Многотактное микропрограммное устройство управления

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь

СОЮЗ СОВЕтСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (so 4 0 06 F 9/22 йл Его vl3% % Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ - "!! Ык

2.п.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОткРытий (21) 4031844/24-24 (22) 03.03.86 (46) 23.08.87.Бюл. Р 31 (71) Научно-исследовательский институт автоматизации управления и производства (72) С.В.Суярко, В.С.Харченко, Г.Н.Тимонькин, О.А.Тищенко, С.Н,Ткаченко и P.È.Ìoãóòèí (53) 681.32 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 924708, кл. G 06 F 9/22, !982.

„„SU„„1 2 18 А1

Авторское свидетельство СССР !

1- 945866, кл. G 06 F 9/22, 1982.

Авторское свидетельство СССР !! 1094033, кл. G 06 F 9/22, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N - 1136160, кл. G 06 F 9/22, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 1151963, кл. G 06 F 9/22, 1983. (54) МНОГОТАКТНОЕ МИКРОПРОГРАММНОЕ

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь13323 зовано при построении микропрограммируемых контроллеров для АСУ технологическими процессами. Цель изобрететения — повышение быстродействия, : Многотактное микропрограммное устройство управления содержит блок памяти 1, регистр 2 адреса, регистр

3 микрокоманд, счетчик 4, мультиплексор 5, группу схем сравнения

6.1 6.п, группы дешифраторов выходным микроприказов 7.1-7.п и дешифраторов вида микроопераций 8.1-8.п, 18 коммутатор 9 адреса, группу 10.110.п коммутаторов управления, триггер 11 пуска,, группу триггеров 12.1—

l2.п,генератор l3 импульсов, элемент

ИЛИ 14, группу элементов И 15.1—

15,п, первый 16, второй 17 и третий 18 элементы И. Новыми элементами являются группа схем сравнения

6.1-6.n,группа дешифраторов типа микроопераций 8.1-8,п, группа коммутаторов управления10.1 — 10.. . Этопозволяет достигнуть цели изобретения. 3 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении микропрограммируемых контроллеров для АСУ технологическими процессами. 5

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Сущность изобретения заключается в реализации дисциплины организации нанопрограммного управЛения. Множество микроопераций, формируемых устройством, делится на три типа: микрооперации типа а, которые начинаются со считыванием микрокоманды в регистр микрокоманды и не заканчиваются с окончанием микрокоманды; микрооперации типа б, которые начинаются со считыванием микрокоманды в регистр микрокоманд и заканчиваются после определенного нанотакта внутри микро- 2О команды; микрооперации типа в, которые начинаются после определенного нанотакта в данной микрокоманде и заканчиваются в определенный нано25 такт следующей микрокоманды.

Каждому типу микроопераций поставлен в соответствие код. Вся совокупность микроопераций, кроме того, де- лится на группы так, чтобы в течение

30 считывания одной микрокоманды из данной группы вьдавалась только одна микрооперация (группы несовместимых микроопераций), Для вьдачи одной микрооперации из каждой группы задается тип микрооперации и номер íàíî- Ç5 такта начала или конца вьдачи микрооперации (в зависимости от типа микрооперации).

Информация о типе микрооперации поступает в блоки тактирования микроопераций, которые вьдают управляющие сигналы на управляющие входы дешифраторов, что обеспечивает выдачу микроопераций в соответствии с реализуемой программой.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — фрагмент реализуемой микропрограммы; на фиг.3 — временные диаграммы работы устройства при реализации данного фрагмента.

Функциональная схема многотактного микропрограммного устройства управления (фиг.l ) содержит блок l памяти микрокоманд, регистр 2 адреса, регистр 3 микрокоманд, счетчик 4, мультиплексор 5, группу схем 6.1—

6.п сравнения, группы дешифраторов

7.1-7.п выхоцных микроприказов и дешифраторов 8.1-8.п типа микроопераций, коммутатов 9 адреса, группу

10.1-10.п коммутаторов управления, RS-триггер ll, группу из IK-триггеров 12.1-12.п, генератор 13 тактовых импульсов, элемент ИЛИ 14, группу элементов И 15.1-15.п первый 16, второй 17 и третий 18 элементы И.

