Микропрограммное устройство управления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9751 А 691 1511 С 06 Г 9/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМ ЕТЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) 1. Авторское свидетельство ССВ 834700, кл. С 06 Р 9/22, 19802, Авторское свидетельство СССРш 615480, кл С 06 Р 9/22, 1978.2, Авторское свидетельство СССРВ 945866, кл. С 06 Р 9/22, 1982(54)(57) МИКРОПРОГРАКНОЕ УСТРОЙСТВОУПРАВЛЕНИЯ, содержащее регистр адреса, три элемента ИЛИ,.первый и второйсчетчики, дешифратор адреса, блокпамяти микрокоманд, три элемента И,генератор тактовых импульсов, регистрмикроопераций, причем группа входовпервого элемента ИЛИ является группойвходов логических условий устройства,выход первого элемента ИЛИ соединенс первым входом группы информационных входов регистра адреса, остальные входы группы информационных входов которого соединены с выходамиадресного кода блока памяти микрокоманд, выходы кода микроопераций которого через регистр микрооперацийсоединены с управляющими выходами устройства,. выходы кода числа блокируемых тактовых импульсов блока памятисоединены с информационными входамипервого счетчика, вычитающий входкоторого соединен с выходами первогоэлемента И, первый вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИи через элемент НЕ с первым входомвторого элемента И, группа входоввторого элемента ИЛИ соединена с груп пой информационных выходов первогосчетчика, второй вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов и с вторымвходом второго элемента И, выход которого соединен со стробирующим входомдешифратора адреса, группавходов игруппа выходов которого соответственно соединены с группой информационныхвыходов второго счетчика и с группойадресных входов блока памяти микрокоманд, суммирующий. вход второго счетчика соединен с выходом третьего элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет реализации возможности асинхронной выдачи управляющих сигналов, оно дополнительно содержит два элемента задержки, мультиплексор, одновибратор и триггер, причем выход триггера соединен с первым входом третьего элемента И и с третьимвхо дом второго элемента И, второй вход третьего элемента И через первый элемент задержки соединен с выходом второго элемента И, вход установки в "0" триггера соединен с выходом управления формированием адреса микро- команды блока памяти микрокоманд и с входом одновибратора, выход которого соединен с первым управляющим вхо" дом мультиплексора и через второй элемент задержки - с входом установ ки в "0" регистра адреса, группа выходов которого соединена с первой группой информационных входов мультиплексора, второй управляющий вход ,которого является входом управления началом работы устройства, вторая группа информационных входов мультиплексора является группой входов кода1109751 начальной микрокоманды устройства,группа выходов мультиплексора соеди-,нена с группой информационных входов Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве управляющего устройства с программируемой логикой в ЭВИ общего и специального назначе ния.Известно микропрограммное устройство управления, содержащее генератор тактовых импульсов, группу счет-чиков, группу триггеров, элемент И, регистр адреса, элемент задержки, блок памяти, регистр микрокоманд, дешифраторы, которое обеспечивает переменный микротакт, переходя в следующее состояние после выполнения 15 самой длинной микрооперации в текущей микрокоманде 11Недостатком устройства является узкая область применения, обусловленная невозможностью выполнения микро операций с произвольными моментами начала и длительностью в микротакте.Известно также микропрограммное устройство управления, содержащее блок памяти микрокоманд; счетчик адреса, дешифратор адреса, регистр микрокоманд, счетчик тактов, блок памяти микроопераций, дешифратор микроопераций, группы элементов И, элемент ИЛИ 23, 30Недостатком указанного устройства является узкая область применения, обусловленная выполнением микроопераций за один микротакт и невозможностью выполнения микроопераций с произвольными моментами начала и длительностью в микротакте.