Микропрограммное устройство управления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(54) МИКРОПРОГРАММНОЕ -УСТРОИСТВО УПРАВЛЕНИЯ Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано в качестве многотактного устройства микропрограммно-.го управления при построении вычислительных машин и систем, а такжеАСУ технологическими процессами.Известно микропрограммное устройство управления, содержащее регистр адреса, блок памяти микропрограмм, регистр микрокоманд, дешифраторы, блокуправления .длительностью микропрограммного такта (11.Недостатком данного устройства является его низкая надежность, обусловленная Формированием окончаниямикротакта на секционных линиях задержки.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому положительному эффекту являетсяустройство, содержащее регистр адреса, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, блок выделения тактовых сигналов, последовательно соединенные первый дешифраторадреса, первый запоминающий блок,первый регистр микрокоманд, разделенный на и операционных полей и одно адресное поле,а каждое иэ операционных полей содержит управляющую и информационные части, последовательно соециненные второй дешифратор адреса,вто" рой запоминающий блок.,второй регистр микрокоманд, содержащий адресное поле и и операционных полей, и управляющих дешифраторов, первую группу блоков элементов И, первый блок элементов ИЛИ, вторую группу блоков эле" ментов И, первую группу блоков эле" ментов ИЛИ, блок элементов 2 И - ИЛИ, и дешифраторов кодов операций, триг", гер управления 2 .Недостатком этого устройства является низкое быстродействие, обусловленное использованием при многотактных микрокомандах микротактов постоянной длины независимо от тактов выдачи последней микрооперации.Время выполнения микропрограммы, состоящей иэ 00 однотактных микроко" манд и Вм многотактных микрокоманд равно1=00+ р 1 мТм.фее+ о ф где Т - д 3 тительность нанотакта)ш - количество нанотактов в иикротакте.Таким образом, прототип обладает большой временной избыточностью, ко"торая обусловлена тем, что независи" мо от того, в каком нанотакте выдается последняя микрооперация в многотактной микрокоманде, время ее вы" полнения равно Т .Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее регистр адреса, генератор тактовых импульсов, Ччетчик, дешифратор, последовательно 1 О соединенные первый дешифратор адреса, первый блок памяти, первый регистр микрокоманд, последовательно соединенные второй дешифратор адреса, второй блок памяти, второй ре- ,15 гистр микрокоманд управляющих дешифраторов, первую группу блоков элементов И, первый блок элементов ИЛИ, вторую группу блоков элементов И, первую группу блоков элементов ИЛИ, блок элементов 2 И-ИЛИ, и дешиф" раторов кодов операций, триггер управления, причем выход регистра адЬеса соединен с информационными вхоами управляющих дешифраторов соот" ветственно, выходы которых соединеы с первыми входами блоков элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с выходом дешифратора, информационный вход которого соединен с выходом счетчика, счетный вход котороо подключен к выходу ге-. нератора тактовых импульсов и управляющему входу дешифратора, выходы блоков элементов И первой группы через блок элементов ИЛИ соединены с З 5 синхронизирующими входами дешифраторов кодов операций соответственно, операционные выходы второго регистра микрокоманд соединены с первыми входами блоков элементов И второй груп пы, вторые входы которых соединены с нулевым выходом триггера управле- ния, выходы блоков элементов И вто" рой группы соединены с первыми входами блоков элементов ИЛИ первой груп" пы, выходы которых соединены соответственно с информационными входами дешифраторов кодов операций, выходы которых подключены к выходу микроопераций устройства, дополнительно введе ны третья группа блоков элементов И, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы ИЛИ, первый, второй и третий элементы задержки, первый, второй, третий, четвертый,пятый, шестой и седьмой одновибраторы, блок выделения максимального нанотакта, триггер формирования микротакта, причем первый вход перво" го элемента