Устройство управления

.Ъ Союз Советскик Социалистических Республикописдйтте ИЗОБРЕТЕНИЯ уАоо 78 ООО 7 К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ(51) м. кл.з С 06 Г 9/06 с лрисоединенивм заявки МоГосударственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Е.Т.Маковенко и Ю.С,Яковлев Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к устройствам управления цифровых вы- числительных машин, и может найти применение при создании малогабарит ных специализированных ЭВМ.Известно устройство управления для цифровой вычислительной машины 1, содержащее счетчик команд, в котором формирование кода опера ций осуществляется не посредством обращения за командой, а посредством специальных логических блоков формирования операций и формирования адреса, 15Указанное устройство обладает низкими функциональными воэможностями и может быть использовано в цифро" вых вычислительных машинах с небольшой программой, ограниченным набором 2 О команд и ограниченной разрядностью адреса запоминающего устройства, таК как увеличение длины программы, набора команд и разрядности регистра адреса запоминающего устройства свя вано с резким увеличением количества оборудования и уменьшением.надежности устройстваНаиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности ЗО 2является устройство управления, содер- жащее счетчик команд, регистр команд, шифратор, счетчик тактов, дешифраторы счетчика тактов, схему объединения, схему длинных операций, схему пуска-останова, тактовый генератор 121.Это устройство имеет значительные габариты из-за наличия шифра.тора, схем объединения и схемы длинных операций; ограниченные функци-, ональные возможности, поскольку набор реализуемых команд сильно Ограничен, а введение новых команд (или изменение состава уже имеющихся) требует существенной переделки шиф- ратора, схем объединения, схем длин ных операций и связано со значительф ным увеличением оборудования; невы-: сокое быстродействие, поскольку сов: мещение во времени выполнения соседних .операций нецелесообразно, так как связано со значительным увеляче+ нием оборудования и, в частности.хем объединения.Целью изобретения является упрощение устройства.Поставленная цель достигается артеме что в УстРойство УпРавлениЯ, содержащее тактовый генератор, выход которого подключен к входу узлапуска-останона, выход сброса кото-.рого подключен к первому управляющему входу счетчика команд, выходкоТорого является первым выходомустройства, второй управляющий вход,счетчика команд подключен к первомувыходу дешифратора тактов, вход которого соединен с выходом счетчикатактов, инеорыацмоииый вход счетчика команд подклвчеи к первому разрядному выходу регистра команд, второй разрядный выход которого является вторым выходом устройства, информационный вход регистра командподключен к входу. Устройства, управляющий вход регистра команд соединен с вторьм выходом дешифратора,тактов, третий разрядный выход регистра команд соединен с входом дешиФратора кодов операций, введеныгруппы элементов И и ИЛИ, элементыНЕ и блок установки исходных состояний, триггер, элемент задержкии коммутатор, причем первая группавыходов операций длительностью отактов дешифратора кодов операцийсоединена с входами первого элемента ИЛИ группы, вторая группа выходов операций длительностью и+1 тактов дешифратора кодов операций соединена с входами второго элементаИЛИ группы, третья группа выходовопераций длительностью и+1+ тактов дешифратора кодов операций соединена с входами третьего элементаИЛИ группы, выход пуска узла пускаостанона соединен с входом Пуск блока установки исходных состояний ичерез элемент НЕ с первым входомпервого элемента И, к второму входукоторого подключен единичный выходтриггера, вход установки в нуль которого соединен с выходом сбросаузла пуска-останона, инФормационныйвход триггера подключен к третьемувыходу дешифратора тактов, а синхронизирующий