Кроме того, на фиг.l использованы следующие обозначения: входы кода операции 19 (адрес первой микроко— манды), пуска 20 и логических условий 21 устройства, группа выходов

22.1-22.п устройства, поле 23 логических условий, поля 24 и 25 модифицируемого и немодифицируемого разря1332318

+ ++2

+.- ° где х„

r а„...а„+ м.„а

a, õ ý а+ >у а,...а„+

1 55

3)c3 Зя ° ° ° 3д+ а 1 О, 1 ) — значения лог иче ских условий; дов адреса соответственно, поля

26.1-26.п микроопераций, поля 27.1—

27.п номера нанотакта начала или конца микроопераций (в зависимости от типа микрооперации, поля 28.15

28.п типа микроопераций, признак 29 конца команды, поле 30 конца работы регистра 3, первый 31, второй 32, третий 33 выходы генератора 13 им- Ið пульсов, выходы 34 микроопераций и

35 числа нанотактов блока 1 памяти.

Элементы 8,10 и 15 могут быть условно объединены в блоки тактирования микроопераций 36.1-36.п. 15

Фрагмент микропрограммы (фиг.2) состоит из трех микрокоманд MKI

МК2 и МКЗ. Цифрами 1,2,...,6 обозначены микрооперации, используемые в предлагаемом фрагменте микропрограммы. Под временными диаграммами микроопераций цифрами обозначены номера нанотактов внутри данной микрокоманды (состояние счетчика 4 числа нанотактов ). Для нормальной работы пред-ZS лагаемого устройства необходимо так разбивать циклограмму на микрокоманды, чтобы получались используемые три типа микроопераций.

На фиг.3 эпюры напряжений показаны в точках, номера которых соответствуют обозначениям, принятым на фиг.1.

Рассмотрим назначение элементов устройства, в котором условно могут быть выделены: средства хранения и

35 считывания микрокоманд; средства пуска и синхронизации, средства управления.

К средствам хранения и считыва;- ия микрокоманд относятся блок 1 памяти, регистр 2 адреса, регистр 3 иикрокоманд, мультиплексор 5, коммутатор 9.

Блок памяти 1 предназначен для хранения микропрограмм. Регистр 2 обеспечивает хранение адреса очередной микрокоманды. Регистр 3 служит для запоминания считанной микрокоманды.

Мультиплексор 5 предназначен для модификации адресного разряда и реа" лизует логическую функцию а, — значения 1-го раз1 ряда кода логичеСких условий,j=O-п;

n = llogq КГ, К вЂ” число логических ус. ловий; значения младшего (модифицируемого адресного разряда ).

Коммутатор 9 предназначен. для управления передачей адреса в регистр

2 в зависимости от наличия микрооперации конца команды.

Средства пуска и синхронизации включают триггер 11 пуска, генератор 13 тактовых импульсов, первый, второй и третий элементы И 16 — 18.

Триггер 11 управляет пуском генератора 13 импульсов и его остановом при появлении сигнала Конец работы" на поле 30 конца работы регистра 3 микрокоманд.

Генератор,13 импульсов формирует тактовые импульсы, период следования которых равен длительности нанотакта

q (фиг.4 1 сдвиг между импульсами, формируемыми на соседних выходах равен /3.

Первый элемент И 16 обеспечивает синхронизацию записи адреса в регистр 2. Импульсы с первого выхода

31 генератора 13 проходят на выход элемента И 16, если на выходе элемента ИЛИ 14 присутствует единичные сигнал.

Второй элемент И 17 служит для управления счетом счетчика 4. Импульсы, поступающие с третьего выхода

33 генератора 13, поступают через него на счетный вход счетчика 4 только тогда, когда на выходе элемента

ИЛИ 14 присутствует нулевой сигнал.

Третий элемент И 18 служит для управления записью в регистр 3 микроопераций и счетчик 4. Импульсы с выхода 32 генератора 13 проходят на выход элемента И 18 при единичном сигнале на выходе элемента ИЛИ 14.

