Микропрограммное устройство управления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 4 С 06 Р 9/2 ТЕНИЯ выуппы,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) МИКРОПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВОУПРАВЛЕНИЯ, содержащее блок памятимикрокоманд, регистр адреса, коммутатор адреса, мультиплексор логическихусловий, первый и второй элементы И,элемент ИЛИ, группу блоков конвейерного управления, каждый из которыхсодержит блок памяти микрокоманд,регистр адреса, коммутатор адреса,мультиплексор логических условий,элемент ИЛИ, причем вход логическихусловий устройства и выход поля логических условий блока памяти микрокоманд соединены соответственно с информационным и управляющим входамимультиплексора логических условий,выход которого соединен с первымвходом элемента ИЛИ, с первого по(М)й- выходы поля немодифицнруемыхразрядов адреса блока памяти микрокоманд (где М - разрядность адресамикрокоманд) соединены с первого по(М)-й вход первой группы информационных входов коммутатора адреса,выход поля модифицируемого разрядаадреса блока памяти микрокоманд соединен с вторым входом элемента ИЛИ,выход которого соединен с М-мвходомпервой группы информационных входовкоммутатора адреса, группа входов кода команды устройства соединенасоответственно с входами второй группы информационных входов коммутатора адреса, выход которого соединенс информационным входом регистра адреса, выход которого соединен с адресным входом блока памяти микрокоманд, группа входов логических условий устройства соединена.с входамилогических условий блоков конвейерного управления группы, выходы микроопераций которых соединены с выходами микроопераций устройства, выходыпризнака конца команды блоков конвейерного управления группы соединеныс группой входов первого элемента И,отличающееся тем, что,с целью повышения быстродействия,в него введены группа триггеров, первая и вторая группы элементов И, первая и вторая группы элементов П-НЕ,группа одновибраторов, блок синхронизации, содержащий триггер пуска игенератор тактовых импульсов, в блокконвейерного управления введены регистр кода команды и регистр микроопераций, причем вход пуска устройства соединен с входом установки вединицу триггера пуска, блок синхронизации выход которого соединен свходом запуска генератора тактовыхимпульсов блока синхронизации, первый выход которого соединен с перми входами элементов И первой грвыходы которых соединены с входамисинхронизации соответствующих регистров адреса блоков конвейерного управления группы, выход регистра адреса 1-го блока конвейерного управления соединен с адресным входом блокапамяти микрокоманд 1-го блока кон 147 вейерного управления, выход поля логических условий которого соединен с управляющим входом мультиплексора логических условий 1-го блока конвейерного управления, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 1-го блока конвейерного управления, выход которого соединен с К-м входом первой группы информационных входов коммутатора адреса 1-го блока конвейерного управления (где К - разрядность адреса микрокоманд), выход поля модифицируемого разряда адреса блока памяти микрокоманд 1-го блока конвейерного управления соединен с вторым входом элемента ИЛИ 1-го блока конвейерного управления, с первого по (К)-й выходы поля немодифицируемых разрядов адреса блока памяти микрокоманд 1-го блока конвейерного управления соединены с первого по (К) -й вход первой группы информационных входов коммутатора адреса 1-го блока конвейерного управления и с информационными входами регистра кода команды 1-го блока конвейерного управления, выход поля микроопераций блока памяти микрокоманд,1-го блока конвейерного управления соединен с информационным входом регистра микроопераций 1-го блока конвейерного управления, выходы признака конца команды и микроопераций которого соединены соответственно с управляющими входами коммутатора адреса 1-го блока конвейерного управления и с вы" ходом микроопераций 1-го блока конвейерного