И соединен с единичным 60 выходом триггера управления, первый вход второго элемента И соединен с нулевым выходом триггера управления, вторые входы первого и второго эле" ментов И соединены с единичным вхо дом триггера формирования микротакта и через первый одновибратор соединены с входом обнуления управляющихразрядов первого регистра микрокомандадресный выход которого соединен спервым входом первой группы входовблока элементов 2 И-ИЛИ, второй входпервой группы входов которого соединен с единичным выходом триггера управления, нулевой выход которого соединен,с первым входом второй группывходов блока элементов 2 И"ИЛИ, вто"рой вход второй группы входов которого соединен с адресным выходом вто"рого регистра микрокоманд, выход блока элементов 2 И"ИЛИ соединен с первым информационным входом регистраадреса, второй информационный входкоторого соединен с входом начального адреса устройства, третьи вхо"ды первого и второго элементов И соединены с выходом дешифратора; выходыпервого и второго элементов И соединены с сйнхронизирующими входами соответственно первого и второго дешифраторов адреса и с первым и вторымвходами первого элемента ИЛИ, выходкоторого через первый элемент задерж"ки соединен с нулевым входом триггера формирования микротакта, единичный вход которого соединен с выходомвторого элемента ИЛИ, первый вход ко"торого соединен с выходами блоковэлементов И второй группы, второйвход - с выходом блока выделения максимального нанотакта, первый входкоторого соединен с выходами дешифраторов управления, вторсй вход - свыходом дешифратора, третий вход второго элемента ИЛИ соединен с входомначального адреса устройства, выходметки типа микрокоманды второго регистра микрокоманд соединен с входами второго и третьего одновибраторов,выход второго одновибратора соединенс первым входом третьего элементаИЛИ, выход третьего одновибраторасоединен с первым входом четвертогоэлемента ИЛИ, выход метки типа микрокоманды первого регистра микрокоманд соединен с входами четвертогои пятого одновибраторов, выход четвертого одновибратора соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ,выход пятого одновибратора соединенс вторым входом третьего элемента .ИЛИ, выходы метки ветвления первогои второго регистров микрокоманд сое"динены с входами пятого элемента ИЛИ,выход которого соединен с первымивходами третьего и четвертого элементов И, второй вход третьего элемен"та И соединен с инверсным входом четвертого элемента И и подключен к вхо"цу логических условий устройства, выход третьего элемента И через шестойодновибратор соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ, выход которого через второй элемент задержки соединен с единичным входом триггера управления, нулевой вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки, вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ,информационные выходы первого регист"ра микрокоманд соединены с первымивходами блоков элементов И третьейгруппы, вторые входы которых соединеныс единичным выходом триггера управления, а выходы - с вторыми входамиблоков элементов ИЛИ группы.Кроме того, блок выделения максимального нанотакта содержит первый.и второй элементы ИЛИ, группу (в) 15элементов И-ИЛИ (щ - число нанотактов в микротакте), группу (в) элементов НЕ, групйу в элементов И, причем входы первого элемента ИЛИ и пер:. вые входы (ю) элементов И-ИЛИ груп Опы соединены с первым входом блока,вторые входы (щ"1) элементов И-ИЛИгруппы соединены с выходами (п 1"1)элементов НЕ группы соответственно,выход первого. элемента ИЛИ и выходы(ю) элементов И-ИЛИ группы соеди-нены с первыми входами соответствующих Ш элементов И группы, вторыевходы которых соединены с вторыж входом блока, выходы первого элементаИЛИ и (а) элементов И-ИЛИ группы,кроме последнего, соединены с входами соответствующих (ш"1) элементов НЕ группы, выходы в элементовИ группы соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к выходу блока.