Микропрограммное устройство управления

(51 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Майоров С.А., Новиков Г.И. Принципы организации цифровых машин.- Л.; Машиностроение, 1974, с. 216, рис.69 сАвторское свидетельство СССР У 1242943, кл. 6 06 Р 9/22, 1986(54) МИКРОПРОГРАМ.ЙОЕ УСТРОЙСТВОУПРАВЛЕНИЯ57) Изобретение относится к микропрограммному управлению и наиболееэФФективно при использовании микрокоманд с соизмеримыми адресными и опоперационными частями. Цель изобретения - сокращение объема памяти засчет реализап-:и двух путей формирования адреса следующей микрокомандыс возможностью выбора оптимальногопути на каждой условной микрокоманде. Предлагаемое устройство содержитблок 1 постоянной гамяти, регистр2 микрокоманд, мультиплексор 3 условий счетчик 4 адреса, блок 5 управления следующим адресом. 2 ил.Изобретение относится к микропрораммному управлению и наиболее эфективно может быть использовано вычислительной технике, например вВМ, при построении управляющих систем, а также самостоятельных микропрограммных автоматов с микрокоманда, адресные и операционные части коорых соизмеримы по разрядности. ОЦель изобретения - сокращение объеа памяти за счет реализации двух пуей формирования адреса следующейкрокоманды с возможностью выбораптимального пути на каждой условной 5икрокоманде.На фиг.1 представлена функциональная схема. микропрограммного устройства управления; на фиг.2 - временные диаграммы следования тактовых сигна ловУстройство содержит блок 1 постоянной памяти, регистр 2 микрокоманд, мультиплексор 3 условий, счетчик 4 адреса, блок 5 управления следующим ад ресом, первый элемент НЕ 6, первый элемент И 7, вход 8 запуска устройст,ва, вход 9 первого тактового сигнала ;(СН 1).устройства, вход 10 второго тактового сигнала (Сн 2) устройства, 30 вход 11 третьего тактового сигнала ,(СНЗ), входы 12 условий устройства, ,информационный выход 13 устройства, второй и третий элементы НЕ 14 и 15, . с второго по пятый элементы И 16-19 35 ,и первый и второй элементы ИЛИ 20 и ; 21Микропрограммное устройство управления работает следующим образом.При поступлении сигнала начально го запуска по входу 8 устройства счетчик 4 адреса устанавливается в исходное, например нулевое, состояние.ПО исХОдному выходному состоянию 45 счетчика 4 адреса, представляющему собой адрес первой микрокоманды микропрограммы, в блоке 1 памяти выбирается соответствующая линейка, состояние которой с выхода блока 1 поступает на информационный вход 0 регистра 2 микрокоманд и при появлении первого тактового сигнала (синхросигнала) Си 1 по,входу 9 устройства на вход С параллельной записи регистра 2 микрокоманд переписывается в него.При наличии сигнала запуска на входе устройства устройство синхронизации (не показано) вырабатываеттолько один, первый (Си 1) тактовыйсигнал.При снятии сигнала запуска с входа 8 устройства, устройство синхронизации формирует последующие тактовые сигналы (Си 2 и СиЗ).При поступлении второго тактовогосигнала Си 2 по входу 10 устройства,поступающего через один из входовэлемента ИЛИ 20 на вход "+" счетчика4 адреса, содержимое на выходе последнего увеличивается на единицу,1. Рассмотрим случай, когда выполняемая микрокоманда неусловная,тогда на выходе старшего разрядакода типа перехода регистра 2 микрокоманд присутствует сигнал логического нуля, Следовательно, третий тактовый сигнал СиЗ по входу 11 устройства в блок 5 не поступает, т.е. Навыходе первого элемента И 7 - логический нуль. В результате на выходахэлементов И 16-19 присутствуют сигналы логического нуля и выходное сос"тояние счетчика 4 адреса, равное увеличенному на единицу адреса выполняемой микрокоманды, является адресомследующей микрокоманды микропрограм=мы. По этому адресу в блоке 1 памятивыбирается следующая микрокоманда,которая поступает на информационныйвход Р регистра 2 микрокоманд и споступлением следующего тактовогосигнала Си 1 переписывается в ре-гистр 2Следовательно, в этом случае (привыполнении неусловной микрокоманды)осуществляется естественный (по "+1")способ адресации, а длительность машинного цикла равна двум тактам Си 1и Си 2 (по Си 1 начинается выполнениемикрокоманды, поступившей в регистр2 микрокоманд, а по Си 2 формируетсяадрес следующей микрокоманды).11. Рассмотрим случай, когда вы-полняемая микрокоманда, т.