого по третий выходы 1-го дешифратора типа микроопераций соединены соответственно с первого по третий информационными входами 1-го коммутатора управления,второй выход 1-го дешифратора типамикроопераций соединен с вторым вхоРиюЗСоставитель А.СошкинРедактор Е.Папп Техред И.Попович К ректо.Бутя 2 ног ний д.4 а ая н иэводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4 акаэ 3833/44 Тираж ВНИИПИ Государстве по делам иэобрет 113035, Москва, Ж1332318 12дом 1-го элемента И группы, выход которого соединен с К-входом 1-го К-триггера,Подписиомитета СССРоткрытий