На Фиг. 1 изображена схема предлагаемого микропрограммного устройства управления на Фиг, 2 - функциональная схема блока выделения максимального нанотакта,Предлагаемое устройство содержит(фиг. 1) генератор 1 тактовых импульсов, счетчик 2, блок 3 элементов .2 и-или, вход 4 начального адреса уст"45ройства, регистр 5 адреса, первыйэлемент И б, первый дешифратор 7 адреса, первый блок 8 памяти, первыйрегистр 9, микрокоманд, дешифратор 10,управляющие поля 11, инФормационныеполя 12, адресное поле 13, поле 14метки .типа микрокоманды и поле 15метки ветвления, первый одновибратор 16, управляющие дешифраторы 17,пеРвУю гРУппУ блоков 18 элементов И,первый блок 19 элементов ИЛИ, третьюгруппу блоков 20 элементов И, первуюгруппу блоков 21 элементов ИЛИ, дешифраторы 22 кодов операции, выходы23 микроопераций Устройства, второйэлемент И 24, второй дешифратор 25адреса второй блок 26 памяти,. вто-.рой регистр 27 микрокоманд, содержа"щий информационные поля 28, адресноеполе 29, поле 30 метки типа микрско"манды, поле 31 метки ветвления, 65 первый элемент ИЛИ 32, первый элемент 33 задержки, вторую группу бло ков 34 элементов И, блок 35 выделе" ния максимального нанотакта, второй элемент ИЛИ Зб,триггер 37 формирования микротакта, пятый элемент ИЛИ 38, второй одновибратор 39, третий одновибратор 40, четвертый одновибратор 41, пятый одновибратор 42,.вход 43 логических условий устройства, третий элемент И 44, четвертый элемент И 45, шестой одновибратор 46, седьмой одновибратор 47, четвертый элемент ИЛИ 48, третий элемент ИЛИ 49, второй элемент 50 задержки, тре"тий элемент 51 задержки, триггер 52 управления.Блок 35 выделения максимального нанотакта (Фиг. 2) содержит первый элемент ИЛИ 53, группу 54 (р) элементов И-ИЛИ (в - число нанотактов в микротакте), группу элементов НЕ 55, группу 56 элементов И, второй элемент ИЛИ. 57.Микропрограммное устройство управления работает следующим образом.Каждый микротакт устройства состоит из нанотактов.В исходном состоянии все элементы памяти находятся в йулевом состоянии, в регистр 5 адреса записан адрес начальной однотактной микрокоманды микропрограммы через вход 4 устройства. Одновременно с записью адреса первой микрокоманды сигнал с входа 4 устрой-. ства через второй элемент ИЛИ 36 ус.танавливает триггер формирования так.та в единичное состояние и подготавливает второй элемент И 24 для разрешения считывания через второй дешифратор 25 адреса однотактную микроко-, манду, записанную во втором блоке 26, Первый тактовый. импульс, поступакщий. с выхода дешифратора 10 через второй элемент И 24 на синхровход второго дешифратора 25 адреса, разрешаЕт считывание первой однотактной микрокоманды из второго блока 26 во второй регистр 27 микрокоманд. В полях 28 записаны коды однотактной микрокоманды, которые. через вторую группу блоков 34 элементов И и через второй блок 21 элементов ИЛИ поступают на входы соответствующих дешифраторов 22 кодов операций, Сигналом с единичного выхода триггера 37 Формирования такта через первый .одновибратор 16 управляющие поля 11 первого . регистра 9 микрокоманд обнуляются, Нулевые коды управляющих полей 11 поступают на входы управляющих де" шифраторов 17, первые выходы которых возбуждаются и через первую группу блоков 18 элементов И и первый блок 19 элементов ИЛИ поступают на синхрониэирующие входы дешифратаров 22 кодов операции, на входы которых поступают коды микрооперации первоймикрокоманды, На выходах 23 дешифраторов 22 появляются сигналы соответствующих микроопераций. После выдачи однотактной микрокоманды сигналы с выходов блока 34 элементов И посту пают на входы второго элемента ИЛИ 36, сигнал с выхода которого устанав" ливает триггер 37 формирования н единичное состояние, разрешая тем самым чтение очередной микрокоманды,Кроме операционных частей в полях 28 второго регистра 27 микрокоманд в поле 29 записывается адрес следуюцей микрокоманды (однотактной или многотактной). В поле 30 метки типа микро- команды записывается признак М, при чем 1, если следующая микрокоманда является многота;:тной; О, если следуюцая микрокоман" да является однотактной. 20 В поле 31 метки нетнления здписы" вается признак В, причем1, если данная микрокоманда В= яв.