вход триггера - к выходутактового генератора и через элементзадержки - к первому входу второгоэлемента И, второй вход которого соединен с нулевым выходом триггера,а выход второго элемента И подключенк первому управляющему входу счетчика тактов, второй управляющий входкоторого соединен с выходом сбросаузла пуска-останона, информационныйвход счетчика тактов подключен к выходу блока установки исходных состояний, группа входов которого соединена с выходами соответстсвующихэлементов И групйы, первые входы которых подключены к выходам соответствующих элементон ИЛИ группы, а вторые входы элементов И группы подключены к выходу первого элемента И,при этом первая группа выходов дешифратора тактов соединена с первойгруппой выходов устройства, а нто 3 й 3 20 25 30 35 40 45 50 6 О рая группа выходов дешифратора тактов соединена с группой информацион- ных входов коммутатора, группа выходов которого является второй группой ныходон устройства, группа управляющих входов коммутатора соединена с соответствующими выходами дешифратора кодов операций.На Фиг. 1 дана блок-схема устройства; на Фиг, 2 - временные. диаграммы работы.Устройство содержит счетчик 1 команд, регистр 2 команд, дешифратор 3 кодов операций, группа элементов ИЛИ 4, элемент НЕ 5, первый элемент И 6, блок 7 установки исходных состояний, счетчик 8 тактов, дешифратор 9 тактов, коммутатор 10, тактовый генератор 11 узел 12 пуска-оста- нова, триггер 13, элемент 14 задержки, второй элемент И 15, вход 1 б Устройства, первый выход 17 устройства, второй выход 18 устройства, первая группа выходов 19 устройства, вторая группа выходов 20 устройства, выход 21 дешифратора счетчика тактов, выход 22 дешифратора счетчика тактов, выход 23 дешифратора счетчика тактов, группа элементов И 24,В устройстве группа элементов ИЛИ 4 предназначена для объединения по ИЛИ выходов дешифратора 3 кодов операций, соответствующих операциям одинаковой длительности,"и, и+М, и+1+ +1 тактов. При этом поскольку коли 11 честно групп операций различной длительности, как правило, невелико, количество элементов ИЛИ 4 группы очень небольшое (3"5 элементов).Группа элементов И 24 предназначена для блокировки подачи ложных сигналов на блок 7 установки исходных состояний призапуске устройства. Количество элементов И 24 в группе равно количестну элементов ИЛИ 4 группы. Блок 7 установки исход" ных состояний предназначен для фор миронания кодов исходных состояний счетчика 8 тактов н соответствии с номером такта, с которого начинается лйбая операция, а также для Формирования кода исходного состояния счетчика 8 тактов при запуске устройства. Дн может быть построен на комбинационных схемах.Счетчик 8 тактов предназначен для счета импульсоВ и может быть построен, например, на счетньи триггерах. При этом, в рассматриваемом .устройстве 5-входы триггеров непосредственно связаны с соответствующими выходами блока 7, а В-входы - с выходом "Сброс" узла 12 пуска-останона.Устройство работает следующим образом.Сигнал "Сброс" с выхода сброса узла 12 пуска-останона, наприМер, через й-нхщы триггеров, устанавлива.ет счетчик 1 команд, счетчик 8 тактов и триггер 13 в "нулевое" состоя-.ние (см. Фиг. 2). Информация с выхода счетчика 8 тактов поступает иавход 9 дешифратора тактов. На выходе 23 дешифратора 9 тактов, соответствуюием нулевому состоянию счетчика 8 тактов, появляется сигнал, который поступает на информационныйвход триггера 13. При этом, сигнална вторых входах элемен тов И 24 группы отсутствует, поскольку отсутствует сигнал с единичного выхода триггера 13. Следовательно, информацияс выходов элементов ИЛЙ 4 группычерез элементы И 24 группы на входыблока 7 не проходит. Сигнал на первом управляюием входе счетчика 8тактов также отсутствует. Первый синхроимпульс с выхода тактового генератора 11 после сигнала "сброс" переводит триггер 13 в еди.