К средствам управления относятся счетчик 4, схемы 6.1-6.п сравнения, группы дешифраторов 7.1-7 ° и выхода и дешифраторов 8.1-8.п типа микроопераций, группа 10.1-10.п коммутаторов управления, триггеры 12.1-12.n,элемент ИЛИ 14, элементы И 15,1-15.п.

Счетчик 4 считает количество остав -. шихся нанотактов в микротакте. Общее количество нанотактов в микротакте

5 13 записывается в счетчик с выхода 35 блока 1 памяти микрокоманд по заднему фронту импульса, поступившему на

era синхровход. Состояние счетчика уменьшается на единицу по заднему фронту импульса, поступившему на его счетный вход.

Группа схем 6.1-6.п сравнения формирует сигналы на соответстнующих выходах при совпадении кодов на выходе счетчика .4 числа нанотактов и после 27.1-27,п регистра 3 микрокоманд — на выходе "Равно", если второе меньше перного — на выходе ."Меньше", Дешифраторы 7.1-7.п формируют выходной сигнал на соответствующем выходе устройства и зависимости от кода микрооперации, поступающего на их информационный вход с поля 26.1-26.п регистра 3 микрокоманд, на нремя присутствия сигнала на их управляющих входах.

Дешифраторы 8.1-8.п определяют тип микроопераций, Для этого на их входы подаются коды с выхода полей

28 ° 1-28,п причем типу микроопераций а соответствует нулевой код, б — единицы, н — двойки. В соответствии с этими кодами и появляются сигналы на выходе дешифраторов 8.1-8 ° и.

Коммутаторы 10.1-10.п предназначены для управления включением триггеров 12.1-12.п

Триггеры 12.1-12.п управляют работой дешифраторов 7.1-7.п выхода ° Состояние триггеров 12.1-12.п изменяется по заднему фронту импульсов, поступающих на их С-входы. Если i-й триггер находится в единичном состоянии, то его выходной сигнал разрешает работу 1-го дешифратора выхода.

Элемент ИЛИ 14 предназначен для определения нулевого состояния счетчика 4. Единичный сигнал на его выходе формируется, когда в счетчике

4 записан нулевой код.

Группа элементов И 15.1-15.п предназначена для управления обнулением триггеров 1 2 .1 -1 2 ° и

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии элементы памяти находятся в "0", в поле 29 регистра 3 записана "1". После прихода кода адреса на вход 19 подается команда "Пуск" на вход 20, которая представляет собой. единичный

32318

6 импульс ° Этот импульс пуска перево- . дит триггер 11 пуска в единичное состояние. Единичный сигнал с прямо5 го выхода триггера ll разрешает формирование тактовых импульсов генератору 13 импульсов.

По заднему фронту первого импульса, сформированного на выходе 31 генератора 13, н регистр 2 адреса записывается код операции (начальный адрес ). По адресу, записанному в регистре 2, из блока 1 памяти считывается микрокоманда на выходе 34 и число нанотактон, отводимое данной микрокоманде на выходе 35. Ио заднему фронту нторого импульса, сформированного на выходе 32 генератора 13, микрокоманда с выхода 34 блока 1 памяти записывается в регистр 3 микроопераций, а число нанотактов с выхода 35 блока 1 памяти — в счетчик 4.

На выходе элемента ИЛИ 14 появляется нулевой сигнал, который запрещает

25 прохождение импульсов через элементы И 16 и 18 и разрешает прохождение импульсов с выхода 33 генератора 13 через элемент И 17 на счетный вход счетчика 4, и он начинает считать оставшееся число нанотактон в микрокоманде.

Каждый дешифратор 7.1-7.п соответствует одной микрооперации в дан ном микротакте, код которой запи сан в поле 26.1-26.п регистра 3

35 микрокоманд. Однако сигнал .на соответствующем выходе I-го дешифратора появляется только при наличии единичного сигнала на выходе триггера

40 12.i. .Время его существования опре деляется реализуемой микрооперацией (типом и временными параметрами ).

После окончания текущей микрокоманды счетчик 4 обнуляется и на выхо45 де элемента ИЛИ 14 появляется единичный сигнал, который разрешает прохождение импульсов через элементы

И 16 и 18. Дальше работа устройства повторяется.