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является микропрограммное устройство управления, содержаще последовательно соединенные первый ре гистр адреса., первый. дешифратор, первый блок памяти, второй регистр адреса и первый блок элементов И, второй 45 вход которого является входом логичес ких условий устройства, а выход соесчетчика и с группой входов третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в "1" триггера.м2динен с входом первого регистра адреса, генератор тактовых импульсов, элемент ИЛИ, счетчик, выход которого соединен с входом дешифратора, второй, третий и четвертый блоки памяти, второй, третий и четвертый дешифраторы, третий и четвертый регистры адреса, группу счетчиков, узел коммутации моментов начала микроопераций, группу блоков элементов И, первый, второй и третий элементы И, группу элементов ИЛИ, элемент НЕ, причем первйй выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого подключен через элемент НЕ к выходу элемента ИЛИ и к первому входу второго элемента И, выход первого элемента И соединен с управляющими входами первого, второга, третьего и четвертого дешифраторов, информационные входы второго, третьего, четвертого дешифраторов соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым выходами первого регистра адреса, а выходы через второй, третий, четвертый блоки памяти - с первым выходом устройства, входами третьего и четвертого регистров адреса соответственно, выходы разрядов, кроме последнего третьего регистра адреса, соединены с первыми входами узла коммутации моментов начала микроопераций, вторые входы которого соединены с выходами дешифратора импульсов, а выходы узла коммутации соединены с первыми входами группы блоков элементов И, вторые входы которых соединены с выходами четвертого регистра адреса, а выходы - с информационными входами группы счетчиков, выходы которых через группу элементов. ИЛИ подключены к второму выходу устройства и к входам элемента ИЛИ, второй выход генератора импульсов соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход ко1109 торого подключен к выходу последнегоразряда третьего регистра адреса,а выход - к счетному входу счетчикаи к второму входу элемента И, выходкоторого соединен с вычитающими входами группы счетчиков 3),Недостатком известного устройстваявляется узкая область применения.При формировании микроопераций с произвольными моментами начала и дли Отельностью в микротакте известноеустройство не позволяет выдавать не"сколько микроопераций с одного выходаза время выдачи одной "длинной" микрооперации с другого выхода. Оно не поз 15воляет формировать микрооперации сдлительностью, превышающей длительность микротакта,Кроме того, во время выборки признаков микроонераций из блоков памятина объект управления не выдаетсяполезной информации, что в значительной степени снижает быстродействиеизвестного устройства и ограничивает область его применения. 25Задание в блоке памяти кодов длительности микроопераций влечет засобой большой объем оборудования длядополнительного хранения кода на выходе устройства и разворачивания егово временную последовательность. Этоснижает в конечном счете функциональные воэможности и быстродействие засчет временной задержки сигналов наэлементах и приводит к увеличению35внутреннего цикла работы устройства.Цель изобретения - расширение области применения за счет реализациивозможности асинхронной выдачи управляющих сигналов.Поставленная цель достигается .тем,что в устройство, содержащее регистрадреса, три элемента ИЛИ, первый ивторой сЧетчики, дешифратор адреса,блок памяти микрокоманд, три элемента И, генератор тактовых импульсов,регистр микроопераций, причем группа входов первого элемента ИЛИ является группой входов логических условий устройства, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом груп"пы информационных входов регистраадреса, остальные входы группы информационных входов которого соединеныс выходамн адресного кода блока памяти микрокоманд, выходы кода микроопераций которого через регистр микроопераций соединены с управляющими 751,4выходами устройства, выходы кода числа блокируемых тактовых импульсовблока памяти соединены синформационными входами первого счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходами первого элемента И, первый входкоторого соединен с выходом второгоэлемента ИЛИ и через элемент НЕ спервым входом второго элемента И,группа входов второго элемента ИЛИсоединена с группой информационныхвыходов первого счетчика, второй входпервого элемента И соединен с выходомгенератора тактовых импульсов и свторым входом второго элемента И, выход которого соединен .