ничное состояние (см. Фиг. 2). Этот же синхроимпульс, задержанный элементом 14 задержки, поступает на первый вход второго элемента И 15. При этом на выходе второго элемента И 15 разрешаюший сигнал уже отсутствует, и счетчик .8 тактов остается в нулевом состоянии.Сигнал с единичного выхода триггера 13 поступает на второй вход первого элемента И б. Одновременно с первым синхроимпульсом после сигнала "Сброс" узел 12 пуска-останова формирует сигнал на выходе фПуск", длительность которого должна быть равна периоду следования синхроимпульсов. Этот сигнал через элемент НЕ5 поступает на первый вход первого элемента И б. Так как сигнал "Пуск" поступает на первый вход первого элемента И б через элемент НЕ 5, а триггер 13 устанавливается в единичное состояние одновременно с появлением сигнала "Пуск", то сигнал на выходе элемента И б, и следовательно, на вторых входах элементов И группы 24 отсутствует. Тем самым запреиается прохождение сигналов с выходов дешифратора кодов операций 3 на соответствующие входы блока 7 на время действия сигнала "Пуск".Вместе с тем, сигнал "Пускф через соответствующий вход поступает на вход блока 7. Блок 7 формирует код, соответствующий сигналу фПускф, и этот код заносится (например, повходам триггеров) на счетчик 8 тактов. При этом на обоих управляюиих входах счетчика 8 тактов сигналы отсутствуют (см. Фиг. 2), С вы" хода счетчика 8 тактов код исходного состояния поступает иа вход дешифратора 9 тактов и на одном иэ выходов (кроме выхода 23) дешифратора 9 тактов появляется сигнал. Так как на выходе 23 дешифратора 9 тактов сигнал отсутствует, то по приходу следуюиего синхроимпульса на входсинхронизации триггера 13, последнийустанавливается в фнулевое" состояние. Этот же синхроимпульс, проходячерез элемент 14 задержки, поступаетна первый вход второго элемента И15, в это время,на втором входе этого элемента присутствует разрешающийпотенциал. В результате на первомуправляюием входе счетчика 8 тактов появляется управляющий сигнал,который изменяет установленное ранееисходное состояние счетчика 8 тактов, например, на единицу. Синхроимпульсы с выхода тактового генератора 11 приходят на первый управля юиий вход счетчика 8 тактов, изменяя его состояние до тех пор, покасчетчик 8 тактов не установится внулевое состояние и следовательно,на выходе 23 дешифратора 9 тактов Яф не появится сигнал, который установиттриггер 13 по п 1 нходу следуюиегосинхроимпучьса в единичное состояние.По мере изменения кода состояния счетчика 8 тактов на выходе дешифратора 9 тактов формируются управляюшие сигналы, которые поступают на соответствуюиие шины устройства.Таким образом, устройство послесигнала "Пуск" вцвает на выходныешины устройства последовательностьуправляюших сигналов, необходимыхдля режима "Пуск". В этой последовательности также формйруются сигЗф ыалы, например, на выходах 21 и 22дешифратора 9 тактов, которые поступают соответственно на второй управляюиий вход счетчика 1 команд и науправляющий вход регистра 2 команд.40 Сигнал на втором управляющем входесчетчика 1 команд устанавливает счетчик 1 команд в состояние, соответствующее адресу очередной команды,а сигнал на управляюшем входе реги 4 ж стра 2 команд является сигналом разрешения приема информации на регистр2 команд с входа 16 устройства. Этаинформация может быть передана навход 16 устройства, например, из за-поминаюИего устройства команд.После занесения информации на регистр 2 команд, информация с третьего разрядного выхода регистра 2 команд поступает на вход дешифратора3 кодов операций, а со второго выхода - на первый выход 18 устройства. Дешифратор 3 кодов операцийИа одном из своих выходов выдает сигнал, который поступает на соответствующий вход коммутатора 10 и черезсоответствукщий элемент ИЛИ 4 группы на первый вход соответствующего элемента И 24 группы. Однако этот сигнал на вход блока 7 не проходит до тех пор, пока на выходе первого элемента И б не появится управляющий780007 10 20 25 45 50 Формула изобретения с,игнал. Сигнал на выходе первого элемента И б Формируется при установке триггера 13 в состояние единица. В это состояние триггер 13 устанавливается при наличии сигнала на выходе 23 дешифратора 9 тактов, т.