е. микрокоманда, выбранная в блоке 1 памятии считанная по Си 1 в регистр 2 микрокоманд, является условной,Тогда на выходе старшего разрядакода типа перехода П регистра 2 ми-,крокоманд присутствует сигнал логической единицы (признак условной микрокоманды), который поступает наодин из входов элемента И 7, а навход А мультиплексора 3 условий поступает код условия, заложенный в этойусловной микрокоманде. Значение выхода младшего разряда кода типа перехода П регистра 2 микрокоманд закладывается при микропрограммировании (в нашем случае лог. 0 или лог.1).В зависимости от выполнения или невыполнения условия, а также в зависимости от того, присутствует на .выходе П регистра.2 микрокоманд сигнал ло гического нуля или логической единицы, в устройстве возможны две ситуации: состояние выходов мультиплексора 3 условий и выхода П регистра 2 микрокоманд равнозначны или имеют раз личные значения (неравнозначны).Кроме того, в каждой из этйх ситуаций возможны два состояния, т.е. .всего в устройстве возможны четыре состояния: состояние выхода мульти типлексора 3 условий и выхода регистра 2 микрокоманд однозначны и равны логической единице, состояние этих выходов равнозначно и равно логическому нулюсостояние этих выходов 25 различно, и равно, например: состояние выхода мультиплексора 3 - логической единице, а состояние П регистра 2 микрокомайд - логическому нулщ сос- .тояние этих выходов, различно Й равно, 30 например: состояние мультиплексора 3 - логическому нулю, а состояние выхода . П регистра 2 микрокоманд - логической единице.Каждой из двух вышеуказанных ситуа-З ций соответствует свой путь формирования адреса следующей микрокоманды и в каждом из четырех возможных сос- тояний устройство работает по-своему.Однако, микропрограюмист получил возможность (благодаря схемно-аппаратному решению устройства) выбирать из двух возможных путей Формирования адреса следующей микрокоманды - вполне определенный путь, за счет введения в условную микрокоманду вполне определенного кода алогический нуль или логическая единица " в нашем случае), который, поступая затем через выход П регистра 2 микрокоманд на второй вход блока 5 и определяет путь Формирования адреса микрокоманды.Рассмотрим работу устройства в каждом из четырех состояний.Первое состояние - состояние выхо 55 да мультиплексора 3 условий - логическая единица (т.е. условие выполняется)состояние выхода П регистра 2 микрокоманд также - логическая единипа (ак заложили при микропрограьмировании), Кроме того, на выходе П ре 1 истра 2 микрокоманд присутствует сигнал логической единицы(так как мы рассматриваем случаи,когда выполняе.;ая макрокоманда, те,микрокоманда, выбранная в блоке 1памяти и переписанная по Си 1 в регистр 2 микрокомапд, условная), Споступлением второго тактового сигнала Си 2, поступающего через элементИЛИ 20 на вход "+1" счетчика 4 адреса, состояние последнего увеличивается на единицу, и ио этому адресу (адрес выпо 1-няемой .:крокоманды плюс.1)выбирается в блоке 1 памяти соответствующая линейка. со, ео.:,имое которойпоступает 1 я 1 сормационные входыЭ регистра мы;рокоманц и счетчика4 адреса,При этом сигиа.я логической единицыс выхода мультиплексора 3 условийпост;пает на один из входов элементов И 16 и непосредственно, а на одиниэ входов элементов И 17 и 18 - черезэлемент НЕ 15 ( г,е. инвертированный)а сигнал логи адской ерииицы с выходаП, регистра 2 1:и".ро.,аманды поступаетна .в ;торь.е вх,;. элементов И 17 и 19непосредственно а на вторье входыэлементов И 17 и 9 - через элемечтНЕ 1 4е ее инвертированный ) оИ при поступ-.нии третьего тактового сигнапа синхросигнала) СиЗ по(входу 11 устройства, на третьи входывсех элементов И на вьходгх элементовИ 16-18 подтверждаются сигналы логического нуля, т.