яется микрокомандой ветвления; 25 0 - в противном случае, Предположим, следуюцей микрокомандой микропрограммы является многотактная микрокоманда, Р. этом случае еди" ничный сигнал с выхода поля 30 метки 30 типа микрокоманды через третий однонибратор 40, четвертый элемент ИЛИ 48 и второй элемент 50 задержки поступает на единичный вход триггера 52 управления и перебрасывает его н 35 единично) состояние.Второй элемент 50 задержки необходим для задержки переброса триггера 52 управления на время, необходимое для перезаписи адреса следующей мик рокоманды из адресного поля 29 второго регистра 27 микрокоманд через блок 3 элементов 2 И-ИЛИ н регистр 5 адреса. Сигнал с единичного выхода триггера 52 управления через первый элемент И 6 поступает на синхронизирующий вход первого дешифратора 7, разрешая тем самым чтение чикрокоманды, записанной н первом запоминаюцем блоке 8, по адресу регистра 5. Одновременно с чтением многотактной мик" рокоманды сигнал с синхронхода первого дешифратора 7 адреса через первый элемент ИЛИ 32 и первый элемент 33 задержки поступает на нулевой вход триггера 37 Формирования такта и пе" ребрасынает его в нулевое состояние. Первый элемент 33 задержки необходим для осуществления возможности переписи информации из блоков 8 и 2 б в регистры 9 и 27.Переброс триггера 37 60 формирования такта в нулевое состояние показынает,что начался очередной микротакти запрещает считывание новой микрокоманды,записанной н регистРе 5 адреса. 65 Считанная многотактная микрокоманда записывается в первый регистр 9 микрокоманд, на информационных полях которого записаны упранляюцие и операционные части микрокоманды. При этом в управляющих полях 11 записаны коды номеров нанотактон, н которых должна быть выполнена соответствую- . щая микрооперация, коды которыхзаписаны в операционных полях 12,Код такта, в котором должна считываться операционная информация с поля 12, поступает с поля 11 первого регистра 9 микрокоманд на управляющий дешифратор 17. Один из выходов управляющего дешифратора 17, соответ" ствующий коду выдачи микрооперации н данноМ нанотакте возбуждается. Сигнал с выхода дешифратора 17 через элемент И первой группы блоков эле" ментов И и элемент ИЛИ первого блока 19 элементон ИЛИ поступает на синхронход дешифратора 22, Операционная часть микроопераций данного нанотакта поступает через блок 20 элементов И и блок 21 элементов ИЛИ на вход дешифратора 22 кода операции, На выходе дешифратора 22 появляется сигнал соответствующей мик" рооперации, Аналогично в соответст нующем нанотакте производится считы" вание информации с каждого из выходов операционных полей 12 н регистры 9 микрокоманд.Адрес очередной микрокоманды с выхода поля 13 через блок 3 элементов 2 И-ИЛИ поступает на регистр 5 адреса.Если очередная микрокоманда является многотактной, сигнал с ныхода поля М метки типа микрокоманды через четвертый одновибратор 41, четвертый элемент ИЛИ 48 и второй элемент 50 задержки поступает на единичный вход триггера 52 управления, Если очередная микрокоманда является однотактной, сигнал с выхода поля М метки типа микрокоманды через пятый одно- вибратор 42, третий элемент ИЛИ 49 и третий элемент 51 задержки посту" пает на нулевой вход триггера 52 и перебрасывает его в нулевое состояние, подготавливая тем самым схему для работы с однотактной микрокомандой.При работе устройства с многотакт" ной микрокомандой сигналы с выходов управляющих дешифраторов 17 поступа" ют на вход блока 35 выделения максимального нанотакта, При этом на первый элемент ИЛИ 53 поступают сигналы с выходов дешифраторов 17, соответ" ствующие кодам максимальных нанотак" тов, в которых выдаются соответствующие микрооперации. Если в многотактной микрокоманде имеется хоть одна микрооперация, выполняемая в последнем нанотакте, на соответствующем выходе управляющего дешифратора 17появляется сигнал. Данный сигнал по" ступает на один из входов первого элементаИЛИ 53 и после подачи тактового импульса, поступающего с дешифратора 10, проходит через элемент И 56, второй элемент ИЛИ 57 блока 35. и через второй элемент ИЛИ 36 на единичный вход триггера 37 формирования такта, перебрасывая его в единичное состояние. Появление сигнала на единичном выходе триггера 37 формирования такта указывает на окончание выполнения данного микротакта и разрешает через. первый элемент И б или второй элемент И 24 чтение очередной микрокоманды, адрес которой записан 5 в регистре 5 адреса.