Устройство микропрограммного управления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСЧИЧГСКИХРЕСПУбЛИК 5636 А 19 1)5 6 06 Е 9/22 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СВИДЕТЕЛ ЬСТ ВТОРС 2 ты ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Проектирование цифровых систем накомплектах микропрограммируемых БИС,М.: Радио и связь, 1984, с. 121-135, рис. 4,12.(54) УСТРОЙСТВО МИКРОПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение при создании центральных процессоров, например, для формирования и считывания адреса следующей микрокоманды,Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства микропрограммного управления.Устройство содержит блок местного 1 управления, элемент ИЛИ - НЕ 2, счетчик 3 адреса, счетчик 4 циклов, формирователь 5 признака нуля, стек 6 адресов микропрограмм с указателем стека, коммутатор 7 адреса, регистр 8 исполнительного адреса, блок 9 памяти микрокоманд, регистр 10 микрокоманд, кроме того, на чертеже показаны вход 11 модификации (вход переноса в счетчик 3 адреса) адреса устройства, вход 12 синхронизации устройства, вход(первый) 13 начальной установки устройства, вход 14 (14.1. 14.2, 14.314.1) адреса устройства, вход 15 условие перехода устройства, код 16 начальной установки (сброса), коды 17.1 и(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение при создании центральных процессоров, Целью изобретения является повышение быстродействия устройства, Устройство содержит блок местного управления, элемент ИЛИ - НЕ, счетчик адреса, счетчик циклов, формирователь признака нуля, стек адресов микропрограмм, коммутатор адреса, регистр 8 исполнительного адреса, блок памяти микрокоманд, регистр микрокоманд, 4 ил., 2 табл. 17,2 управления стеком 6, коды 18,1 и 18.2 управления коммутатором 7, код 19 раэрещения считывания регистра микрокоманд 10, второй вход (код) 20 начальной установки, коды 21,1. и 21,2 управления счетчиком 4, выход 22 признака задания начального адреса устройства, выход 23 признака запроса вектора прерывания устройства, информационный. выход 24 счетчика 3, информационный выход 25 счетчика 4, информационный выход 26 стека 6, выход 27 формирователя признака нуля (код признак обнуления счетчика 4), информационный выход 28 коммутатора 7, информационный выход 29 регистра 8, информационный выход 30 (микрокоманда) блока 9, выход 31 поля (код) адреса регистра 10, выход 32 поля кода анализируемого условия регистра 10, выход 33 (33.1, 33.233.1) поля местного управления (микроприказы) регистра 10, выход 34 признака записи адреса, выход 35 +стек заполнен", выход 36 поля (код) микро- операций устройства,Счетчик циклов (фиг.2) содержит (для черехраэрядного варианта) элементы И 36, 181563637, 38, 39, 41, 42, 43, элементы исключаюЩие ИЛИ 44, 45, 46. 47, элементы ИЛИ 40, 48, 49, 50, 51, триггера 55, 56, 57, 58, элементы ИЛИ - НЕ 52, 53, 54, входы данных 14,1, 14.2, 14,3, 14,4, входы 21.1 и 34 признака записи адреса в счетчик, вход признака считывания адреса 21.2, вход синхронизации 12, вход начальной установки 16, прямые выходы триггеров 25.1, 25.2, 25.3, 25,4, обратные выходы триггеров, 25,1, 25.2, 25,3 и 25,4,Счетчик адреса (фиг.З) содержит (для четырехразрядного варианта) элементы исключающие ИЛИ 59, 61, 63, 65, элементы И 60, 62, 64, 66, О-триггера 68, 69, 70, 71 (68 - младший разряд, 71 - старший разряд), информационные входы 28.1, 28.2, 28,3, 28.4, вход переноса 11, (модификации адреса), выход переноса 72, синхровход 12, вход начальной установки 16, информационные выходы счетчика адреса 24,1, 24.2, 24.3, 24,4.Блок местного управления (фиг,4) длячетырехразрядного кода микрокоманды содержит элементы ИЛИ 73, 75, 77, 81, 83, 85, 87, 94, группы элементов ИЛИ 79, 89, 91, элемент И 95, элементы ИЛИ - НЕ 74, 76, 78, 80,82,84,86,88,90,92,дешифратор 93, вход (код) 27 признака обнуления счетчика 4, вход 32 кода анализируемого условия, вход (код) 15 условие перехода устройства, входы (коды) 33.1, 33.2, 33,3, 33.4 поля местного управления (микроприказы), выход (код) 20 начальной установки, выходы (коды) 321.1.