Устройство для обработки данных переменной длины

(51)5 0 06 Р 15/ МИТЕТОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ИЗОБРЕТЕН И ИДЕТЕЛЬС ВТОРСКО ая машина рницкого, ение, 1982,(21) 4130015/24(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ПЕРЕМЕННОЙ ДЛИНЫ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в процессорах цифровых вычислительных машин, Изобретение позволяет повысить пропускную способность устройства для обработки данных переменной длины за счет сокращения внутреннего цикла работы, а также ускоренного выполнения операций маскирования и часто встречающихся видов логической обработки данных. Устройство реализовано на основном оборудовании процессора и содержит шины 1 - 4 данных, являющиеся информационными входами-выходами 5 - 8 устройства, блок 9 памяти, блоки 10, 11 коммутации, арифметика-логический блок 13, коммутатор 12, регистр 16 маски, регистр 18 тетрадных переносов, первый 19 и второй 20 шифраторы маски. Блоки 10 и 11 обеспечивают реа1675897 10 20 25 30 35 лизацию в устройстве функций сдвига Гвыравнивания) и маскирования данных с помощью масок, формируемых шифраторами 19 и 20, Устройство позволяет обрабатывать данные переменной длины блоками (полуслова, слово и т,д.), формат которых превышает байт, Устройство обеспечивает Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам для обработки данных переменной длины, и мо. жет быть использовано в процессорах цифровых вычислительных машин,Цель изобретения - гювышение пропускной способности,На фиг, 1 представлена структурная схема устройства для обработки данных переменной длины; на фиг, 2 - предпочтитель. ный вариант реализации блоков коммутации для случая малых универсальных ЭВМ.Устройство для обработкй данных переменной длины (фиг, 1) содержит первую 1, вторую 2, третью 3 и четвертую 4 шины данных, являющиеся соответственнс первым 5, вторым 6, третьим 7 и четвертым 8 информационными входами-выходами, блок 9 памяти, первый 10 и второй 11 блоки коммутации, коммутатор 12, арифметико. логический блок 13, блок 14 управления сдвигом, выход которого является входом 15 управления сдвигом, регистр 16 маски, вход которого является входом 17 маски, регистр 18 тетрадных переносов, первый 19 и второй 20 шифраторы маски и шину 21 управления. Первый выход 22 блока 9 памяти, первый информационный вход 23 блока 10 коммутации и первый информационный вход 24 второго блока 11 коммутации подключены к первой шине 1 данных, второй выход 25 блока памяти 9, второй информационный вход 26 первого блока 10 коммутации и второй информационный вход 27 второго блока 11 коммутации подключены к второй шине 2 данных, первый информационный вход 28 блока памяти 9 и выход 29 коммутатора 12 подключены к третьей шине 3 данных, второй информационный вход 30 блока 9 памяти и выход 3" коммутатора 12 подключены к четвертой шине 4 данных. Выход 32 первого блока О коммутации и выход 33 второго блока 11 коммутации соединены соответственно с первым 34 и втообработку десятичных данных без применения схемы десятичной коррекции, наложение двух разных масок на обрабатываемую информацию, а также оперативное изменение и использование новой маски (новых масок) в каждом цикле работы устройства.2 ил., 3 табл. рым 35 информационными входами блока 13, выход 36 тетрадных переносов которого подключен к информационному входу 37 регистра 18 тетрадных переносов, а информационный выход 38 - к информационному входу 39 коммутатора 12, Выходы 40 и 41 соответственно первого 10 и второго 11 блоков коммутации объединены и подключены к информационному входу 42 коммутатора 12. Выход 43 регистра 16 маски соединен с входом 44 первого шифратора 19 маски и входом 45 второго шифратора маски, вход 46 которого подключен к выходу 47 регистра 18 тетрадных переносов, Выходы первого 19 и второго 20 шифраторов маски соединены соответственно с информационным входом 48 блока 10 и информационным входом 49 блока 11, вход 15 управления сдвигом подключен к информационным входам 50 и 51 