Микропрограммное управляющее устройство

.6 06 Г 9/22 ЮФпЮФЮищна шю Аи НЭенввй и шичлЮ ОПИСАНИ М АВТОРСКОМУ ИЗ Е ОБРЕТЕНИЯсеидетвъа вд/22, 1982 вход регистра управления соединен с/18-24 выходом блока памяти микрокоманд,а выход - с входом девифратора, пер 3. выи выход которого соединен черезкаэлемент задержки с инверсным входомкий первого элемента И и первым входомвторого элемента И, другие входыкоторых соединены с выходом элемента И, выходы деаифратора, кроме первого, соединены с инверсными входами ,(Бб) 1. Авторское свид элементов И группы, порядковые номера .И 949657, кл. 6 06 Г 9которых меньве порядкового номера со" (прототип). , ответствующего выхода дешифратора,выход первого элемента И соединен с (9 ф)(57) МИКРОПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЯЮЩЕЕ. входом установки в ноль регистра уп- УСТРОЙСТВО по авт.св. Р 949657, о т." равления, выход второго элемента И- л и ч а е щ е е с я тем, что,с це- . с входами записи регистров микрокольв расаирения функциональных воз- , манд и управления и с установочным можностей за счет расеирения комбина- входом регистра блокировки; выход ционного набора иикроприказов, вида- генератора тактовых импульсов соеди" ваемых в одной микрокоманде, оно со- :нен с тактовым входом регистра адредержит регистр управления, двщифра- са, вход начальной установки устройст тор, первый и второй элементы И и эле" ва соединен с установочньии входами мент задержки, причем инФормационный регистров микрокоманд и адреса.1 10291Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к микропрограммным устройствам управления, и может быть использовано в цифровых вычислительных систе" мах, а также терминальной аппаратуре.По основному авт.св. У 9 М 9657 известно микропрограммное управляющее устройство, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр микрокоманд, ре" 1 О гистр адреса, блок проверки условий, генератор импульсов, группу элемен" тов И, регистр блокировки и элемент И, причем выходы блока проверки ус" ловий соединены с входами регистра адреса, выходы которого соединены с входами блока памяти микрокоманд, выходы которого соединены с инфор" мационными входами регистра микро" команд, адресные выходы которого со" единены с информационными входами блока.проверки условий, управляющие вхо" ды которого являются. входом устрой" ства, управляющие выходы регистра микрокоманд соединены с первыми вхо" дами каждого элемента И, группы эле" ментов И, выходы которых являются первым выходом устройства, а информационные выходы регистра микрокоманд являются вторым выходом устройства, выход каждого элемента И группы элементов И соединен с инверсными входами всех последующих элементов И группы элементов И, с инверсным входом элемента И и с установочным входом регистра блокировки, соответствен 5 но выходы регистра блокировки соедине" ны с вторыми входами элементов И груп. пы элементов И, выход элемента И со" единен с управляющим входом регистра, микрокоманд и с входом установки в исходное состояние регистра блокиров. ки, тактирующий вход которого соединен с выходом генератора импуль" сов11.Недостатком данного устройства является ограниченный набор комбинаций микроприказов, выдаваемых в каждой отдельной микрокоманде. Это связано с тем,что микроприказы выдаются в жестко установленном порядке. Причем 50ффпорядковый номер микроприказа, выдаваемого в первом микротакте, имеет наименьаее значение, а порядковый номер следующего микроприказа больше номера микроприказа, выданного в ЗБ предыдущем микротакте. Это ограничивает функциональные возможности устройства. 78 аБсли для выполнения операции, за даваемой в операционном поле микро" команды, требуется выдача микроприкаэов в порядке, отличном от установленного, используется несколько микрокоманд. Причем операционные по" ля этих микрокоманд одинаковы, а в управляющем поле каждой микрокоманды содержится часть необходимого набора микроприкаэов, которая может быть выдана в одной микрокОманде. Последовательное выполнение этих микрокоманд дает возможность выполнить операциюс необходимой:комбинацией микроприказов, однако при этом требуетсябольаой объем микропрограммной памя"ти.