DE2345098C3 - Control unit for a processor of a computer - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerwerk für einen Prozessor eines ,Rechners, durch das den Anweisungen eines in einem Hauptspeicher abgespeicherten Benutzerprogramms entsprechende, ein Mikroprogramm bildende und in einem Mikroprogrammspeicher abgespeicherte Mikrobefehle entschlüsselt werden und demgemäß Steuersignale abgegeben werden, durch die die Bearbeitung der Anweisungen des Benutzerprogramms im Prozessor und im Hauptspeicher gesteuert wird, und bei dem ein änderbarer Mikroprogrammspeicher für die Mikroprogramme vorgesehen ist.The invention relates to a control unit for a processor of a computer through which the A microprogram corresponding to instructions of a user program stored in a main memory forming microinstructions stored in a microprogram memory are decrypted and accordingly control signals are issued by means of which the processing of the instructions of the user program is controlled in the processor and in the main memory, and in which a changeable microprogram memory for which microprograms is intended.

Ein Hilfsmittel zur Rationalisierung des Programmierens ist das Unterprogramm. Es handelt sich dabei um eine Anweisungsfolge, die z. B. an verschiedenen Stellen eines Benutzerprogramms benötigt und darum nur ein einziges mal programmiert wird. Immer dann, wenn ein solches Unterprogramm im Verlaufe eines Benutzerprogramms eingesetzt werden soll, befindet sich an der Stelle des Benutzerprogramms ein Sprungbefehl zur ersten Anweisung des Unterprogramms. Anschließend werden die Anweisungen des Unterprogramms durchgeführt und nach Erledigung der letzten Anweisung wird zum Benutzerprogramm zurückgesprungen. Bestimmte Register im Prozessor werden vom Benutzerprogramm und vom Unterprogramm benutzt Um zu verhindern, daß die bei Auftreten des Sprungbefehls in das Unterprogramm vorliegenden Registerinhalte durch das Unterprogramm zerstört werden, müssen die Registerinhalte vorher abgespeichert werden. Nach Ablauf des Unterprogramms werden dann diese Inhalte wieder in die Register zurückgeladen. Die Registerinhalte werden in einem Bereich des Hauptspeichers abgespeichert, der Kellerspeicher genannt wird.The subroutine is an aid to streamline programming. It is about a sequence of instructions z. B. required at different points in a user program and therefore only one is programmed only once. Whenever such a subroutine occurs in the course of a user program is to be used, there is a jump command to the user program at the place of the user program first instruction of the subroutine. The instructions of the subroutine are then carried out and after the last instruction has been completed, a return is made to the user program. Particular Registers in the processor are used by the user program and the subroutine in order to prevent the register contents present in the subroutine when the jump instruction occurs are destroyed by the subroutine, the register contents must be saved beforehand. To In the course of the subroutine, these contents are then reloaded into the registers. The register contents are stored in an area of main memory called the stacker.

Solche Unterprogramme können auch auf Mikroprogrammebene liegen. Die Anweisungen eines Benutzerprogramms werden zur Bearbeitung durch den Prozessor in einzelne Elementarschritte, die Mikrobefehle, zerlegt. Die einer Anweisung des Benutzerprogramms zugeordneten Mikrobefehle werden in einem Mikroprogramm zusammengefaßt. Diese Mikroprogramme sind in einem besonderen Speicher, dem Mikroprogrammspeicher, abgespeichert. Der Mikroprogrammspeicher muß sehr schnell sein. Häufiger auftretende Befehlsfolgen, die von mehreren Mikroprogrammen verwendet werden können, können als Unterprogramm auf der Mikroprogrammebene beschrieben werden. Diese MikroUnterprogramme werden von einem Mikroprogramm aufgerufen und dann müssen die Inhalte der Register, die von dem Mikroprogramm und dem MikroUnterprogramm benutzt werden, sichergestellt werden. Da die Mikroprogramme sehr schnell ausgeführt werden müssen, ist das Umladen der Registerinhalte in den Hauptspeicher zu langsam.Such subprograms can also be on the microprogram level. The instructions of a user agent are processed by the processor in individual elementary steps, the micro-instructions, disassembled. The microinstructions associated with an instruction of the user program are stored in a microprogram summarized. These microprograms are in a special memory, the microprogram memory, saved. The microprogram memory must be very fast. More common Instruction sequences that can be used by several microprograms can be used as subprograms can be described at the microprogram level. These micro-subroutines are managed by a Microprogram called and then the contents of the registers used by the microprogram and the micro subroutine can be used. Because the micro programs are very fast must be executed, the reloading of the register contents into the main memory is too slow.