50 ПОЯсним принцип формирОваниЯ микроопераций на примере фрагмента микропрограммы, представленного на фиг ° 3.

Микрокоманда МК1 состоит иэ первой и пятой микроопераций. Причем первая микрооперация типа 6 начинается с началом микрокоманды и заканчивается, когда до завершения микротакта остается два нанотакта. Если

1332318

7 она должна появиться на первом выходе дешифратора 8.1, то в полях регистра 3 микрокоманд должно быть записано: поле 26.1 — код, при котором возбудится первый выход дешифратора .8.1; .поле 27.1 — код номера нанотакта, оставшегося до завершения микротакта, после которого завершится выдача микрооперации для нашего примера — два ; поле 28 ° 1 — код данного типа микроопераций, т.е. код единицы.

Тогда на первом выходе дешифратора 8.1 появится единичный сигнал, на выходе "Меньше" схемы 6.1 сравнения будет единичный сигнал, то на выходе коммутатора 10.1 также будет единица. Следовательно, по заднему фронту первого импульса, поступившего через элемент И 17 с выхода 33 генератора 13, триггер 12.1 переходит в единичное состояние и разрешает работу дешифратора 7.1, а состояние счетчика 4 уменьшается на единицу (поэтому код общего числа нанотактов

B первом микротакте нужно задавать больше необходимого на единицу).Когда до окончания микротакта остается три нанотакта, на выходе Меньше" схемы 6.1 сравнения пропадает единица и появляется на выходе "Равно", т.е. единица пропадает на выходе коммутатора 10.1 и появляется на выходе элемента И 15.1. Следовательно, по заднему фронту очередного импульса, поступившего на С-вход триггера 14.1, он обнуляется, тем самым прекращается выдача первой микрооперации. Таким образом, она выдается в течение четырех нанотактов. Пятая микрооперация является микрооперацией типа 9, она начинается за три нанотакта до завершения микротакта и не заканчивается по окончании NKI. Предположим, что она должна быть считана с первого выхода дешифратора 8.2. Для этого в поле

26.2 необходимо записать код, который возбуждает первый выход дешифратора 8.2; в поле 27.2 — код номера нанотакта, после которого начинается выдача микрооперации в данной микрокоманде. В данном случае это код трех. В поле 28.2 должен быть записан код 3 -типа микроопераций.

В данном случае должен быть код двух, При этом устройство работает сле-. дующим образом.

После считывания MKI в регистр 3 микрокоманд возбуждается второй вы-. ход дешифратора 8.2 типа микроопераций. Сигнал с этого выхода поступает на третий информационный вход коммутатора 10.2, на второй управляющий вход которого поступает запрещающий сигнал с выхода "Равно" схемы 6,2 сравнения — на выходе коммутатора

10.2 нулевой сигнал. Такое состояние сохраняется до тех пор, пока до окончания микротакта не остается четыре нанотакта. На четвертом до окончания микротакта нанотакта на выходе "Равно" схемы 6.2 сравнения появляется единичный сигнал и на выходе коммутатора 10.2 появляется единица. По заднему фронту импульса, ограничивающего сзади этот нанотакт, триггер

12.2 переходит в единичное состояние и тем самым разрешает считывание пятой микрооперации с соответствующего выхода дешифратора 8.2.

После обнуления счетчика 4 триггер 12.2 не будет обнулен и считывание второй микрооперации с соответствующего выхода дешифратора 8.2 не будет закончено с завершением MKI.

Микрокоманда МК2 состоит из пятой и восьмой микроопераций. Причем вторая микрооперация типа б, а восьмая — типа а . Формирование второй микрооперации на соответствующем выходе дешифратора 8.2 происходит аналогично описанному выше для первой микрооперации.

В формировании восьмой микрооперации есть особенности. Она должна появиться на соответствующем выходе дешифратора 7.1 с началом МК2 и выдача не должна прекратиться после окончания МК2. Для этого в поле 28.1 должен быть записан код нуля (код ь-типа микрооперации ); в.поле 26.1 должен быть записан код двойки.