блоков 10 и 11 соответственно. Шина 21 управления подключена к управляющим входам 52-61 соответственно блока 9 памяти, первого 10, второго 11, третьего 12 коммутаторов, блока 13, блока 14 управления сдвигом, регистра 16 маски, регистра 18 тетрадных переносов, первого 19 и второго 20 шифраторов маски,В представленном на фиг, 2 варианте реализации первого 10 и второго 11 блоков коммутации, учитывающем особенности структурной организации малых универсальных вычислительных машин, каждый из них содержит первый 62 и второй 63 регистры исходных данных, мультиплексоры 64 входных данных и мультиплексор 65 сдвига. Входы 66 - 1 и 66 - 2 соответственно регистров 62 и 63 являются информационными входами 23 (24), 26 (27) блока 10 (11), Вход 67 левого сдвига вход 68 правого сдвига мул ьтиплексора 65 сдвига и первый 69 информационный вход мультиплексора 64 соединены с выходом 70 первого регистра 62 исходных данных, Второй информационный вход 71, вход 72 левого сдвига и вход 7345 правого сдвига мультиплексора 64 соединены с выходом 74 второго регистра 63 исходных данных, Вход 75 маскирования мультиплексора 64 является информационнымвходом 48 (49) блока 10 (11), Входы 76 и 77управления сдвигом соответственно мультиплексора 65 сдвига и мультиплексора 64образуют информационный вход 50 .(51)блока 10 (11), Управляющие входы 78-81соответственно первого 62, второго 63 регистров исходных данных, мультиплексора 64 10и мультиплексора 65 сдвига, образуют управляющий вход 53 (управляющий вход 54)блока 10 (11), Выход 82 мультиплексора 64является выходом 32 (33) блока 10 (11), выход 83 мультиплексора 65 сдвига является 15выходом 40 (41) блока 10 (11;,Команды процессора, служащие для обработки полей переменной длины, имеют,как правило, формат "память - память", Вбольшинстве современных ЭВМ, включая 20ЕС ЭВМ, в команде задаются адреса и длины первого и второго операндов, результатоперации записывается на место первогооперанда, На расположение операндов относительно целочисленных границ памяти 25не накладывается существенных ограничений, т,е, операнды (поля данных) могут начинаться с любого байта и заканчиватьсялюбым байтом в пределах слова памяти,При обработке данных переменной длины 30на основном оборудовании процессора блоками данных, формат которых (полуслово,слово и т.п.) совпадает с форматом основных средств обработки, в первую очередьарифметико-логического устройства, обычно выделяют следующие этапы: выборкаоперандов из основной памяти; выравнивание операндов относительно друг друга(так, чтобы позиции одноименных байтов впределах целочисленных границ у обоих 40операндов совпадали); выполнение операции; запись результата в основную. память(на место первого операнда),Устройство работает следующим образом. 45В процессе выборки из основной памяти (на фиг. 1 не показана) слова операндовпоступают на шины 3 и 4 данных, являющиеся информационными входами-выходами7 и 8 устройства, и через входы 28 и 30 по 50сигналам с шины 21 записываются в блок 9памяти. Для выравнивания, например, второго, операнда относительно первой границы первого операнда определяетсяпараметр сдвига, указывающий направление сдвига и количество разрядов, на которое-необходимо сдвинуть второй операнд,Определение параметра сдвига осуществляется по значениям двух младших разрядов адресов крайних правых байтов первого и второго операндов и может быть выполнено двумя путями. В первом случае в состав блока 14 управления сдвигом вводится специальное оборудование, которое вычисляет параметр сдвига, Для этого вход 15 управления сдвигом устройства должен быть подключен к шинам 1 и 2 данных, на которые из блока 9 памяти через выходы 22 и 25 должны считываться адреса (или младшие разряды адресов) крайних правых байтов обоих операндов.Для малых универсальных. ЭВМ, например терминальных ЭВМ, для которых весьма актуальным является экономия оборудования, целесообразнее определять параметр сдвига микропрограммным способом путем анализа кодов крайних правых байтов обоих операндов. В этом случае управление сдвигом второго операнда осуществляется через блок 14 управления сдвигом по сигналам от блока микропрограммного управления (на фиг. 1 не показан), подаваемым через вход 15 устройства.