со стробирующим входом дешифратора адреса, группа входови группа выходов которогосоответственно соединены с группойинформационных выходов второго счетчика и с группой адресных входов блока памяти микрокоманд, суммирующийвход второго счетчика соединен с выходом третьего элемента И, дополнительно введены два элемента задержки,мультиплексор, одновибратор и триггерпричем выход триггера соединен с первым входом третьего элемента И и стретьим входом второго элемента И,второй вход третьего элемента И через первый элемент задержки соединенс выходом второго элемента И, входустановки в "О" триггера соединенс выходом управленйя формирования адреса микрокоманды блока памяти микрокоманд и с входом одновибратора,выход которого соединен с первым управляющим входом мультиплексора и через второй элемент задержки - с входом установки в "О" регистра адреса,;группа выходов которого соединена с- первой группой информационных входовмультиплексора, второй управляющийвход которого является входом управления началом работы устройства, вто"рая группа информационных входовмультиплексора является группой входов кода начальной микрокоманды устройства, группа выходов мультиплексора соединена с группой информацион-.ных входов второго счетчика и с группой входов третьего элемента ИЛИ,выход которого соединен с входом установки в "1" триггера,Сущность изобретения состоит в том, что управляющие сигналы, выдаваемые микропрограммными устройствами управления, характеризуются нача5 1109751 6лом, длительностью и концом выдачи. вать выдачу короу коротких или среднихКаждый из этих признаков может быть по длительности управляющихр вляющих импульзакодирован в блоке памяти. В предла- сов микроопераци"операции, за счет чего оргагаемом устройстве, в отличие от из- низуется асинхроинхронныи режим работывестных, применяется кодирование 5 устройства.начала и конца управляющего импульса. Выборка очередиочереднои микрокоманды совСам импульс формируется счетным триг- мешается со временем выполнениягером регистра микроопераций в про- предыдущей микрокоманды, чем обесцессе двух выборок из блока памяти печивается непрерывная выдача микроустройства,т , О операций и значительное повышение.По первому сигналу из блока памяти быстродействия устройства. Кроме того,счетный триггер переходит к единичное независимая выдача управляющих сигсостояние и начинает выдавать управ- налов с каждого выхода позволяетляющий импульс, по второму сигналу оптимизировать во времени выполнениетриггер возвращается в исходное сос групп линейных последовательностейтояние и управляющий импульс преры-микрокоманд и объединить их в отдельные,вается, Такое кодирование с примене- микроподпрограммы с присвоением однием счетных триггеров позволяет орга- ного адреса, причем производить вынизовать асинхронную выдачу сигналов полнение микропрограммы в режимеуправления не только во время выпол- о естественной адресации, а переходынения одной микрокоманды или микро- между микроподпрограммами - в режиметакта, но и в пределах всей микро- принудительной адресации.программы. Одна микрокоманда в блоке ,. На чертеже приведена Функциональпамяти может хранить как признаки . ная схема микропрограммного устройначала, так и признаки конца микро ства управления.