Aus der DT-OS 20 48 515 ist bekannt, die Mikroprogramme in einem Festwertspeicher abzuspeichern. Wird aber bei einem solchen Festwertspeicher die Anzahl der Mikroprogramme für eine Datenverarbeitungsanlage erhöht, dann muß auch dieser Festwertspeicher vergrößert werden. Dies verursacht aber erhebliche Kosten. Um diese Kosten zu vermeiden, wird in dem Festwertspeicher nur ein Teil der Mikrobefehle abgespeichert, während die anderen Mikrobefehle im Hauptspeicher, also dem Arbeitsspeicher abgespeichert sind. Da im Hauptspeicher genügend Speicherplatz zur Verfügung steht, können die Anzahl der Mikroprogramme und der Mikrobefehle ohne Schwierigkeiten erweitert werden. Um aber den Festwertspeicher sinnvoll auszunützen, werden in diesen nur solche Mikrobefehle eingespeichert, die bei mehreren Mikroprogrammen verwendet werden. Der Ablauf eines Mikroprogramms geht dann so vor sich, daß z. B. die ersten Mikrobefehle eines Mikroprogramms aus dem Festwertspeicher entnommen werden, dann zu dem Hauptspeicher übergegangen wird, und von dort Mikrobefehle abgearbeitet werden und schließlich wieder zu dem Festwertspeicher zurückgekehrt wird usw. Aus dieser Offenlegungsschrift ist somit nur bekannt, daß ein als Festwertspeicher ausgeführter Mikroprogrammspeicher dadurch erweitert werden kann, daß zur Speicherung von Mikrobefehlen auch derFrom DT-OS 20 48 515 it is known to store the microprograms in a read-only memory. But with such a read-only memory, the number of microprograms for a data processing system increased, then this read-only memory must also be enlarged. But this causes considerable Costs. In order to avoid these costs, only a part of the microinstructions is stored in the read-only memory while the other microinstructions are stored in the main memory, i.e. the working memory are. Since there is enough memory available in the main memory, the number of microprograms and the microinstructions can be expanded without difficulty. But to the read-only memory In order to make good use of it, only those microinstructions are stored in these that are used in the case of several microprograms be used. The sequence of a microprogram then goes on in such a way that, for. B. the first microinstructions of a microprogram are taken from the read-only memory, then to the Main memory is passed over, and micro-instructions are processed from there and finally is returned to the read-only memory, etc. From this laid-open specification is therefore only known that a microprogram memory designed as a read-only memory can be expanded as a result can that for the storage of microinstructions also the

Hauptspeicher verwendet wird. Die Behandlung von Mikroprogrammen und Mikrounterprogrammen bzw. die Abspeicherung der Inhalte der von den Mikroprogrammen und Mikrounterprogrammen verwendeten Register ist nicht Gegenstand dieser Offenlegungsschrift Main memory is used. The treatment of micro-programs and micro-sub-programs or the storage of the contents of those used by the micro-programs and micro-sub-programs Register is not the subject of this publication