Функции сдвига в предлагаемом устройстве реализуются блоками 10 и 11 (фиг.2), Для этого выход 74 регистра 63 подключен к входам 72 и 73 мультиплексора 64 так,. чтобы получить на выходе 82 мультиплексора 64 по сигналам управления, поступающим через входы 77 и 80, информацию, сдвинутую соответственно влево и вправо,При выполнении сдвига на четыре разряда к входу 42 коммутатора 12 подключается выход 41 блока 11, при сдвиге на один разряд к входу 42 коммутатора 12 подключается выход 40 коммутатора 10.Младшее полуслово сдвинутого на четыре разряда слова второго операнда с выхода 33 блока 11 поступает на вход 35 блока 13, настроенного через управляющий вход 56 на функцию транзита по входу 35, С выхода 38 блока 13 младшее полуслово поступает на вход 39 коммутатора 12. Последний по сигналу на входе 55 осуществляет прямое подключение входов 42 и 39 на выходы соответственно 31 и 29 либо перекрестное подключение указанных входов на выходы 32 и 29, Подобная организация коммутатора 12 обеспечивает удобство компоновки данных, например, записываемых в блок 9 памяти. С выходов 29 и 31 коммутатора 12 сдвинутое слово второго операнда через шины 3 и 4 данных записывается в блок 9 памяти.Аналогично выход 70 регистра 62 подключен к входам 6 и 68 мультиплексора 65 сдвига так, чтобы получать на выходе 83 мультиплексора 65 по сигналам управления, поступающим через входы 76 и 81, информацию, сдвинутую соответственно влево и(для полуслова) вправо, Через первый 69 и второй 71 входы мультиплексора 64 информация с выходов 70 и 74 соответственно регистров 62 и 63 передается на выход 82 мультиплексора 64 без сдвига, Занесение информации в регистры 62,и 63 через входы 661 и 66-2 соответственно осуществляется по сигггалалг шины 21, поступающим через управляющие входы 78 и 79,Для малых универсальных ЭВМ, в частности терминальных ЭВМ, необходимым и достаточным является наличие возможно. сти сдвига информации на один и четыре разряда влево и вправо, Наличие сдвига на один разряд обеспечивает реализацию команд сдвига, а также алгоритмов итеративного получения результата (умножения, деления и т,п.), С помощью сдвига на четыре разряда осуществляется обработка информации экономического характера, основными элементами которой являются цифры, эоны и тому подобное, представляющие собой четырехразрядные коды, а также реализация алгоритмов итеративного получения результатов, напрлмер, в командах обработки десятичных данных.В предлагаемом устройстве сдвиг на четыре разряда реализуется в блоке 11, сдвиг на один разряд - в блоке 10, Слово второго операнда по сигналам шины 21 управлеггия, поступающим через управляющий вход 52, считывается на шинах 1 и 2 данных и через входы 24 и 27 по полусловам поступает в блок 11 где по сигналам управления, поступающим через входы 54 и 51, осуществляется его сдвиг на четыре разряда в требуемом направлении, Выход 83 мультиплексора 65 выполнен на элементах, допускающих непосредственное обьединение по входу(например, мультиплексор 65 може быть реализован на микросхемах К 555 КП 11, имеющих выход с тремя состояниями),В командахдесятичнои арифметики(ЕС ЭВМ) размер операндов не превышает 16 байтов, поэтому в них, как правило, вьравниванию подвергается весь операнд, В командах ггогической обработки данных переменной длины, в которых максиг гапьная длина операнда может составлять 256 байтов, выравнивание производится последовательно блоками определенной длиньг,Если операнд(или его часть) состоит из нескольких слов, описанная процедура сдвига повторяется необходимое число раз. В результате весь операнд(или определенная его часть) оказывается сдвинутым на четыре разряда. Циклы сдвига операнда на четыре разряда повторяготся столько раз, сколько это необходимо для выравнивания второго