операций, а также признак отсутствиясмены состояния счетного триггера. Устройство содержит первый элеИикрокоманды выбираются по мере необ- мент ИЛИ 1, регистр 2 адреса с вхоходимости изменения управляющих сиг- дами 2.1 (группа информационныхналов. В один и тот же момент могут 30 входов), на которые поступает немодизадаваться как окончание выполнивших- фицируемая часть адресного кода,2.2 ся микроопераций, так и начало выпол- первый вход группы информационных вхо"нения очередных микроопераций. При дов, накоторый поступает модифицируэтом управляющие сигналы на третьей емая часть адресного кода 3ода, регистр35группе выходов могут оставаться без микроопераций второйизменения ввиду отсутствия воздейст- держки, одновибратор 5, мультиплеквия на счетный вход триггера регист- с 6ра микроопераций. Так как начало и информационных входов), 6.2 (первыйконец сигнала управления задаются управляющии вхоц), 6.3 (вторая групв различных микрокомандах, то его па информационных входов), 6.4 втодлительность может быть произволь- рой управляющий вход), счетчик 7 адной в предела:; микропрограммы. Наименьшая длительность управляющего памяти микрокоманд с выходами з.1сигнала равна наименьшей выполняемой (выходы адресного ко а) 9.2 (чо кода, . (выхор ционном устроистве микроопе-.ды кода микрооп ") 9 3 (45ерации , . (выходрации и зависит только от быстродей- управления формирормирования адреса микствия выбранной элементной базы мик- рокоманды) 9 4 ( выходы кода числаропрограммного устройства управления, блокируемых тактовыховых импульсовГ,Для блокировок, например запрещения третий элемент ИЛИ 10 триггер 11,прерывания выполняемой микропрограм" третий элемент И 12 второи эленмы, длительность определенного управО мент И 13 пер ыйпервыи элемент 14 задержляющего сигнала может быть равна вре- ки генератор 15.У .тактовых импульсов,мени выполнения всей микропрограммы. первый элемент И 16, счетчик 17,За время выполнения подобных "длин- второй элемент ИЛИ 1811 н, элемент НЕ 19,ных микроопераций на регистре микро- вход 20 логических условий устройстопераций может смениться несколько 55 ва вход 21 ко аЭ кода начальной микрокомикрокоманд, каждая из которых на манды устройства 22, входв управленияодном или нескольких выходах может началом работы у строиства, управляюпоследовательно начинать и заканчи- щие выходы 23 устроиства.7 11097Назначение основных Функциональных элементов микропрограммного устройст" ва управления состоит в следующем,Блок 9 памяти предназначендля хранения кодов признаков начала и конца5 выполнения микроопераций в микроподпрограмме, кода числа блокируемых тактовых импульсов, препятствующего изменению управляющих сигналов на выходах 23 устройства, а также немодифицируемых частей кодов адресов мик" роподпрограмм.Мультиплексор 6 разрешает переда" чу адреса в счетчик 7 адреса из регистра 2 адреса либо с входа 21 устройства в соответствии с управляющими сигналами, поступающими на входы 6.2 и 6.4 мультиплексора.Счетчик 7 адреса осуществляет последовательную выборку адресов мик" 20 роподпрограммы в режиме естественной адресации, а счетчик 17 предназначен для хранения кода числа блокируемых тактовых импульсов микроопераций.Генератор 15 тактовых импульсов служит для формирования импульсов, синхронизирующих процесс Функционирования устройства.Регистр 2 адреса служит для хранения адреса очередной микроподпрограмЗО мы и его модификации при принудитель" ной адресации.Второй элемент 4 задержки служит для сброса содержимого регистра 2 адреса.Одновибратор 5 служит для управления работой мультиплексора 6.Триггер 11 и первый элемент 14 задержки управляют процессом выборки из блока 9 памяти и Формированием адреса в счетчике 7 адреса.4 ОВ исходном состоянии элементы памяти устройства находятся в нулевом состоянии.Устройство работает следующим образом.45С входа 2 1 устройства на информационные входы 6.3 мультиплексора 6 поступает код операции, представляющий код начальной микрокоманды микро- подпрограммы, Одновременно с этим с входа 22 на второй управляющий вход 6.4 мультиплексора 6 поступает сигнал "Начало работы".По этому сигналу код операции через мультиплексор 6 поступает 55 в счетчик 7 адреса и параллельно на входы элемента ИЛИ 10, На выходе элемента ИЛИ 10 формируется высокий 51 8потенциал, который, поступая на вход триггера 11, устанавливает его в "1", после чего сигнал "Начало работы" снимается. Единица с выхода тригге" ра 1 1 подается на элементы И 12 и 13 и разрешает прохождение через них тактовых импульсов с генератора 15 (счетчик 1 находится в нулевом состоянии и на выходе элемента НЕ 19 имеется сигнал, разрешающий прохождение тактовых импульсов через элемент И 13). Первый тактовый импульс с выхода генератора 15 через элемент И 13 поступает на стробирующий вход дешифратора 8 адреса и произво" дит выборку иэ блока 9 памяти.