Aufgabe der Erfindung ist es dagegen, ein Steuerwerk anzugeben, bei dem die Umspeicherung der Registerinhalte bei Aufruf eines MikroUnterprogramms sehr schnell erfolgt Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Mikroprogrammspeicher ein Speicherbereich vorgesehen ist, in dem bei Aufruf eines Unterprogramms auf Mikroprogrammebene durch ein Mikroprogramm der Inhalt der von dem Mikroprogramm und dem Unterprogramm benutzten Register abgespeichert wird und aus dem nach Ablauf des Unterprogramms die Register wieder geladen werden, daß zur Umspeicherung der Registerinhalte von/zum Mikroprogrammspeicher zwei Mikrobefehle vorgesehen sind, die gleichzeitig in einem Mikrobefehlsregister stehen, von denen der erste angibt, ob eine Schreib/Lesefunktion auszuführen ist und wieviele Registerinhalte zu übertragen sind und von denen der zweite eine Funktion enthält, durch die festgestellt wird, ob alle Registerinhalte umgespeichert worden sind, und daß diese zwei Mikrobefehle so lange im Mikrobefehlsregister stehenbleiben, bis alle Registerinhalte umgespeichert sind.The object of the invention, on the other hand, is to specify a control unit in which the storage of the register contents takes place very quickly when a micro subroutine is called. This object is achieved in that A memory area is provided in the microprogram memory in which, when a subprogram is called at the microprogram level through a microprogram the content of the microprogram and The register used in the subroutine is saved and from which the Registers are reloaded for reloading the register contents from / to the microprogram memory two microinstructions are provided which are simultaneously in a microinstruction register, of which the The first indicates whether a read / write function is to be carried out and how much register contents are to be transferred and the second of which contains a function by which it is determined whether all register contents have been reloaded have been, and that these two microinstructions remain in the microinstruction register until all Register contents have been transferred.

Der Mikroprogrammspeicher ist ein sehr ,chneller Speicher. Durch das Umladen der Registerinhalte in einen Bereich dieses Mikroprogrammspeichers kann der Umladevorgang sehr beschleunigt werden. E;; ist dann auch möglich, mehrere Unterprogramme ineinanderzuschalten und nach dem Kellerprinzip die Registerinhalte in den Mikroprogrammspeicher abzuspeichern.The microprogram memory is a very, fast memory. By reloading the register contents in The reloading process can be very accelerated for an area of this microprogram memory. E ;; is then also possible to interconnect several subroutines and the register contents according to the basement principle to be stored in the microprogram memory.

Das Abspeichern von Daten (Registerinhalte) im Mikroprogrammspeicher kann jedoch zu Schwierigkeiten führen. Da alle Abläufe im Prozessor durch Mikrobefehle gesteuert werden, ergibt sich an der Schnittstelle zum Mikroprogrammspeicher bei Datenzugriffen der Konflikt, daß gleichzeitig Mikrobefehle gelesen werden müssen.However, the storage of data (register contents) in the microprogram memory can lead to difficulties to lead. Since all processes in the processor are controlled by micro-instructions, the Interface to the microprogram memory when data is accessed, the conflict that microinstructions at the same time must be read.

Um diesen Konflikt zu lösen, werden zwei neue Mikrobefehle eingeführt. Die zwei Mikrobefehle stehen gleichzeitig im Mikrobefehlsregister. Der erste Mikrobefehl gibt an, ob Registerinhalte in den Mikroprogrammspeicher gespeichert werden sollen, oder ob die Inhalte aus dem Mikroprogrammspeicher in die Register zurückgeladen werden sollen. Der erste Mikrobefehl enthält somit die Schreib-/Lesefunktion. Weiterhin ist in den ersten Mikrobefehl die Adresse des ersten Registers angegeben, das umgeladen werden soll. Schließlich kann der erste Mikrobefehl noch die Anzahl der Register enthalten, deren Inhalte umgeladen werden.To resolve this conflict, two new microinstructions are introduced. The two micro-commands are there simultaneously in the microinstruction register. The first microinstruction specifies whether register contents are in the microprogram memory are to be stored, or whether the contents of the microprogram memory in the Registers are to be reloaded. The first microinstruction thus contains the read / write function. Furthermore, the address of the first register that is to be reloaded is specified in the first microinstruction. Finally, the first microinstruction can also contain the number of registers whose contents are reloaded will.