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет расаирения набора комбинаций микроприказов, выдаваемых в одной микро" команде.Поставленная цель достигается тем, что микропрограммное управляющее устройство содержит регистр управления, деаифратор, первый и второй элементы И и элемент задержки, причем ин" Формационный вход регистра управлениясоединен с выходом блока памяти микрокоманд, а выход - с входом деаифратора, первый выход которого соединенчерез элемент. задержки с инверсным входом первого элемента И и первымвходом второго элемента И, другие входы которых соединены с выходом эл.мента И, выходы девифратора, кромепервого, сОединены с инверсными вхо" дами элементов И группы, порядковые номера которых меньае порядкового номера соответствующего выхода деаифратора, выход первого элемента И соединен с входом установки в ноль регистра управления, выход второго элемента И - с входами записи регистров микрокоманд и управления и с установоч-. ным входом регистра блокировки, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом регистра адреса, вход начальной установки устрой" ства соединен с установочными входами регистров микрокоманд и адреса.Такое. решение позволяет осуществить циклический порядок выдачи микроприкаэов, при котором в одной микро.команде микроприказы сначала выдаются в порядке возрастания номеров, начиная с первого микроприказа с любым порядковым номером и кончая микроприказо.с наибольаим порядковым номе3 1029178 4ром. Затем микроприказы продолжают ветственно.; 26 - сигнал на выходе элевыдаваться в том же порядке, начиная мента 17 задержки; 27 - сигнал на "с микроприказа с наименьщим порядка-, выходе элемента И 15 28 - сигнал на1Увым номером и кончая последним микро. выходе элемента И 16; 29, 30, 31приказом, порядковый номер которогосигналы микроприказов на выходаххотя бы на единицу меньше первого : пятого, первого и третьего элемен-выданного микроприказа. тов И 1 О соответственно.При этом расвиряется набор комбина- Иикропрограммное управляющее устций микроприказов, выдаваемых в одной . Ройство работает следующим образи.микрокоманде, что позволяет многие 16 Для приведения устройства в исходоперации выполнять при помощи мень- ное состояние на его вход 4 подаетсящего количества микрокоманд. .сигнал 21 начальной установки, по ко-,На Фиг. 1 изображена схема пред- торому регистр 3 микрокоманд и ре"лагаемого микропрограммного управля- гистр 2 адреса устанавливаются в нующего устройства; на Фиг. 2 " схема 15 левое состояние. По нулевому содержиблока проверкиусловий; на фиг. 3 - мому регистра 2,адреса из блока 1 павременная диаграмма работы устрой" . мяти микрокоманд выбирается началвства. ная микрокоманда и поступает на вхрИикропрограммное управляющее уст- . ды Регистра 3 микрокоманде и регистройство содержит блок 1 памяти мик" . о ра 8 управления.Рокоманд, регистр 2 адреса, регистр 3 Так как содержимое регистра 3 мик"микрокоманд, вход начальной установ роюманд.равно нулю, то сигналами егоки которого является одноименным .управляющих выходов оказываются закрывходом 4 устройства, а информацион- . . тыми все элементы И 10. При этом наные выходы -. информационными выхода-.их выходах присутствуют нулевые ло-ми 5 устройства, блок 6 проверки ус- тенциалы, в результате чего на вы"ловийуправляющие входы которого яв" ходе элемента И 13 вырабатывается сиг"ляются управляющими входами 7 устрой- нал 22 и поступает на входы элеменства,.регистр 8 управления, дешира- тов И 15 и 16. В начальный моменттор 9, группу элементов И 10, выходы .времени, после включения устройсткоторых являются управляющими выхода- ва, регистр 8 управления находится30ми 11 устройства, регистр 12 блоки- в неопределенном состоянии, Поэтому,ровки, элемент И 13 генраор 14 так" если .содержимое регистра 8 управлетовых импульсов, первый элемент И 15, ния не Равно нулю, значение сигналавторой элемент И. 16 и элемент 17 за- на первом выходе девифратора 9 и содержки,35 ответственно сигнала 26 на выходе зле.