управления, выход поля признака разрешения записи блока памяти микрокоманд 1-го блока конвейерного управления соединен с входом разрешения записи регистра кода команды 1-го блока конвейерного управления, выход которого соединен с выходом кода команды 1-го блока кон,вейерного управления, вход кода команды 1-го блока конвейерного управления соединен с второй группой информационных входов коммутатора адреса 1-го блока конвейерного управления, выход поля адреса команды блока памяти микрокоманд соединен с входом кода команды первого блока конвейерного управления группы, второй выход генератора тактовых им 1190пульсов блока синхронизации соединенс первым прямым входом второго элемента И и первыми входами элемента Ивторой группы, выход 1-го элементаИ второй группы которых соединен свходом синхронизации регистра кодакоманды 1-го блока конвейерного управления группы и с входом синхрони-.зации регистра микроопераций 1-гоблока конвейерного управления группы,выход признака конца работы которогосоединен с входом установки в ноль1-го триггера группы, выход признака кода работы первого блока конвейерного управления группы соединен синверсным входом второго элемента И,выход кода команды -го блока конвейерного управления (1 = 1, И)соединен с входом кода команды(х+1)-го блока конвейерного управления, вход пуска устройства соединенс входом установки в единицу первоготриггера группы, выход 1-го триггера группы соединен с вторыми входами -го элемента И первой и второйгрупп, выход признака. кода команды-го блока конвейерного управлениясоединен с -ми входами элементовИ-НЕ первой группы, первым входом-го элемента И-НЕ второй группы их-м одновибратором группы, выходкоторого соединен с входом установки в единицу (+1)-го триггера группы, выход признака конца командыИ-го блока конвейерного управлениягруппы соединен с И-м входом каждогоэлемента И-НЕ первой группы и первым входом И-го элемента второй группы, выход 1-го элемента И-НЕ первойгруппы соединен с вторым входом 1-гоэлемента И-НЕ второй группы, выходкоторого соединен с третьими входами3-х элементов И первой и второйгрупп, выход признака конца работыМ-го блока конвейерного управлениягруппы соединен с входом установкив ноль триггера запуска блока синхронизации, выход первого элемента Исоединен с вторым прямым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом синхронизации регистраадреса, выход признака конца команды блока памятимикрокоманд соединенс управляющими входами коммутатора адреса.Изобретение относится к вычислительной технике и может применяться в устройствах обработки данных с конвейерным выполнением микропрограмм.1 ель изобретения - повышение быст 5 родействия микропрограммного устройства управления.На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого микропрограм много устройства управления; на фиг, 2 - функциональная схема блока конвейерного управления (БКУ); на фиг. 3 - блок синхронизации; на фиг. 4 - временная диаграмма Функцио нирования микропрограммного устройства управления; на фиг. 5 и 6 - временные диаграммы работы микропрограммного устройства управления,20Микропрограммное устройство управления содержит блок 1 памяти микрокоманд,(ПЗУ), регистр 2 адреса, коммутатор 3 адреса, мультиплексор 4логических условий, элемент ИЛИ 5, 5второй элемент И 6, блок 7 синхрони,зации, первый элемент И 8, группублоков 9.1, 9,2, , 9 И конвейерного управления, группу триггеров 10.1,10.2, , 10.И, первую, группу элементов И-НЕ 11.1, 11.2.11.И, вторую группу элементов И-НЕ 121, 12.2,12.М, первую 13,1, 13,2,13.Я ивторую 14,1, 14.2,, 14.Мгруппы элементов И, группу одновибраторов 15.1,15.И, входы кода, 35команды 16, логических условий 17 ипуска 18 устройства, второй 19 ипервый 20 выходы блока синхронизации,40Кроме того, позициями 21,1,21.2, , 21.0 обозначены группывходов логических условий, 22.1,22.2, , 22.Х и 23.1., 23.2,23.(Я) обозначены группы микрооперационных и кода команды выходов БКУсоответственно, позициями 24.1,24.2, , 24.И и 251., 25.2.,25.