операнда или его части относительно первого операнда. В частности, позиции крайних правых байтов операндов в пределах полуслова могут отличаться не более чем на один байт, поэтому при ориентации на обработку полусловами (что характерно для малых ЭВМ) выравнивание либо не требуется, либо выполняется за два последовательных цикла сдвига на четыре разряда. В ходе подготовки к выполнению операции, а во многих командах - и во время выполнения операции над словами (полусловами) операндов, интенсивно используется аппарат маскирования. Аппарат маскирования обеспечивает обнуление ненужной (паразитной) информации главным образом слева и справа от левой и правой границ операнда соответственно, а также используется для выделения различных частей операндов, их сочленения и т,д, В предлагаемом устройстве аппарат маскирования обеспечивает формирование и наложение тетрадных масок, что позволяет эффективно обрабатывать данные переменной длины на уровне их элементарных составляющих (цифр, знаков, зон и т,п.),Маскирование информации, поступающей на вход 34 арифметико-логического блока 13, осуществляется в блоке 10 с помощью маски, вырабатываемой шифратором 19 маски, Маскирование информации, поступающей на вход 35 блока 13, осуществляется в блоке 11 с помощью маски, вырабатываемой шифратором 20. Вид маски определяется информацией, записанной в регистр 16 маски (для первого 19 и второго 20 шифраторов маски) либо в регистр 18 тетрадных переносов (только для шифратора 20).Шифратор 19 маски работает в двух режимах и может управляться с помощью одного разряда микрокоманды: 0 - нет маскирования (фактически маскирование с помощью маски ГЕТЕ для полуслова, где Е= (1111)2); 1 - маскирование с помощью маски, записанной в регистр 16 маски в соответствии с табл. 1 (для полуслова),Шифратор 20 маски работает в четырех режимах и может управляться с помощью двух разрядов микрокоманды: 00 - нет маскирования (равносильно формированию для полуслова единичной маски ГРЕГ); 01 - маскирование с помощью маски, записанной в регистр 18 тетрадных переносов в соответствии с табл, 2 (для полуслова); 11 - маскирование с помощью маски, записанной в регистр 16 маски в соответствии с табл. 3 Занесение информации в регистр 16 маски производится по сигналу шины 21, подаваемому через управляющий вход 58,(неоткорректированный) тетрад 35 ные переносы 40 50 Вход регистра 16 маски, являющийся входом 17 маски устройства, может быть подключен непосредственно к управляющей памяти (памяти микрокоманд) процессора (на фиг. 1 не показана), в этом случае маска является одним из полей микрокомандц и может изменяться в каждом такте (цикле) работы устройства.В предпочтительном варианте реализации блоков 10 и 11 (фиг, 2) непосредственно операция маскирования выполняется в мультиплексоре 64, при подаче на вход 75 маскирования которого нулевого значения маски с его выхода 82 считывается нуаь независимо от значения входной информации. При построении мультиплексора 64 на микросхемах, например, К 531 КП 2 и их функциональных аналогах функция маскирования реализуется элементарным образом,Обработка десятичных данных в рассматриваемом устройстве не требует схемы коррекции "+10" и выполняется следующим образом, Для того, чтобы двоичный перенос идентифицировал десятичный перенос при один из операндов должен быть представлен в коде "с избытком б", Получение одного из операндов в коде "с избытком 6" производится путем его сложения на арифметикологическом устройстве с константой 6666(для полуслова) в шестнадцатеричном представлении. С этой целью полуслова операнда считываются из блока 9 памяти на одну из шин данных, например шину 1 данных,на другую шину данных (шину 2 данных) считывается, например, из зоны константы с микрокоманды или из ПЗУ констант (на фиг, 1 не показаны) константа бббб. Далее через блоки 10 и 11 слагаемые подаются на входы соответственно 34 и 35 блока 13, с выхода 38 которого очередное полуслово операнда в коде "с избытком 6" поступает на вход 39 коммутатора 12. Последний обеспечивает выдачу информации как на шину 3 данных, так и на шину 4 данных, с которых она может быть записана в блок 9 памяти.