Если в ш-ом нанотакте нет управляющей информации, сигнал с выхода элемента НЕ 55 подготавливает для опроса первый элемент (гп) И"ИЛИ 54,20 на который поступают сигналы с выходов управляющих дешифраторов, соот" ветствующих (ш)-у нанотакту. (щ)-м тактовым импульсом произво" дится опрос данного нанотакта, Если для данного нанотакта есть управляющая информация, формируется сигнал окончания микротакта на данном нанотакте.Если в (в) -м нанотакте нет управляющей информации, последовательно опрашиваются все оставшиеся нано- такты, в которых имеется управляющая информация.Таким образом, сигнал окончания 35 микротакта формируется для максимального нанотакта, в котором имеется управляющая информация, записанная в, - операционных полях 12 первого регист" ра 9 микрокоманд, 40Если очередная микрокоманда (однотактная или многотактная) является микрокомандой ветвления, на соответствующем .выходе поля ветвления 15 или 31,появляется сигнал, который через 45 пятый элемент ИЛИ.38 поступает на входы третьего и четвертого элементов И 44 и 45. В зависимости от признака логических условий, поступающего. на вход 43 устройства, триггер 52 управления устанавливается в то или иное состояние. При этом признак логических условий Формируется следующим образом:1, если очередная микрокомаида является многотактной; О, если очередная микрокоман"а является однотактной.После этого с приходом очередно", го сигнала первого нанотакта устройство функционирует аналогично описанному.Применение предлагаемого микро программного устройства управления позволит повысить быстродействие по отношению к прототипу иа 20. 65 формула изобретения 1. Микропрограммное устройство уП" равления, содержащее регистр адреса, генератор тактовых импульсов, счетчик, дешиФратор,последовательно соединенные первый дешифратор адреса, первый блок памяти и первый регистр микрокоманд, последовательно соеди ненные второй дешифратор адреса, второй блок памяти и второй регистр микрокоманд, блок элементов ИЛИ, первую и вторую группы блоков элементов И, группу блоков элементов ИЛИ, блок элементов 2 И-ИЛИ, п дешифраторов кодов операций, триггер управления, причем выход регистра адреса соединен с информационными входами первого и второго дешифраторов адреса, управляющие выходы первого регистра микрокоманд соединены с информационными входами управляющих дешифраторов, соответственно, выходы которых соединены с первыми входами блоков элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с выходом :дешифратора, информационнь",Ъ вход которого соединен с выходом счетчика, счетный вход которого подклю" чен к выходу генератора тактовых импульсов и управляющему входу дешифратора, выходы блоков элементов И первой группы через блок элементов ИЛИ подключены к синхронизирующим входам дешифраторов кодов операции " соответственно, операционные выходы второго регистра микрокоманд соединены с первыми входами блоков элементов И второй группы, вторые входы которых соединены с нулевым выходом триггера управления, выходы блоков элементов И второй группы соединены с первыми входами блоков элементов ИЛИ группы, выходы которых подключены соответственно к информационным входам дешифраторов кодов операций, выходы которых подключены к выходу микроопераций устройства, о т л ичю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно дополнительно содержит третью группу блоков элементов И, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый, второй, третий,.