Н обозначены выходы микроопераций"Коне работы" и "Конец команды" соответственно, а позицией 26 - выходэлемента И 8На фиг. 2 представлены следующиеэлементы: блок 27.К памяти микрокоманд, регистр 28 К адреса, коммутатор 29.К адреса, мультиплексор ЗО.К55логических условий, элемент И 31.К,регистр 32.К микроопераций, регистрЗЗ.К кода команды. На фиг. 3 обозначены триггер 34пуска и генератор 35 тактовых импульсов соответственно,На Фиг . 4 использованы следующиеобозначения: А - команды, выполняемые -м БКУ.(где 1 - номер БКУ,номер выполняемой команды);-такт работы БКУ (где 1 с - количествокоманд в реализуемой программе).Устройство работает следующим образом.Предлагаемое устройство можно разделить на два уровня управления;первый, содержащий ПЗУ 1: регистр 2адреса, коммутатор 3 адреса, мультиплексор 4 и элемент И 5, и второй;содержащий БКУ 9.1-9,И и элементы,управляющие цх работой.В исходном состоянии все элементы памяти обнулены, за исключениемтриггеров конца команды регистров32 блоков 9.1-9.И, которые формируютединичные сигналы на выходах 25,125,И, В результате на выходе 26 элемента И 8 присутствует единичный сигнал. На выходе конца команды блока 1присутствует нулевой сигнал (по нулевому адресу в ПЗУ 1 записан нулевойкод), открывающий коммутатор 3 повходу 16;По сигналу запуска, поступающемуна вход 18 устройства, блок 7 синхронизации начинает генерировать последовательность импульсов,Первыи уровень управления функционирует только в случае, если во втором уровне все БКУ завершили выполнение команд, о чем свидетельствуютмикрокоманды "Конец команды" на ихвыходах 25. 1, 25.2, , 25.И, В этомслучае по первому тактовому импульсус выхода 19 блока 7 синхронизации,поступающему на синхровход регистра2 адреса через элемент И 6, в регистр2 адреса считывается адрес очереднойкоманды, которая выбирается по немуиз ПЗУ 1.Адрес очередной команды поступаетс адресного выхода ПЗУ 1 на первыйинформационный вход коммутатора 3адреса, на управляющий вход которогопоступает единичный сигнал. Коммутатор 3 в очередном такте пропускаетна вход регистра 2 адреса адрес очередной команды, записанный в форматеПЗУ 1, или код операции с входа 16.Проверка логических условий происходит следующим образом.На вход 17 мультиплексора 4 поступает код значений логических условий, На другой вход мультиплексора поступает код номера проверяемого5 логического условия с выхода поля логических условий ПЗУ 1. На выходе мультиплексора 4 появляется сигнал, соответствующий значению проверяемо- го логического условия. Этот сигнал 10 поступает на вход элемента ИЛИ 5, на второй вход которого поступает сигнал "0" модифицируемого разряда адреса микрокоманды, записанный в Формате микрокоманды ветвления. На выходе элемента ИЛИ 5 образуется сигнал, соответствующий значению логических условий, поступающий в качестве младшего разряда адреса на вход коммутатора 3 адреса. На этом работа первого уровня управления завершается.По импульсу запуска триггер 10.1 переводится в положение "1" и разблокирует элементы И 13. 1 и 14. 1. По 25 второму тактовому импульсу, поступающему с выхода 20 устройства синхронизации через элемент И 13,1 на вход синхронизации регистра 28.1 первого БКУ, в регистр 28 через коммутатор 29.1 адреса считывается код команды с выхода кода команды ПЗУ 1 первого уровня управления. Считанный код команды является адресом первой микро- команды, реализуемой первым БКУ, Ее операционная часть по первому тактовому импульсу заносится в регистр 30,1 микроопераций, адрес очередной микрокоманды через коммутатор 29.1 по второму тактовому импульсу заносится в регистр 28.1 и по очередному тактовому импульсу работа БКУ продолжается аналогично описанной.Проверка логических условий в БКУ ничем не отличается от аналогич ной операции на первом уровне управления.В формате микрокоманды БКУ, содержащей микрооперацию "Конец команды", содержится метка И 1, обеспечивающая запись адресной части микрокоманды в буферный регистр 32,К. Этот адрес2 представляет собой код операции А выполняющейся БКУ команды.