Иэ блока 9 памяти считывается немодифицируемая часть кода адреса очередной микроподпрограммы, которая с выхода 9,1 блока 9 поступает на входы 2.1 регистра 2 адреса. Код микроопераций первой микрокоманды с выходов 9.2 блока 9 памяти поступает в регистр 3 микроопераций на четные входы Т-триггеров, устанавливая соответствующие из них в единичное состояние, чем задается начало выдачи определенной совокупности управляющих сигналов на выход 23 устройства. Конец каждого из них, осуществляемый переводом Т-. триггера в нулевое состояние, может быть задан в любой из последующих микрокоманд микропрограммы.Время задержки элемента 14 равно времени длительности тактового импульса, поэтому в момент прекращения воздействия тактового импульса на стробирующий вход дешифратора 8 адреса с выхода элемента 14 задержки через элемент И 12 на суммирующий вход счетчика 7 адреса поступает сигнал, увеличивая его содержимое на единицу. После этого второй тактовый импульс разрешает выборку из блока 9 памяти очередной микрокоманды, содержащей только код микроопераций, Эта микрокоманда одновременно может закончить вьдачу части уп" равляющих сигналов, оставив другую чгсть вьдаваемых сигналов без изменения, и путем воздействия на счетные входы триггеров регистра 3 начать выполнение новых микроопераций. Одновременно окончание одних и начало выдачи других микроопераций позволяет устранить непроизводительные затраты времени на смену микрокоманд в регистре микроопераций, а возмож9 11097 ность не прерывать управляющий сигнал прк смене микрокоманд обеспечивает произвольную длительность этого сигнала ь пределах микропрограммы.Такая организация работы устройст 5 ва предполагает выборку из блока 9 памяти микрокоманд только в необходимые моменты, времени, когда требуется. изменение выходных сигналов. Если в течение нескольких тактов генера О тора 15, начиная с (ь+1)-го такта, не требуется не прерывать и не начинать микрооперации то в микрокоманде, выполняемой в о -м такте, задается код числа блокируемых тактовых импульсов. После выбора микрокоманды из блока 9 памяти код Числа блокируемых тактовых импульсов с выхода 9.4 блока 9 поступает на информационные входы счетчика 17 и через элемент ИЛИ 18, элемент НЕ 19 запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент И 13. Одновременно сигнал с выхода элемента ИЛИ 18 поступает на вход элемента И 16, разрешая д 5 прохождение через него тактовых импульсов с генератора 5 на вычитакщий вход счетчика 17. В Ь+1)-м такте работы устройства выборки микрокоманды из блока 9 памяти не происходит,30 а так-овый импульс с генератора 15, поступая через элемент И 16 на вы. читающий вход счетчика 17, уменьшает его содержимое на единицу. После обнуления счетчика 17 на выходе элемента ИЛИ 18 устанавливается низкий по 35 тенциал, который через элемент НЕ 19 разрешает прохождение очередного тактового импульса через элемент И 13. Одновременно низкий потенциал с выхода элемента ЮЗИ 18 запрещает прохож 40 дение тактовых импульсов с генератора 15 на вычитающий вход счетчика 17 через элемент И 16. Схема блокировки тактовых импульсов позволяет исключить хранение в блоке 9 памяти45 "пустых" микрокоманд.Линейная последовательность микро- команд выполняется устройством в режйме естественной адресации, т.е, каждой последующей выборке из памяти. предшествует увеличение содержимого счетчика адреса на единицу. Это поз" воляет не хранить в блоке 9 памяти адресные части всех микрокоманд, а следовательно, и уменьшить его объем. 5Переходы между микроподпрограммами, т.