Блок б проверки условий иг.2 мента 17 задержки равно нулю, Присодержит группу элементов И 18 и . этом срабатывает элемент И 15, и сиггруппу элементов ИЕ 19. нал 27 с его выхода устанавливает вПервые входы элементов И 18 соеди- нулевое состояние регистр 8 управленены между собой и с одним ийфюрма" вния. В результате этого, сигнал национным входом блока 6 проверки усло-. первом выходе дещиФратора Э и соотвий, остальные информационные входы ветственно сигнал 26 на выходе эле". которого являются входами элемен-мента 17 задержки принимает значениеЭ,тов ИЛИ 19. Выходы элементов И 18 и Равное единице. При этом элемент И 15.соединены с входами элементов ИЛИ 19,4 закрывается, а элемент И 16 открыВторые входыэлементов И 18 являют- . вается. Сигнал 28 с его выхода устася управляющими входами блока 6 про-. .навливает в исходное единичное состоверки условий. Выходы элементов ИЛИ 19 ,яние регистр 12 блокировки, Кваме ео;являются выходами блока 6 проверки 1 го,. сигнал 28 с выхода элемента И 16условий. :поступает на входы занесения регист-,-Ра. 3 микрокоманд и РеГистра 6. управ"На временной диаграмме работы уст ления. Однако занесения в эти регистры не должны производиться до тех .пор,1 ройства обозначено 20 - импульсы на ры не должны произ оустроистаа.123,24 2 - сигналы микроприка ла 21 нача о5 10291Иикрокоманда состоит из четырех полей - адресного, операционного, управляющего и дополнительного.В адресном поле микрокоманды, кроме кода, по которому определяется адрес следующей микрокоманды, содержится один разряд, значение которого указывает на проведение или не проведение условных переходов в данной микрокоманде. ОВ операционном поле указывается код операции, которую выполняют опера. ционные схемы, управляемые данным микропрограммным управляющим устройством. 5В, управляющем поле задается набор микроприказов, при выдаче которых осуществляется выполнение операции, указанной в операционном поле.Дополнительное поле содержит дво" ичный код на единицу меньше номера того микроприкаэа, который выдается в микрокоманде первым..Первые три поля микрокоманды содержатся в регистре 3 микрокоманд, а дополнительное поле - в регистре 8 управления.П р и м е р. Для выполнения опе" рации, содержащейся в операционном поле, необходимы шесть микротактов., Причем в течение первого, второго, третьего, четвертого, пятого и аес" того микротактов единичйый сигнал должен присутствовать на выходе вось"1 мого, двенадцатого, седьмого, пятого и третьего элементов И 10 соответст" З 5 венноТакая последовательность микроприкдэов В предлагаемом устройстве выпОл 40 няется при помощи двух микрокоманд, причем в первой микрокоманде выдаются восьмой, двенадцатый и седьмой микроприказы, а во второй - пятый, первый и третий. Тогда на седьмом восьмом и двенадцатом управляющих выходах регистра 3 микрокоманд присут,ствует единичный сигнал, а на ос" тальных - нулевой. Та% как йервым выдается микроприказ с порядковым,номером, равныу восьми, код,занесен ный в регистр 8 управления, равен семи. Поэтому на восьмом выходе дешифратора 9 вырабатывается единичный сигнал, который закрывает элементы И 10, начиная с первого и кончая седьЯ мым. Тогда на выходе восьмого элемен-. та И 10 в течение первого микротак" та присутствует единичный сигнал 23,78 6вследствие чего все последующие эле"менты И 10 закрыты,Во втором микротакте по сигна"лу 20 и при наличии единичного сиг"нала на восьмом установочном входевосьмой разряд регистра 12 блокиров"ки устанавливается в ноль. При этомвосьмой элемент И 10 закрывается, от"крывая. тем самым все последующие эле"менты И 10, но так как девятый, десятый и одиннадцатый элементы И 10 за"крыты нулевыми сигналами с управляющих выходов регистра 3 микрокоманд,единичный сигнал вырабатывается навыходе двенадцатого элемента И 10.В третьем микротакте аналогичноустанавливается в ноль двенадцатыйразряд регистра 12 блокировки, приэтом состояние остальных разрядоврегистра 12 блокировки не изменяется.Двенадцатый элемент И 10 закрывается,и на выходах всех элементов И 10 единичный сигнал отсутствует, так какнулевой сигнал присутствует на всехследующих после двенадцатого управляющих выходах регистрах 3 микрокоманд.