четвертый и пятый элементы ИЛИ, первый., второй и третий элементы задержки, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой одновибраторы, блок выделения максимального нанотакта,триггер формирования микротакта, причем первый вход первого элемента И соединен с единичным выходом триггера управления, первый вход второго элемента И соединен с нулевым выходом триггера управления, вторые аходы первого и второго элементов И ооединены с единичным выходом триггера Формирования микротакта и через аервый одновибратор соединены с входомобнуления управляющих разрядов пер,вого регистра микрокоманд, адресныйвыход которого соединен с первым входом первой группы входов блока элементов 2 И-ИЛИ, второй вход первой 5группы входов которого соединен сединичным выходом триггера управления, нулевой выход которого соединенс первым входом второй группы входовблока элементов 2 Й-ИЛИ, второй вход Овторой группы входов которого соединен с адресным выходом второго регистра микрокоманд, а выход " с первыминформационным входом регистра адреса, второй информационный вход которого подключен к входу начальногоадреса устройства, третьи входы первого,и второго элементов И соединены с .выходом дешифратора, выходы первого и второго элементов И соединены с синхронизирующими входами первого и второго дешифраторов адресаи с первым и вторым входами первогоэлемента ИЛИ соответственно, выходпервого элемента ИЛИ через первыйэлемент задержки соединен с нулевымвходом триггера формирования микро"такта, единичный вход которого соединен с выходом второго элементаИЛИ, первый вход которого соединенс выходами блоков элементов И второйгруппы, второй вход " с выходом блока выделения максимального нанотакта, первый вход которого соедииен свыходами дешифраторов управления вто"рой вход - с выходом дешифратора,третий вход второго элемента ИЛИ соединен с входом начального адреса устройства, выход метки типа микрокоман-.ды второго регистра микрокоманд соединен с входами второго и третьего 40одновибраторов, выход второго одновибратора соединен с первым входомтретьего элемента ИЛИ, выход третьего одновибратора соединен с первымвходом четвертого элемента ИЛИ, выход метки типа микрокоманды первогорегистра микрокоманд соединен с вхо"дами четвертого и пятого оцновибра"торов, выход четвертого одновибратора соединен с вторым входом четвер" ОТого элемента ИЛИ, выход пятого од"новибратора соеДинен с вторым входомтретьего элемента ИЛИ, выходы меткиветвления первого и второго регистров микрокоманд соединены с первыми вторым входами .пятого элемента ИЛИ,выход которого соединен с первымивходами третьего и четвертого элементов И, второй вход третьего элемента И соединен с инверсным входом четвертого элемента И и подключен к входулогических условий устройства, выходтретьего элемента И через шестой од"новибратор соединен с третьим входомтретьего элемента ИЛИ, выход четвертого элемента И через седьмой одновибратор соединен с третьим входомчетвертого элемента ИЛИ, выход которого через второй элемент задержкисоединен с единичным входом триггерауправления, нулевой вход которогосоединен с выходом третьего элемента задержки, вход которого соединенс выходом третьего элемента ИЛИ, ин.формационные выходы первого регистра микрокоманд соединены с первымивходами блоков элементов И третьейгруппы, вторые входы которьв соединены с единичным выходом триггерауправления, а выходы - с вторымивходами блоков элементов ИЛИ группы,2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок выделения максимального нанотакта содержитпервый и второй элементы ИЛИ, группу (Ф) элементов И-ИЛИ (щ - числонанотактов в микротакте), группу(1 п) элементов НЕ, группу п элементов И, причем входы первого элементаИЛИ и первые входы (п) элементовИ-ИЛИ группы соединены с первым входом блока, вторые входы Ь) элемен"тов И-ИЛИ соединены с выходами Ь)элементов НЕ группы соответственно,выход первого элемента ИЛИ и выходы(р) элементов И-ИЛИ Группы соединены соответственно с первыми входами в элементов И группы, вторые входы которых соединены с вторым вхо"дом блока, выходы первого элементаИЛИ и (в) элементов И-ИЛИ группы,кроме последнего,. соединены с входа"ми (в) элементов НЕ группы соответственно, выходы элементов И группысоединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен квыходу блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 467351, к,о. 6 06 Г 9/22, 1972.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2765918/18-24,кл. С 06 Р 9/22, 1970 (прототип).1005049 Составитель Л.Логачеваедактор Л.Алексеенко Техред Е.Харитончик Ко М,Демчик Заказ 1900/64 Тираж 704 Подпио ВНИ Государственног Р