е. переходы по логическим условиям осуществляются следующим образом,51 10С регистра 3 микроопераций и ймикрокомандой задается микрооперацияопроса устройства, от состояния которого зависит ветвление в микропрограмме. Сигнал с опрошенного устройствапоступает на вход 20 микропрограммного устройства управления и через элемент ИЛИ 1 устанавливает триггер(вход 2.2) регистра 2 адреса в единицу,Если сигнала с опрашиваемого устройства не поступило, состояние моди-Фицируемого разряда регистра 2 адреса остается нулевым и таким образомФормируется второй возможный адресперехода. В Ь+1)-и микрокоманде,соответствующей последней микрокоманде микроподпрограммы, задается конецмикрооперации опрашиваемого устройства и сигнал управления перезаписьюсформированного адреса из регистра 2адреса в счетчик 7 адреса. После выборки из памяти (и+)-й микрокоманды управляющий сигнал с выхода 9.3 блока 9 памяти поступает на вход установки а "О" триггера 11, устанавливая его в нулевое состояние, и на вход одновибратора 5. Нулевой потенциал с выхода тркггера 11 запре" щает прохождение тактовых имцульсов с генератора 15 через элементы И 12 и 13, В результате этого увеличение содержимого счетчика 7 адреса на единицу будет блокировано. Одновибратор 5 под воздействием управляющего сигнала на его входе формирует импульс, длительность которого равна времени перезаписи адреса из регистра 2 адреса в счетчик 7 адреса. Этот импульс с выхода одновибратора 5 поступает на управляющий вход 6.2 мультиплексора 6, разрешая перезапись адреса очередной микро- подпрограммы, и через элемент 4 задержки поступает на вход установки в "0" регистра 2 адреса, сбрасывая его содержимое после перезаписи адреса. Параллельно с перезаписью адреса в счетчик 7 адреса код адреса через элемент ИПИ 10 устанавливает триггер 11 в "1". Сигнал выхода. триггера 11 поступает на элементы И 12 и 13 и вновь разрешает генератору 15 тактовых импульсов производить последовательную выборку микрокоманд микроподпрограммы. Заметим, что переход по логическим условиям вызывается не всей совокупностью устройств управляемого объекта, а отдельными его частями, напримерсумматором, поэтому нет необходимости прекращать вьдачу управляющих сигналов в остальные части объекта, что и реализовано в управляющем устройстве, В то время, когда микропроЮграммное устройство управления пере- ходит к другой микроподпрограмме, управляющие сигналы не выдаются на те устройства, от которых зависит этот переход, но вьдача их не пре" кращается для части управляемого объекта. Эти особенности должны быть учтены при программировании управляющей памяти микропрограммного уст" ройства управления. 15Для программ с большим количеством ветвлений возможности устройства позволяет организовать чисто принудительный режим адресации следующим образом. Группа микроопераций реали зуется двумя микрокомандами, первая из которых содержит адресную часть и операционную часть, задающую начало выполнения микроопераций. Вторая микрокоманда содержит операционную 25 часть, задающую конец выполняемых микроопераций и управляющий сигнал перезаписи адреса из регистра 2 адреса в счетчик 7 адреса. При этом работа устройства организуется так же, как и было описано. Использование же естественной адресации при линейной последовательности микрокоманд позволяет значительно сократить общее время выполнения микроподпрограммы за счет рационального размещения во времени выполняемых микроопераций. Это обеспечивается новыми возможностями устройства одновременно начинать одни и заканчивать другие микрооперации, а также свойством сохранения сигнала на выходе устройства при смене микрокоманд.Окончание работы устройства после выполнения микропрограммы задается программным способом. Последняя микроподпрограмма осуществляет переход к микрокоманде с нулевой адресной частью и единственным управляющим признаком в операционной части. После выборки из памяти управляющий сигнал с выхода 9.3 блока 9 памяти устанавливает триггер 11 в нулевое состояние, чем блокируются последующие сигналы обращения к памяти, и запускает одновибратор 5. Одновибратор 5 разрешает перезапись адреса через мультиплексор 6 из регистра 2 в счетчик 7. Но так как код адреса нулевой, то он, пройдя элемент ИЛИ 10, не может установить триггер 11 в единичное состояние, что сохраняет блокировку тактовых импульсов генера,тора 15, Устройство ждет прихода нового кода операций и сигнала "Начало работы". Таким образом, асинхронная вьдача сигналов управления улучшает технические характеристики предлагаемого устройства и расширяет область его применения.1109751 Составитель В.БрагинТехред Л. Коцюбняк Корректор С.Шекма ак Заказ ми откр 4/5 аушская н ал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная 5/34 Тираж б 99 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва,Ж, Подписноета СССРтий