В результате этого на выходе элемента И 13 вырабатывается сигнал 22. Таккак содержимое регистра 8 управленияне равно нулю, сигнал на первом выхо"де дешифратора 9 и соответственно сиг"нал 26 на выходе элемента 17 задержки равны нулю. Поэтому срабатывает элемент И 15, и сигнал 27 сего выхода устанавливает в ноль ре"гистр 8 управления. При этом единичный сигнал вырабатывается на первомвыходе деаифратора 9, а на всех ос"тальных выходах присутствует нулевойсигнал, вследствие чего открываютсяранее заблокированные с первого поседьмой элементы И 1 О, и на выходеседьмого элемента И 10 вырабвтываетсеединичный сигнал. Элемент 17 задержки предупреждает возникновение явления "гонок" при переключейии дешиф"ратора 9, задерживая сигнал о первого выхода дешифратора 9 на время формирования сигнала 22. Поэтому изменение сигнала 26 на выходе элемента 17задержки происходит уже после того,как сбрасывается сигнал 22 на выходеэлемента И 13, что предупреждает ложное срабатывайие элементов И 15 и 16.В следующем, четвертом микротактепо импульсу 20 с выхода генератора Йустанавливается в ноль седьмой разряд регистра 12 блокировки. В результате этого закрывается седьмой эле7 - : 1:029178 8.мент И 10, и.на выходе всех элемен" сигнал. Вырабатывается сигнал 22 натов И 10 опять присутствует нулевой выходе элемента И 13, в .Результатесигнал. Вырабатывается сигнал 22 на чего срабатывает элейент И 15, таквыходе элемента И 13, и так как на как содержимое регистра 8 управлениявыходе элемента 17 задержки.присут не равно нулю, а сигнал 26 на выходествует единичный сигнал 26, срабаты-: элемента 17 задержкв равен нулю.вает элемент И 16. По сигналу 26,.с. . Регистр 8 управления устанавливаего выхода устанавливается в единичное ется в ноль, в результате чего открысостояйие "регистр 12 блокировки, а в ваются первые четыре элемента И 10регистры 3.микрокоианд и 8 управле" 1 о и единичный сигнал 30 вырабатываетсяния эаноси-ся следующая микрокоманда, на выходе первого элемента И 10.у которой в операционном поле содер- В шестом микротакте аналогично усжится такой же код как и в первой танавливается в ноль первый разрядмикрокоманде, в управляощем поле регистра 12 блокировки, закрываетсяпервый, третий и пятый разряды рав" 15 первый элемент И 10 и единичный сиг"ны единице, а остальные " нулю. Так нал 31 вырабатывается на выходе трекак при выполнении второй микрокоман- тьего элемента И 10. После того, какды первым должен выдаваться пятый в очередном микротакте третий. разрядмикроприказ, то дополнительное поле регистра 12 блокировки устанавливает"второй микрокоманды содержит код,ся в ноль, и вследствие этого закрцравный четырем. В результате этого вается третий элемент И 10, на выходахединичным сигналом с пятого выхода всех элементов И 10 присутствует ну"дешиФратора 9 блокируются первые че- левой сигнал. На выходе элемента И 13тире элемента И 10 и единичный сиг- вырабатывается сигнал 22, по которо"нал.29 вырабатывается на выходе пято му срабатывает элемент И 16, Сигнаго элемента И 10. лом 28 с его выхода устанавливаетсяДо этого момента по адресной час- в исходное единичное состояние рети первой микрокоманды Формируется . гистр 12 блокировки, а в регистры 3адрес второй микрокоманды. Так как микрокоманд и 8 управления заноситсяпосле выполнения первой микрокоманды следующая заранее подготовленная миквыполнение всей операции еще не за" Рокоманда. Адрес этой микрокоманды30верщается, то переход от первой мик- Формируется с учетом поступающих на,рокоманды ко втооой осуществляется входы 7 устройства сигналов логичес"без ччета условий. сигналы котопых ких условий, так как после выполнепостмпают из опепаиионных схем на ния .второй микрокоманды вданном слувхол 7 мстоойства. Поэтомч в .авпес"ном поле первой микрокоманды разряд,З 5 чае завершается выполнение требуемойи хо а авен н лю операции Поэтому в адресном поле второи микрокомандц разряда признакаПри этом элементы И 18 в блоке 6перехода равен единице, вследствие,чего элементы И 18 в блоке 6 проверкипроверки условий оказываются закрытыми, и адрес следующей второй микрокоМайды определяется непосредственно из усйовий открыты. Сигналы логическихадресного .поля первой микрокоманды. .словий с входов 7 устройства посту. Адрес второй микрокоманды через эле- пает через элементы И 19 на первыементы ИЛИ 19 поступает на вход регис входы .