При сложении в арифметико-логическом устройстве одного из операндов с другим, представленным в коде "с избытком 6", тетрадные переносы по сигналу с шины 21, подаваемому через управляющий вход 59, фиксируются в регистре 18 тетрадных переносов. При этом справедливо следующее правило: тетрады результата, из которых не было переноса, получены в коде "с избытком 6", и требуют корректировки; тетрады результата, из которых был перенос, получены в коде 8421 и не требуют корректировки. Полуслово результата, отдельные тетрадц которого требуют корректировки, с выхода 5 10 15 20 38 блока 13 через коммутатор 12 записывается в блок 9 памяти и в следующем цикле (такте) работы устройства считывается на шину 1 данных для корректировки, Корректировка производится с помощью константы 6666, использовавшейся при получении одного иэ операндов в коде "с избытком 6" и хранящейся в регистре 63 коммутатора 11 либо вновь считываемой на шину 2 данных из зоны константы микрокоманды или ПЗУ констант, Корректировка заключается в вычитании из полуслова результата, требующего корректировки, константы 6666, отмаскированной с помощью маски, вид которой определяется содержимым регистра 18 тетрадных переносов в соответствии с табл. 2. Откорректированное полуслово результата записывается в блок 9 памяти, Аналогично обрабатываются все последующие полуслова операндов,П р и м е р 1, Сложить числа 1234 и 5678.Получение числа 1234 в коде "с избытком б";1234(двоичное значение) Корректировка результата:формирование маски в соответствии с табл 2;содержимое регистра 0011 тетрадных переносов Ш Ф вид маски (шестнадцати- ЕЕО ричное значение) наложение маски на константу(в коммутаторе 11): .Г логическое6 б 6 6 умножение Е Е О 06600 вычисление константы:С Е 12- 66.0 О результат 6 9 1 2 При вычитании двоично-десятичных чисел этап получения одного из операндов в коде "с избытком 6" опускается. Корректировка цифр результата выполняется аналогично случаю сложения, 1675897(1- нет займа;О- есть за 32 Ц 2 32 Ц 2 Г 0 Г 0 32 0 32 0 логическое умножение 1000 ОГГР Вид маски 20 30 35 50 П р и м е р 2. Вычесть из числа 9012число 3456 Выполнение операции вычитания; 901234565 В В С(шестнадцатиричное значение)двоичное значение) тетрадные переносы О О Корректировка результата; формирование маски в соответствии стабл. 2; наложение маски на константу: логическое 16 6 6 6умножение О Г Г Г0666вычитание константы:5 ВВС0666результат 5 5 5 6После корректировки результат по словам считывается из блока 9 памяти на шины 1 и 2 данных и чере них передается для записи в основную память.Таким образом, для выполнения операций десятичного сложения и вычитания в предлагаемом устройстве схема коррекции "+10" не требуется, Отсутствие схемы коррекции "+10" позволяет исключить из внутреннего цикла работы устройства задержку, связанную с прохождением информации через зту схему, тем самым повысить пропускную сггособность устройства.Возможности предлагаемого устройства в части ускоренного выполнения отдельных аидов логической обработки, главным образом сочленения различных частей двух операндов друг с другом, иллюстрирует следующий и ример.Пусть требуется к цифрам первого операнда подформировать зоны второго операнда в рамках выполнения команды ПЕРЕСЫЛКА ЗОН), Оба операнда представлены в зонном форглате ЕС ЗВМ: первый операнд - 31 Ц 1 31 Ц 1, второй Опвранд - Зг Ц 2 32 Ц 2, гдЕ 3, Зг - ЗОнь 1 первого и второго операндов; Ц 1, Ц 2 - цифры первого и второго операндов.