е. по крайней мерена одном иэ входов каждого из этихэлементов присутствует сигнал логического нуля, а на выход элемента И 19устанавливает"я сигнал логическойединиць так как на всеь. его входахприсутствуют сигналы логической единицы, Причем длительность этого сигнала логической ериницы равна длительности тактового сигнала СиЗ.Следовательно, на выходе элементаБП 1 21 устанавливается также сигналлогической единицы который черезэлемент НЕ 6, те, инвертированный,поступает на вход С разрешения записии записывает содержимое выхода блока1 памяти по входу Г в счетчик 4 адреса, которое поступает далее на входблока 1 памяти,. Прп этом выходноесостояние счетчика 4 адреса представляет собой а;,рес операционной части14291145 61следующей микрокоманды, по которому сигнала СиЗ по входу 11 устроистваблоке памяти выбирается соответст- на третьи входы всех элементов И -ующая этому адресу линейка с закодиро- на входах элементов И 16, 17 и 19анной в ней операционной частью следую- подтверждается сигнал логического5пей микрокоманды, Содержимое этой ли- нуля, так как на одном из входовейки поступает на информационные этих элементов присутствует сигналходы 0 регистра 2 микрокоманд и логической единицы, так как на всех егочетчика 4 адреса. входах присутствуют сигналы логичесС поступлением следующего тактово кой единицы.о сигнала Си 1 по входу 8 устройства Длительность этого сигнала равнаа вход С параллельной записи регист- длительности сигнала СиЗ. Сигнала 2 микрокоманд содержимое выхода логической единицы с выхода элеменлока 1 памяти переписывается в ре- та И 18 поступает через элемент ИЛИистр 2 микрокоманд, т.е. на выход ре.15 21 и элемент НЕ 6 т.е, инвертированистра 2 поступает для исполнения ный) на вход С параллельной записиедующая микрокоманда (ее операцион- счетчика 4 адреса, записывая информацию с выхода блока 1 памяти в счетчикАналогично работает устройство и 4 адреса и на вход блока 1.о втором состоянии; на выходе муль При этом выходное состояние счетчииплексора 3 условий и выходе П ре- ка 4 адреса представляет собой адресистра 2 микрокоманды присутствуют операционной части следующей микрокоигналы логического нуля. манды, по которому в блоке 1 памятиПри этом, так как выполняемая ми- . выбирается соответствующая этому адчрокоманда условная, состояние выхода 25 ресу линейка с закодированной в неирегистра 2 микрокоманд - логичес- операционной частью следующей микроая единица, означающая необходимостькоманды. Содержимое этой линейки поформирования третьего тактового сиг.- ступает на информационные входы Э,нала СиЗ в устройство согласно времен- регистра 2 микрокоманд и счетчика 4ной диаграмме (фиг.2) 30 адреса,С поступлением второго тактового С поступлением следующего тактовоч,сигнала Си 2, поступающего через эле- го сигнала Си 1 согласно временнои,адреса, состояние последнего увеличи- устройства на вход С параллельнойвается на единицу, т,е. на выходе 3 записи регистра 2 микрокоманд содер;счетчика 4 (следовательно, на входе жимое выхода блока 1 памяти перепиблока) устанавливается выходное сос- сывается в регистр 2 микрокоманд,тояние, представляющее собойувеличен- т.е. на выход регистра 2 поступаетный на 1 адрес выполняемой условной для исполнения следующая микрокоман".микрокоманды, По этому адресу в бло да ее операционная часть).ке 1 памяти выбирается соответствую- Таким образом, формирование адщая ему линейка, содержимое которой реса следующей микрокоманды при налипоступает на информационные входы чии однозначных сигналов на вьиодВ регистра 2 микрокоманд и счетчика мультиплексора 3 условий и на выходе4 а еса 5 П регистра 2 микрокоманд осуществляПри этом сигнал логического нуляется следующим образом: адрес выполс выхода мультиплексора 3 условий няемой условной микрокоманды увеличипоступает на один из входов элементов вается на единицу, и полученный такимИ 16 и 19 непосредственно, а на один образом новый адрес является адресомиз входов элементов И 17 и 18 - через 50 адресной части следующей микрокоманды,элемент НЕ 15 1,т.е. инвертированный, которая по СиЗ записывается в счетчикравныи лог, )"1") А сигнал логичес- адреса и по которой в блоке 1 памятикого нуля с выхода П, регистра 2 выбирается операционная часть этоймикрокоманд поступает на вторые вхо- следующей микрокомандыды элементов И 17 и 19 непосредствен Смена микрокоманд в регистре2но, ь на вторые входы элементов И 16 происходит по Си 1, а длительностьи 18 - через элемент НЕ 14 т.