элементов ИЛИ 19, на вторые вхора 2 адреса изаноситсяв негопосиг-. " ды которых поступает код с адресныхналу 20. По этому адресу из блока 1выхо 4 ов регистра 3 иикрокоманд. В ре 45памяти микрокоманд выбирается вторая зультате на выходах элементов ИЛИ 19микрокоманда и поступает на инФорма" Формируется адрес следующей микрокоционные входы регистра 3 микрокоманд манды который по сигналу 20 с выхои регистра 8 управления. Таким обра- да генератора 14 заноситоя в ревом, при поступлении сигнала 28 с выв гистр 2 адреса. Выбранная по этому адхода элемента И 16 в регистры 3 микро- ,Ресу из блока 1 памяти микрокоманд икоманд и 8 управления заносится зара" занесенная в регистры 3 микрокомандиее подготовленная микрокоманда. и 8 управления микрокоманда выполня"В пятом микротакте по импульсу 20 ется аналогично. Для выполнения расустанавливается в ноль пятый разряд 55 смотренного примера известным устройрегистра 12 блокировки. Закрывается ством потребовалось бы четыре микрокопятый элемент И 10, и на входах всех манды В первой микрокоманде выдаетсяэлементов И 10 присутствует нулевой только восьмой и двенадцатой микро 9, 10291 приказы, во второй - седьмой, в третьей " пятый и только в четвертой микрокоманде " первый и третий.Таким образом, описываемое устройство обладает расширенными по сравнению с известным функциональными воэможностями,за счет увеличенного набо.ра комбинаций микроприказов, выдавае,мых в одной микрокоманде. Это позволя" ет .выполнять многие операции при помощи меньшего числа .микрокоманд, что дает возможность сократить объем мик,ропрограммной памяти.Для качественнойоценки преимуществ предлагаемого устройства сравним его с известным, в качестве которого воэь мем микропрограммное устройство управления, встроенное в систему техно" логического контроля печатных плат.Для реализации всех комбинаций. микроприкаэов при использовании базового объекта необохдимо 128 микрокоманд. В случае применения описываемого устройства для выполнения этой задачи достаточно лишь 96 микрокоманд, При этом величина, показывающая относительное сокращение количества мимикрокоманд, равна1 йа, Т 211зо где Й,1 - количество микрокоманд, не".обходимых для реализации полного набора комбинаций из четырех микроприказов в заявляемом устройстве;И " количество миирокоманд, необ"ходимых для реализации полного набора комбинации из четырех микроприказов в базовом объекте.Величина 1 показывает относительное сокращение микропрограммной памяти в заявляемом устройстве по сравне" нию,с базовым объектом пои равновероят,ной выдаче каждой комбинации мик 45 проприказовЧ Й ю.1 +6--075ф. а С+4с+мМ"-0,76 ( ф Ф 5 О 78; 1 Огде 3, - объемы микропрограммнойпамяти, соответственно,в заявляемом и базовомустройствах;Ь,Ь " длина микрокоманд, соот"ветственно, в заявляемом и базовом устройст"вах;С " число разрядов в адресном,и операционном полях микрокоманды;.И - число разрядов в управ-,ляющем поле микрокоманды.Из выражения 1 2) видно, что с увеличением С соотношение- приблиС 6 жается к единице, а объем микропрограммной памяти в заявляемом устройстве - к минимальному, равному 75/ от объема микропрограммной памяти в базовом объекте. Таким образом, мак. симальное сокращение микропрограммной памяти в заявляемом устройст" ве приближается к 253 от объема мик" ропрограммной памяти в базовом объекте.Определим минимальное сокращение микропрограммной памяти при выполнении полного набора комбинаций из четырех микроприказов. Так как для выполнения этой задачи в базовом объек" те требуется 128 микрокоманд, то адресное поле микрокомандь 1 должно иметь, как минимум, восемь разрядов (семь для вычисления адреса и один для указания типа перехода). Так как количество комбинаций в полном наборе иэ четырех микроприказов равно 61, то операционное поле микрокоманды имеет, как минимум, йесть разрядов.Тогда14+6Ю= 0,75 = 0,75Т 1;Д-0)825Иаксимальный объем микропрограммной памяти в заявляемом устройстве составляет 82,51 от объема микропрограммной памяти в базовом объекте.Таким образом,в заявляемом уст" ройстве сокращение микропрограммнойпамяти составляет 17,5-253 йо срав- нению с базовым объектом.гачев КоррПодпСРилиал ППП Редактоо Н. Швцакаяе ЫФтУ фВ евыЗаказ 1981/47ВНИИПИпо д11 Щ И Составитель Л. ЛоР 8 УТех е И.Ге гельТираж 706Государственного комелаи изобретений и оосква Ж-Я . РаускаПатент", г. Ужгород Итета ССткрытийя наб.ве еюул. Про ктоГ Ратниксное