Благодаря этому после считывания

МК2 возбуждается нулевой выход дешифратора 8.1. Сигнал с его выхода поступает на первый информационный вход коммутатора 10.1, íà его выходе появляется единица и по заднему фронту первого импульса в этом микроконтакте, поступившему с выхода элемента И 17, триггер 12.1 переходит в единичное состояние. Единичный сиг,нал с прямого выхода этого триггера разрешает считывание второй микро1332318

55 операции с соответствующего выхода дешифратора 7 ° 1.

После обнуления счетчика 4 триггер 14.1 остается в единичном состоянии и микрооперация продолжает считываться с выхода дешифратора 7.1.

Очередная микрокоманда МКЗ состоит из второй и восьмой микроопераций типа S, поэтому работа устройства аналогична описанной ранее для б-типа микрооперации. Причем вторая микрооперация считывается с выхода дешифратора 7 ° 2, а восьмая — дешифратора 7.1. )

В дальнейшем работа устройства осуществляется аналогично.

Формула из обретения

Многотактное микропрограммное устройство управления, содержащее блок памяти микрокоманд, регистр адреса, регистр микрокоманд, счетчик, мультиплексор, с первого по п-й дешифраторы выходных микроприказов, где и - количество микроприказов, коммутатор адреса, RS-триггер, генератор тактовых импульсов, с первого по третий элементы И, элемент ИЛИ-НЕ, с первого по п-й IK-триггеры, причем вход запуска устройства соединен с S-входом RS-триггера, прямой выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с входом синхронизации регистра адреса, выход которого соединен с адресным входом блока памяти микрокоманд, выход поля микроопераций которого соединен с информационным входом регистра микрокоманд, выход поля логических условий которого соединен с управляющим входом мультиплексора, выход которого объединен с выходом поля следующего адреса регистра микрокоманд и подключен к первому информационному входу коммутатора адреса, выход которого соединен с информационным входам регистра адреса, второй выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с входами синхронизации счетчика и регистра микрокоманд, информационные выходы счетчика соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого сое5

40 динен с вторыми входами первого и третьего элементов И и с инверсным входом второго элемента И, выход которого соединен с вычитающим входом счетчика и с входами синхронизации с первого по и-й I К-триггеров, вход кода команды устройства соединен с вторым информационным входом коммутатора адреса, выход модифицируемого разряда адреса регистра микрокоманд соединен с первым информационным входом мультиплексора, вход логических условий устройства соединен с остальными информационными входами мультиплексора, выход i-го поля микроопераций (где 1 =1,...,п) соединен с информационным входом i-го дешифратора выходных микроприказов, прямой выход i-го IК-триггера соединен со стробирующим входом I-ãо дешифратора выходных микроприказов, выход которого является i-м выходом микро-; приказов устройства, выход признака конца команды регистра микрокоманд соединен с управляющим входом коммутатора адреса, выход признака конца работы регистра микрокоманд соединен с R-входом RS-триггера, выход поля числа нанотактов блока памяти микрокоманд соединен с информационным входом счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения быстродействия, оно содержит с первой по и-ю схемы сравнения, с первого по и-й дешифраторы типа микроопераций, с первого по и-й коммутаторы управления, группу из и элементов И, причем выход i-го поля начала (конца ) микрооперации регистра микрокоманд соединен с первым входом

i-й схемы сравнения, выход "Равно" которой соединен с первым входом

1-го элемента И группы и с первым управляющим входом i-го коммутатора управления, выход которого соединен с I-входом i-го iK-триггера, информационный выход счетчика соединен с вторыми входами с первой по и-ю схем сравнения, выход "Меньше" i--й "схемы сравнения соединен с вторым управляющим входом коммутатора управления, выход t-ro поля типа микроопераций регистра микрокоманд соединен с входом i-ro дешифратора типа микроопераций, с первого по третий выходы i-ro дешифратора типа микроопераций соединены соответственно с первого по третий информационными вхо1332318 12 дом i-ro элемента И группы, выход которого соединен с К-входом i-ro !

К-триггера. дами i-ro коммутатора управления, второй выход i-го дешифратора типа микроопераций соединен с вторым вхонк РиюЗ

Составитель А.Сошкин

Редактор Е.Папп Техред И.Попович Корректор В.Бутяга

Заказ 3833/44 Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óærîðîä, ул. Проектная, 4