е. ин" машинного цикла микрокоманды) равнавертированный, равный лог. "1"). в этом случае в устройстве трем тактоИ при поступлении третьего тактового вым сигналам: Си 1 Си 2 и СиЗ.Рассмотрим работу устройствав третьем состоянии: на выходе мультиплексора 3 условий - логическаяединица (условие условий - логичес 5кая единица(условие выполняется),,а на выходе П регистра 2 микрокоманд - логический нуль.Так как выполняемая команда, т.е.микрокоманда, выбранная в блоке 1 па Омяти и переписанная по Си в регистр2 микрокоманд условная, то состояниевыхода П регистра 2 микрокоманд - логическая единица, означающая необходимость формирования третьего тактового сигнала СиЗ в соответствии сприведенной на фиг.2 временной диаграммой.С поступлением второго тактовогосигнала Си 2 по входу 10 устроиства 20на один иэ входов элемента ИЛИ 20сигнал логической единицы с выходаэтого элемента поступает на вход "1"счетчика 4 адреса и увеличивает егосодержимое (адрес выполняемой микрокоманды).на единицу.Сигнал логической единицы с выхода мультиплексора 3 условий поступает на первые входы элементов И 16 и19 непосредственно, а на первые входы 30элементов И 17 и 18 - через элементНЕ 15т.е. инвертированный, равныйлог. "0".Сигнал логического нуля с выходаП регистра 2 микрокоманд поступает на 35вторые входы элементов И 17.и 19 не-,посредственно, а на вторые входы элементов И 16, 18 - через элемент НЕ 14,т.е.инвертированный, равный лог. "1",И при поступлении третьего такто".вого сигнала СиЗ по входу 1 устройства на третьи выходы элементов И 1619 на выходах элементов И 7-19 подтверждаются сигналы логического нуля,так как не на всех их входах присутствуют сигналы логической единицы,а на выходе элемента И 16 устанавливается сигнал логической единицы, таккак на всех его входах присутствуютсигналы логической единицы. 50Сигнал, логической единицы с выходаэлемента И 16 через элемент ИЛИ 20поступает на вход и +1" счетчика 4 адреса и увеличивает его содержимое(увеличенный на 1 адрес выполняемоймикрокоманды) еще на единицу,Полученный таким образом адрес,представляющий собой увеличенный надва адреса выполняемой микрокоманды,является адресом следующей микрокоманды, 1 о этому адресу в блокепа-.мяти вытирается соответствующая емулинейка с закодированной в ней следующей микрокомандой (операционной еечастью), которая затем (с поступлением следующего тактового сигнала Сив соответствии с временной диаграммой(фиг.2) переписывается в регистр 2микрокоманд для выполнения,Аналогично работает устройство вчетвертом состоянии: на выходе мультиплексора условий - сигнал логического, нуля ( т.е. условие не выполняется) и на выходе П регистра 2 адресасигнал логической единицы.Так как.выполняемая микрокомандаусловная, состояние выхода регистра2 микрокоманд - логическая единица,и в устройстве (на входе 1) в соответствии с временной диаграммой(фиг.2) появляется третий тактовыйсигнал СиЗ - на выходе элемента И 7появляется сигнал логической единицы.С поступлением второго тактовогосигнала Си 2 по ьхаду 10. устройства .на один из входов элемента ИЛИ 20 сигнал логической едийицы с выхода этого .элемента поступает на вход "+1"счетчика 4 адреса и увеличивает егосодержимое,(адрес выполняемой микрокоманды) на единицу.Сигнал логического нуля с выходамультиппексора 3 условий поступаетна первые входы элементов .И 16 и 19непосредственно, а на первые входыэлементов И 17 и 18 - через элементНЕ 15 (т.е. инвертированный).Сигнал логической единицы с выхо"да П регистра 2 микрокоманд поступает на вторые входы элементов И 17 и19 непосредственно. а на И 16 и 18 -через элемент НЕ 14, т.е. инвертированный,И при поступлении третьего тактового сигнала СиЗ по входу 11 устройства на третьи входы элементов И 16- 19 на выходах элементов И 168 и 19 подтверждаются сигналы логического нуля, а на выходе элемента И 17 - сигнал логической единицы.