Сигнал микрооперации "Конец команды" с выхода 25 разблокирует второй55 вход коммутатора 29 адреса, поступает на вход одновибратора 15.1, Формирующего импульс записи второго БКУ, а также на вход элемента И 8 и блокирует прохождение второго тактового импульса через элемент И 6. При этом элементом И 8 выполняется функция Г = тп тп, ,, тп, причемтп = тп == ш = 1 следовательфф но , Г = 1, Этот сигнал разблокирует элемент И 6, разрешая тем самымпо очередному первому тактовому импульсу работу первого уровня управления. На этом завершается первыйтакт работы. По импульсу запускас выхода одновибратора 15.1 триггер10.2 устанавливается в единичное состояние, разрешая работу второгоБКУ 2. Таким образом, начинаетсявторой такт работы. При этом в пер;вам БКУ считывается код операции А,а во втором БКУ - А,Работа устройства продолжаетсяпо описанному алгоритму.При этом в каждом такте К-й БКУработает по коду операцииКь где К - номер БКУ;- номер такта работы.Работа системы прекращается по сигналам микроопераций "Конец работы", обнуляющим триггеры 10.1, 10.2, , 10,И последовательно по тактам работы. Сигнал "Конец работы" с выхода 24.1 блокирует та.кже элемент И 6, а с выхода 24,И абнуляет триггер 36 запуска, тем самым прекращая генерацию импульсов генератором 37. По импульсу запуска, поступающему на вход 18, работа устройства возобновляется.Функционирование МПУС можно разбить на три стадии: первая стадия - это стадия втягивания, когда последовательно (Фиг, 5) диаграммы БКУ включаются в работу. Причем в каждом последующем такте число работающих БКУ увеличивается на один. Отсюда видно, что стадия втягивания длится ровно Итакт для случая, когда количество команд в программе устройства превышает количество обслуживаемых ею каналов, т.е. количество БКУТ- Я 1(такт), если КНгде К - количество команд в выполня- емой программе;И - количество БКУ.5 147За фазой втягивания (входа) следует основная фаза работы, в которойфункционируют все И БКУ,Для случая устройства, состоящегоиз трех БКУ, можно сказать, что этафаза согласно графика, изображенногона фиг. 4, длится с третьего по.ТоснВыполнение программы устройствазавершается фазой выхода (фиг, 4,такты Ки К) .При этом в каждом такте один изБКУ завершает работу, о чем свидетельствует сигнал микрооперации"Конец работы", появляющейся на выходе 24.х БКУ 9 (фиг. 6). По завершении К-го такта работы все И БКУнаходятся в ждущем режиме, При необходимости реализовать очередную программу работа устройства повторяется.В случае, когда ИК, т.е. когдаканалов конвейерного управления больше, чем реализуемых в программе кочанд, основная фаза в чистом видепрактически отсутствует, А вместонее одновременно идут процессы втягивания и выхода БКУ из функционирования. 1190Таким образом, в каждом тактесохраняется одно и то же число работающих БКУ, Но изработы в каждомтакте будет выбывать по одному БКУ,а нм на смену будет приходить д-йБКУ, где . - номер такта работы,Рассмотрим случай, когда времявыполнения команд в одном тактедля всех БКУ различно. Например,в третьем такте (фиг. 4 и 5). В этомслучае устройство функционирует следующим образом. По окончании выполнения команды первым БКУ на выходе25,1 появится сигнал "Конец команды".По этому сигналу блокируется прохождение импульсов синхронизации навход первого БКУ и этот блок переходит в режим ожидания. Аналогичнозаканчивает выполнение команды второй БКУ и тоже переходит в режиможидания, И только после того, кактретий БКУ закончит выполнение команды, о чем будет свидетельствовать 2 ц сигнал "Конец команды", на выходе25.3 устройство перейдет к очередному такту работы. При этом разблокируются синхровходы всех БКУ и первого уровня управления, после чегоработа устройства повторяется.1471190 20 трат 25. Лст Лстю Лстл СтЖ 2 ЯСт И а 2 ЛстОтЛстюг иг. Тр Лст ст ст Составитель .КлюевРедактор А. Шандор Техред Л.Олийнык Корректор М, Самборская Заказ 1609/50 667 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5