е. тогда, когда счетчик 8 тактов при последовательном изменении своих сос.тояний последовательностью сигналовна первом управляющем входе (см. фиг. 2) приходит в нулевое состояние. С появлением сигнала на выходе первого элемента И б сигнал с выхода дешифратора 3 кодов операций поступает на вход блока 7 через этот элемент ИЛИ 4 группы, остальные. входы которого связаны с выходами дешифратора 3 кодов операции, соответствующими операциям одинаковой, длительности и одинаковому исходному состоянию счетчика 8 тактов. Код . исходного состояния выбранной команды с выхо- да блока 7 заносится на счетчик 8 тактов. При этом отсутствие сигна,ла на нулевом выходе триггера 13 запрещает прохождение синхроимпульса на первый управляющий вход счетчика 8 тактов. Занесенный код на счетчике 8 тактов является кодом исходного состояния, соответствующего первой выбранной команде. Этот код поступает на дешифратор тактов 9, который на соответствующем выходе вы- ЗО рабатывает сигнал. При этом на Выходе 23 дешифратора 9 тактов сигнал снимается, и соответствующим синхро.импульсом триггер 13 устанавливается в нулевое состояние. Сигнал с еди ничного выхода триггера 13 через первый элемент И б запрещает прохождение сигналов с выхода дешифратора 3 кодов операций через группу элементов И 24 на входы блока 7. Сиг р нал с нулевого выхода триггера 13 разрешает прохождение серии синхроимпульсов через второй элемент И 15 на первый управляющий вход счетчика 8 тактов, изменяя его состояние каждым сиихроимпульсом, например,на единицу.Синхроимпульсы с выхода тактового генератора 11 проходят на первый управляющий вход счетчика 8 тактов, изменяя его состояние до тех пор, пока счетчик. 8 тактов не приходит в нулевое состояние и, следовательно, на выходе 23 дешифратора 9 тактов не появляется сигнал, который устанавливает триггер 13 в единичное состояние по приходу следующего синхроимпульса (см, Фиг. 2).Таким образом, на выходе дешифратора тактов формируется последовательность управляющих сигналов, необходимая для выполнения выбранной команды, В этой последовательности Формируются сигналы, которые являютсясигналами подготовки следующей команды, например с выхода 21 дешифратора 9 тактов, и ее занесения на регистр команд, например с выхода 22 дешифратора, с входных шин 16 устройства.Так как для этих целей могут быть использованы любые сигналы из формируемой последовательности дешифратором 9 тактов, то совмещение во времени выполнения выбранной команды с подготовкой, формированием, занесением следующей команды на регистр команд, выборкой операнда следующей команды и т.п. может быть полным. Тем самым достигается существенное увеличение быстродействия данного устройства и расширение функциональных воэможностей при незначительных аппаратурных затратах,Формирование управляющих сигналов для последующих команд аналогично описанному. При этом если код исходного состояния выбранной команды отличается от предыдущего, то сигнал с выхода дешифратора 3 кодов операций, соответствующий коду очеред-ной команды, поступает на вход блока 7 через другой элемент ИЛИ 4 группы, остальные входы которого связаны с выходами дешифратора кодов операций 3, соответствующими операциями той же длительности и тому же исходному состоянию счетчика 8 тактов,что и выбранная команда,Технико-экономический эффект данного устройства состоит в следующем.Устройство является простым и обладает малым количеством оборудования. Это обеспечивает тем, что все операции, которые реализуют устройство, разбиты на группы с одинаковым количеством тактов выполнения любой операции внутри группы и одинаковым исходным состоянием счетчика 8 тактов.