и 21,2 управления счетчиком 4, выход (код) 22 признак задания начального адреса, выход (код) 23 признак запроса вектора прерывания, выход(код) 19 разрешения считывания регистра микрокоманд 10, выходы (коды) 17.1 и 17.2 управления стеком 6, выходы (коды) 18.1 и 18.2 управления коммутатором 7.Регистр 8 исполнительного адреса построен как типовой регистр,Нумерация элементов, внешних входови выходов счетчика циклов, счетчика адресаи блока местного управления проделана сучетом нумераций блоков, входов и выходовустройства микропрограммного управления (см,фиг.1, фиг.2, фиг,З, фиг,4 совместно),Устройство работает следующим образом.Каждая микрокоманда, хранящаяся вблоке 9 памяти микрокоманд содержит адресную и управляющую часть. Адреснаячасть микрокоманды содержит код 31 адреса следующей микрокоманды, Управляющая часть микрокоманды содержит кодовуюпоследовательность 33.1, 33,2, 33.1, .ЗЗлмикроприказа, которые выдаются при выполнении текущей микрокоманды в виде ко довой комбинации, код 32 анализируемого условия, код 34 признака записи адреса в счетчик 4 циклов и код 36 управления микроопераций,Работу устройства можно условно разделить на два этапа и средства: первый (основной) этап и средства - формирование адреса следующей микрокоманды, второй этап и средства - хранение исполнительного адреса, хранение и считывание микроко 510 манды.Рассмотрим этап формирования адреса следующей микрокоманды. Адрес формируется из двух источников: внутренних и внешних. Внутренними источниками являются:регистр 10 микрокоманд, счетчик 3 адреса, счетчик 4 циклов, стек 6 адресов микропрограмм, Внешними источниками могут быть 20 дешифратор начального адреса и дешифратор векторов прерывания.Рассмотрим назначение средств формирования адреса следующей микрокоманды.Блок местного управления построен каклогическая матрица. Блок 1 местного управления (для четырехразрядного кода микро- команды) при кодовой комбинации 33.1, 33,2, 33,3 и 33,4 микроприказов, кода 15, ЗО кода 27 и кода 32 вырабатывает одновременно управляющие коды: коды 17.1, 17.2 управления стеком 6, коды 18,1 и 18,2 управления коммутатором 7, коды 21.1 и 21.2 управления счетчиком 4, код 20 начальной 35 установки и один из трех кодов: 19 (разрешения считывания регистра 10), 23 (признак запроса вектора прерывания), 22 (признак задания начального адреса),Ниже приводятся табл.1 и 2 истинности 40 дешифратора блока местного управления и данного блока местного управления для случая четырехразрядного кода микрокоманды,Счетчик циклов работает в следующих45 режимах: режим записи данных (записываемыми данными могут быть адреса или количество циклов) на вход 21,1 или 34подается сигнал "0", на вход 21,2. подаетсясигнал "1". Через элементы И 36, 37, 38, 3950 и ИЛИ 48, 49, 50, 51 входные данные записываются в триггера 55, 56, 57, 58 при положительном фронте синхросигнала.Режим обратного счета (счетчик работает как вычитающий): на вход 21.1 (или 34)55 подается сигнал "1". На вход 21,2 подаетсясигнал "0", На выходах элементов И 36, 37,38, 39 устанавливается сигнал "0". При этомна выходе элемента ИЛИ 40 устанавливается "1", а на выходах элементов И 41, 42, 43устанавливается конъюнкция сигналов с об 1815636ратных выходов триггеров 55, 56, 57. Из-за того, что прямые выходы триггеров 55, 56, 57. 58 соединены с первыми входами элементов исключающие ИЛИ 44, 45, 46, 47 и выходы элемента ИЛИ 40, элементов И 41, 42, 43 соединены с вторыми входами элементов исключающее ИЛИ 44, 45, 46, 47 просуммированные по воб "2" значение сигналов через элементы ИЛИ 48, 49, 50, 51 поступает на Р-входы триггеров 55, 56, 57, 58 и записывается на положительном фронте синхросигнала 12. Режим хранения: на вход 21.1. (или 34) и 21.2 подается сигнал "1", На выходе элементов И 36, 37, 38, 39, 41, 42, 43 и элемента ИЛИ 40 значение сигнала "0", Через элементы исключающие ИЛИ 44, 45, 46, 47 (суммирование по вод "2") и ИЛИ 48, 49, 50,51 сигналы из прямых выходов триггеров 55, 56, 57, 58 поступают на Р-входы триггеров 55, 56, 57. 