Сигнал логической единицы с выхо-, да элемента И 17 через элемент ИЛИ 20 поступает на вход "+1" счетчика 4 адреса, увеличивая его содержимое (увеличенный на единицу адрес выполняемой микрокоманды) еще на единицу.1429114 вий, первый и второй выходы блокауправления следующим адресом условийсоединены соответственно со счетнымвходом и входом разрешения записисчетчика адреса, о т л н ч а ю щ е е -с я тем, что, с целью сокращенияобъема памяти за счет реализации двухпутей формирования адреса следующеймикрокоманды с возможностью выбораоптимального пути на каждой условноймикрокоманде, вход кода типа перехода 15 блока управления следующим адресомсоединен с одноименным выходом регистра микрокоманд, причем блок управления следующим адресом содержит с первого по третий элементы НЕ, с первого 2 О по пятый элемент И, первый и второйэлементы ИЛИ, причем выходы первогои второго элементов ИЛИ соединенысоответственно с первым выходом блокауправления следующим адресом и входом 5 .первого элемента НЕ; выход которогосоединен с вторым выходом блока управления следующим адресом, первый и второй синхровходы которого соединены соответственно с первыми входами перво го элемента ИЛИ и первого элементаИ, второй вход которого соединен состаршим разрядом входа кода типа перехода блока управления следующим адресом, второй и третий входы первогоэлемента ИЛИ соединены соответственнос выходами второго и третьего элементов И, выходы четвертого и пятого элементов И соединены соответственно спервым и вторым входами второго элемента ИЛИ, первые входы второго и пя-,того элементов И соединены с входомтретьего элемента НЕ и с адреснымвходом блока управления следующимадресом, младший разряд входа кода 45 типа перехода которого соединен свходом второго элемента НЕ и вторымивходами третьего и пятого элементовИ, выход второго элемента НЕ соединенс вторыми входами второго и четвертого элементов И, выход третьего элемента НЕ соединен с первыми входамитретьего и четвертого элементов И,третьи входы с второго по пятый элементов И соединены с выходом первого 56 элемента И. ре 2ость маСмена миоисходитнного цив этом случтактовым сформу крокоманд в регист по Си 1, а длительн ла микрокоманды) ае в устройстве та гналам Си 1, Си 2; С равна .2кже тремиЗ. ла изобре я Микропрограммное устройство управ" дениясодержащее блок постоянной памяти, счетчик адреса, регистр микрокоманд, мультиплексор условий и блок управления .следующим адресом, причем информационный и адресный входы мультиплексора условий соединены соответственно с входом условий устройства и выходом поля кода условия, регистр микрокоманд, синхровход, информационный вход и выход поля кода микроопераций которого соединены соответственно с первым синхровходомустройства, выходом полей кода микро- операций и кода типа перехода блока постоянной памяти и выходом микроопераций устройства, информационный вход выход и вход сброса счетчика адреса соединены соответственно с выходом поля кода адреса, адресным входом блока постоянной памяти и входом запуска устройства, второй и третий синхровходы устройства соединены соответственно с первым и вторым синхровходами блока управления следующим Полученный таким образом адрес, представляющий собой увеличенный на два адрес выполняемой микрокоманды, явЛяется адресом следующей микрокомаьды, 11 о этому адресу выбирается в волоке 1 памяти соответствующая ему линейка с закодированной в ней сл дующей микрокомандой, операционна часть которой затем (с поступлени м следующего тактового сигнала Си в соответствии с временной диагр ммой) переписывается в регистр 2 крокоманд для выполнения.Таким образом, формирование адреса следующей микрокоманды при наличьи разноименных сигналов на выходе мультиплексора 2 условий и на выходе П регистра 2 микрокоманд осуществля-. е ся путем увеличения на два адреса в полняемой условной микрокоманды. адресом, адресный вход которого соединен с выходом мультиплексора усло-.1429114 Рх. Ю криворучкоюкова Составитель Техред Л. Сер тор М.Васильева едактор В.Бугренкова акаэ 5127/4Рых, юджв Юй,Р Рй,Тираж 704 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Москва, Ж, Раушс