Устройство имеет широкие Функциональные воэможности, так как позволяет увеличивать количество команд путем незначительного добавления (доли процента) оборудования в состав устройства и имеет более высокое быстродействие, поскольку обеспечивает глубокое совмещение реализации во времени двух соседних операций. При этом в отличии от прототипа, совмещение во времени соседних операцийгребует незначителЬных аппаратурныхзатрат и обеспечивает по сравнениюс прототипом увеличение быстродействия. на 20-30. устройство управления, содержащее тактовый генератор, выход которого подключен к входу узла пуска-оста- нова, выход сброса которого подключен к первому управляющему входу счетчика команд, выход которого является первым выходом устройства, второй управляющий вход счетчика командподключен к первому выходу дешифратора тактов, вход которого соединенс выходом счетчика тактов, информационный вход счетчика команд подключен к первому разрядному выходу регистра команд, второй разрядный выход которого является вторым выходом устройства, информационный входрегистра команд подклюен к входуустройства управляющий вход регистра команд соединен с вторым выходом дешифратора тактов, а третий разрядный выход регистра команд соединен с входом дешифратора кодов операций, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью упрощения устройства,оно содержит группу элементов И иИЛИ, элемент НЕ и блок установки исходных состояний, триггер, элементзадержки и коммутатор, причем первая группа выходов операций длительностью и тактов дешифратора кодовопераций соединена с входами первого элемента ИЛИ группы, вторая группа выходов операций длительностьюи+1 тактов дешифратора кодов операций соединена с входами второго элемента ИЛИ группы, третья группа выходов операций длительностью в+М+1тактов дешифратора кодов операцийсоединена с входами третьего элемента ИЛИ группы, выход пуска узлапуска-останова соединен с входом"Пуск" блока установки исходных состояний и через элемент НЕ с первымвходом первого элемента И, к второмувходу которого подключен единичныйвыход триггера, вход установки внуль которого соединен с выходомсброса узла пуска-останова, информационный вход триггера подключен ктретьему выходу дешифратора тактов,а синхронизирующий вход триггера -к выходу тактового генератора и через элемент задержки - к первому входу второго элемента И, второй входкоторого соединен с нулевым выходомтриггера, а выход второго элементаИ подключен к первому управляющемувходу счетчика тактов, второй управ ляющий вход которого соединен с выходом сброса узла пуска-останова,информационный вход счетчика тактовподключен к выходу блока установкиисходных состояний, группа входовкоторого соединена с выходами соответ% ствующих элементов И группы, первыевходы которых подключены к выходамсоответствующих элементов ИЛИ группы, а втбрые входы элементов И группы подключены К выходу первого эле;Я мента И, при этом первая группа выходов дешифраора тактов соединенас первой группой выходов, устройства, а вторая группа выходов дешифратора тактов соединена с группой ин формационных входов коммутатора,группа выходов которого является вто-рой группой выходов устройства, группа управляющих входов коммутаторасоединена с соответствующими выходами дешифратора кода операций.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРФ 395652, кл. О 06 Р 9/06, 1972,2. Летагуров Я.А;, Малишевский В.В.Потураев О.С, Основы инженерного про-.ектирования УЦВМ. М., "Сов. Радиоф,1972, с. 212-213, р. 6, 7 (прототип).7 ЕООО 7 оыход тгйт) Орос /7 уск тг ЦЗ тг(ц юхИ и(йр ь"ыход иЩ -йьылоСит 3оыход гдотдО Рыход гцш 90 Выход где ф оыхо ольха йяо Ргх (1 -йьил шко ОСоставитель .Е.Пупырев едактор Морозова Техред А, Ач, Корректор, М.Коста 15 Тираж 75 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-З 5, Раущская наб., д. 4/5 ППП Патент , г, ужгород, ул. Проекты