58 и обеспечивается таким образом хранение информации, ранее записанной в триггерах 55, 56, 57. 58.Формирователь 5 признака нуля вырабатывается код 27 признака обнуления (положительный сигнал) только в том случае, когда код 25 равен нулю (т.е. содержимое счетчика 4 равно нулю).Счетчик адреса работает следующим образом,Режим увеличения адреса (данных) на "1". При этом режиме код 11 переноса должен быть "1". Тогда в зависимости от входных данных (кодов) 28,1, 28.2, 28.3 и 28.4 на выходе элементов исключающие ИЛИ 59, 61, 63, 65 устанавливаются коды, увеличенные на "1" и следовательно по Р-входу триггера 68. 69, 70, 71 также устанавливается при положительном фронте синхросигнала 12 соответствующее состояние. На выходе 72 переноса код "1" устанавливается только в том случае когда на входах 28,1, 28.2, 28.3, 28.4 и 11 установлено состояние "1".Режим хранения данных. При этом режиме код 11 переноса должен быть равен "0", тогда при положительном фронте синхросигнала 12 в триггерах 68, 69, 70, 71 записываются коды 28,1. 28,2, 28.3, 28.4 без изменений.Стек б адресов микропрограмм - память с указателем стека, Стек б предназначен для хранения адреса возврата при выполнении микропрограмм и работает по принципу - "последний записан - первый прочитан". Стеком б обеспечивается запись, хранение и считывание кода 24 адреса, сформированного в счетчике 3. При записи информации указатель стека увеличивается на единицу, при считывании уменьшается на единицу. Глубина вложен 30 35 40 (первый) 13 начальной установки устройства 45 50 55 5 10 15 20 25 ности микропрограмм зависит от разрядности указателя стека. При заполнении последней ячейки стека формируется код 35 "стек заполнен", Запись и считывание информации (т.е. кода 24 и кода 26) в стеке 6 происходит по наличию кода 12 (положительный фронт синхросигнала),Коммутатор 7 адреса обеспечивает выбор из четырех поступивших на его входы кодов адресов: код 14 адреса (либо из регистра 10 микрокоманд либо из внешних источников), код 24 адреса (сформированный в счетчике 3), код 25 адреса (сформированный в счетчике 4) и код 26 адреса (сформированный в стеке 6). Код 28 поступает в счетчик 3 адреса и в регистр 8 исполнительного адреса.Рассмотрим второй этап и средства хранения исполнительного адреса, хранения и считывания микрокоманды.Регистр 8 исполнительного адреса обеспечивает хранение кода 28 адреса и передачу кода 29 исполнительного адреса в блок 9 памяти микрокоманд. Блок 9 памяти микрокоманд построен так, что он дешифрирует код 29 исполнительного адреса и передает микрокоманду 30, хранимое в памяти блока 9 в регистр 1, микрокоманд.Регистр 10 микрокоманд обеспечивает запись, хранение и выдачу микрокоманды(соответствующих кодов 31. 32, 33.1, 33,2,33.3, 33,4,34 и 36) для формирования адресаследующей микрокоманды и выполнениямикроопераций,Необходимо отметить формирование нулевого адреса, то есть адреса микрокоманды, находящейся по нулевому адресу в блоке 9 памяти микрокоманд. Нулевой адрес формируется двумя способами: входом(отрицательный сигнал) и вторым входом (кодом) 20 начальной установки (отрицательный сигнал). Код 20 формируется (отрицательный сигнал) блоком 1 местного управления если на его входе комбинация 33,1. 33.2. 33.333 л имеет нулевое значение, т.е, 0,00. Таким образом, при наличии одного из двух кодов 13 или 20 (отрицательны сигнал) элемент ИЛИ - НЕ 2 вырабатывает код 16 (положительный сигнал) который обнуляет счетчик 3, стека 6, счетчик 4, регистр 8 и следовательно код 29 исполнительного адреса обеспечивает считывание микрокоманды по нулевому адресу блока 9 памяти микрокоманд. Использование данного устройства дает возможность формировать адрес следующей микрокоманды из внешних и внутренних источников адреса; осуществить аппаратный сброс и следовательно, 1815636считывание микрокоманды, находящейся в нулевом адресе блока памяти микрокоманды; хранение исполнительного адреса; запись, хранение и последовательную выборку микрокоманды по исполнительному адресу; совмещения операций по формированию адреса и.