Выполнение операции складывается из следующих этапов: задание режимов маскирования с помощью маски, записанной в регистр 16 маски, для шифратора 19 и с помощью маски, инверсной по отношению к записанной в регистр 16 маски, для шифратора 20. запись в регистр 16 маски двоичного значения 0101, что в соответствии с табл. 1 задает для блока 10 маску вида ОГ, ОГ, а в соответствии с табл. 3 для блока 11 маску аида ГОГО (шестнадцатиричные значения); маскирование в блоках 10 и 11 (полуслов) соответственно первого и второго операндов, считанных из блока 9 памяти: логическое 31 Ц 1 31 Ц 1умножение 0 Г 0 Г0 Ц 1 0 Ц 2 собственно сочленение данных в блоке 13путем задания функции ИЛИ (логическогосложения): логическое 0 Ц 1 0 Ц 1сложение 32 0 32 0 .результат 32 Ц 1 32 Ц 1Выполнение указанных действий в рассматриваемом устройстве возможно за один цикл его работы. Аналогично выполняются и другие операции сочленения или подформировдния.Формула изобретения Устройство для обработки данных переменной длины, содержащее первый и второй блоки коммутации, блок памяти, арифметико-логический блок, первый шифратор маски и регистр маски, информационный вход которого подключен к входу маски устройства, выход которого соединен с первым входом шифратора маски, выход которого соединен с первым управляющим входом первого блока коммутации, первый выход которого соединен с первым информационным входом арифметико-логического блока, второй информационный вход которого соединен с первым выходом второго блока коммутации, первые информационные входы первого и второго блоков коммутации и первый выход блока памяти через первую шину данных подключены к первому информационному входу-выходу устройства, вторые информационные входы первого и второго блоков коммутации и второй выход блока памяти через вторую шину данных подключены к второму информационному входу-выходу устройства, вход управления режимом, и адресный вход блока памяти, вход кода операции, первый управляющий вход второго блока коммутации, второй управляющий вход первого блока коммутации, вход записи регистра маски ф и второй вход первого шифратора маски подключены к шине управления устройст1675897 14 коммутации, третий управляющий вход которого подключен к третьему управляющему входу первого блока коммутации и входу управления сдвигом устройства, 5 первый выход коммутатора и первый информационный вход блока памяти через третью шину данных подключены к третьему информационному входу-выходу устройства, второй выход коммутатора и 10 второй информационный вход блока памяти через четвертую шину данных подключены к четвертому информационному входу-выходу устройства, управляющий вход коммутатора, третий вход второго 15 шифратора маски и вход записи регистратетрадных переносов подключены к шине управления устройства,ва, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения пропускной способности, оно содержит коммутатор, регистр тетрадных переносов и второй шифратор маски, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом регистра маски и выходом регистра тетрадных переносов, информационный вход которого соединен с выходом тетрадных переносов арифметико-логического блока, информационный выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора, второй информационный вход которого соединен с объединенными вторыми выходами первого и второго блоков коммутации, выход второго шифратора маски соединен с вторым управляющим входом второго блока Таблица 1 о о о оо о г о о г о о о г г о г о о о г о г о г г о о г г г г о о оо о г г о г о г о г г г г о о г г о г г г г о г г г г.Таблица 2 Содержимое регистра тет- Вид маски (шестнадцатерадньк переносов ричное значение) о о о о о о о о о о о о о о о о о о о оо о оо о оооо оооо оооо ооо о о о о о оо о о о о о о оо о о о оо о о о о 1 г о г о г о г о о г о г о г о г о о о о о о о о Р Р Р О о г о г г о о г о о г о о г о о Р Р г о о г о о1675897 Таблица 3 Содержимое регистмаски Вид инверсной маски(шестнадцатеричноезначение) 8 ЖЯЬ. 1Составитель Ю. Лан Редактор И, Горная Техред М.Моргентал орректор Л,Бескид каз ЗОО 4 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 О 0 0 0 0 О 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 О 0 0 1 1 0 1 1 0 О О 1 1 0 1 1 О О О 1 1 0 1 1 Р 0 0 0 0 0 О 0 0 Р Е Р Р Р 0 Р 0 Р Р 0 0 0 Е Р 0 Р 0 0 О . Р 0 0 0 Р Р Р Р Е 0 Р 0 Р Р 0 0 0 Р Р 0 Р 0 0 О Р 0 0 0