считывания микрокоманд различных этапов.Формул а и зоб рете н ияУстройство микропрограммного управления, содержащее блок местного управления, блок памяти микрокоманд,.счетчик адреса, формирователь признака нуля, регистр микрокоманд, стек адресов микропрограмм, счетчик циклов, коммутатор адреса, причем входы синхронизации регистра микрокоманд, счетчика адреса, счетчика циклов и стека адресов микропрограмм подключены к одноименному входу устройства, информационный вход счетчика циклов, первый информационный вход коммутатора адреса и выход поля адреса регистра микрокоманд подключены к входу адреса устройства, вход переноса счетчика адреса является входом модификации адреса устройства, вход условия перехода блока местного управления является одноименным входом устройства, первый выход блока местного управления является выходом признака задания начального адреса устройства, второй выход блока местного управления является выходом признака запроса вектора прерывания устройства, выход "Стек заполнен" стека адресов микропрограмм является одноименным выходом устройства, третий выход блока местного управления соединен с управляющим входом стека адресов микропрограмм, четвертый выход блока местного управления соединен с управляющим входом счетчика циклов, пятый выход блока местного управления соединен с управляющим вхо дом коммутатора адреса, информационный выход счетчика адреса соединен с информационным входом стека адресов микропрограмм и с вторым информационным входом коммутатора адреса, информационный выход стека адресов микропрограмм соединен с третьим информационным входом коммутатора адреса, выход счетчика циклов соеционным входом формирователя признака нуля, выход которого соединен с первым управляющим входом блока местного управления, выход блока памяти микрокоманд соединен с информационным входом регистра микрокоманд, выход поля кода анализируемого условия которого соединен с вторым управляющим входом блока местного управления, третий управляющий вход 20 которого соединен с выходом поля местного управления регистра микрокоманд, вход признака записи адреса которого соединен с входом записи счетчика циклов, шестой выход блока местного управления соединен с входом разрешения считывания регистра микрокоманд, выход поля микроопераций которого является одноименным выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, устройство содержит регистр исполнительно адре 30 са и элемент ИЛИ - НЕ, первый и второй входы которого соединены соответственно с входом начальной установки устройства и седьмым выходом блока местного управления, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с 35 входами начальной установки счетчика адреса, стека адресов микропрограмм, счетчика циклов и регистра исполнительного адреса, вход синхронизации, информацион 40 ный вход и выход которого соединены соответственно с входом синхронизации устройства, выходом коммутатора адреса и адресным входом блока памяти микрокоманд. 45 динен с четвертым информационным10 входом коммутатора адресов и с информа101815636таблицаТаблица истинности децгифратора блока 1 местного управленияродолжение таблицы 1одолжение табл12 1815636 аблица Таблица истинности блока 1 мести лен 3.2О 3.3 27 2 3. О 21. 8.2 1.2 7.2 8,1О 1 О 1 1 1 1 О 1 1 1 1 1 О 1 1 1 Продолжение таблицы 1 должение таблицы 21815636 Редактор рректор М.Максимишинец оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина. 101 Составитель А.КамаловТехред М,Моргентал аз 1636 ТиражВ Н ИИПИ Государственного комитета по изоб113035. Москва, Ж, Рау Подписноеениям и открытиям при ГКНТ СССРкая наб., 4/5