Der zweite Mikrobefehl gibt eine Funktion an, durch die nachgeprüft wird, ob alle Register geladen sind oder umgespeichert sind. Es enthält weiterhin eine Funktion, welche die im ersten Mikrobefehl enthaltene Adresse verändert, also erhöht oder erniedrigt und die im ersten Mikrobefehl stehende Anzahl der Register bei jeder Umspeicherung eines Registerinhaltes erniedrigt. Der zweite Mikrobefehl kann auch noch das Adressenregister des Mikroprogrammspeichers beeinflussen, also nach jeder Registerumspeicherung den Inhalt des Adressenregisters erhöhen oder erniedrigen. Die beiden Mikrobefehle bleiben so lange im Mikrobefehlsregister stehen, bis alle Registerinhalte umgespeichert worden sind, also die Registeranzahl null geworden ist.The second microinstruction specifies a function by which it is checked whether or not all registers are loaded are relocated. It also contains a function which is the address contained in the first microinstruction changed, i.e. increased or decreased, and the number of registers in the first microinstruction for each Relocation of a register content decreased. The second microinstruction can also use the address register of the microprogram memory, i.e. the content of the Increase or decrease the address register. The two microinstructions remain in the microinstruction register for so long stand until all register contents have been restored, i.e. the number of registers has become zero.

Erst dann werden die nächsten Mikrobefehle in das Mikrobefehlsregister geiaden.Only then are the next microinstructions loaded into the microinstruction register.

Dadurch, daß das Umiaden der Registerinhalte bei Aufrufeines Unterprogramms ausschließlich durch zwei Mikrobefehle, die während der ganzen Dauer des Umladevorganges im Mikrobefehlsregister stehen bleiben, gesteuert wird, erfolgt der Umladevorgang sehr schnelL Das Problem, daß aus dem Mikroprogrammspeicher gleichzeitig Mikrobefehle gelesen werden müssen und Daten in den Mikroprogrammspeicher übertragen werden müssen, ist auf diese Weise günstig gelöstThe fact that the reloading of the register contents when a subroutine is called is only possible by two Microinstructions that remain in the microinstruction register for the entire duration of the reloading process, is controlled, the reloading process takes place very quickly. The problem that from the microprogram memory At the same time microinstructions have to be read and data in the microprogram memory must be transferred is solved in this way in a favorable manner

Anhand eines Blockdiagramms, das in der Figur dargestellt ist, wird ein Ausführungsbeispiel erläutert Das Blockdiagramm zeigt einen im wesentlichen bekannten Aufbau eines Prozessors mit Hauptspeicher.An exemplary embodiment is explained with the aid of a block diagram which is shown in the figure The block diagram shows an essentially known structure of a processor with main memory.

Einem Hauptspeicher MM ist ein Hauptspeicheradressenregister MMD zugeordnet.A main memory address register MMD is assigned to a main memory MM.

Der Prozessor besteht aus einem Rechenwerk und einem Steuerwerk. Zum Rechenwerk gehören eine Verschiebeeinrichtung SH, eine Addier- und logische Einheit ALU sowie Operandenregister X, Y und ein Registersatz PR. Der Registersatz PR ist nur dem Mikroprogramm zugänglich. In ihm werden z. B. die zu verknüpfenden Operanden gespeichert. Weiterhin ist ein Schnellspeicher FM vorgesehen, der von einem Adressenregister FMA adressiert wird. In diesem Schnellspeicher FM sind sowohl Mehrzweckspeicher als auch Befehlszähler für Benutzerprogramme enthalten. The processor consists of an arithmetic unit and a control unit. The arithmetic unit includes a shifting device SH, an adding and logic unit ALU as well as operand registers X, Y and a register set PR. The register set PR is only accessible to the microprogram. In it z. B. the operands to be linked are saved. A high-speed memory FM is also provided, which is addressed by an address register FMA . This high-speed memory FM contains both general-purpose memories and instruction counters for user programs.

Das Steuerwerk des Prozessors enthält einen Mikroprogrammspeicher WCM, in dem die Mikroprogramme gespeichert sind.The control unit of the processor contains a microprogram memory WCM in which the microprograms are stored.

Der Mikroprogrammspeicher WCM wird von einem Mikroprogrammspeicheradressenregister WCMA angesteuert. Zu bearbeitende Mikrobefehle werden von dem Mikroprogrammspeicher IVCM in ein Mikrobefehlsregister MIR überführt. Von dort gelangen sie in eine Decodierschaltung DC, in der die Mikrobefehle decodiert werden und von der die entsprechenden Steuersignale an die übrigen Einheiten des Prozessors abgegeben werden. Weiterhin ist mit der Decodierschaltung DC ein Registersatz SR verbunden, in dem z. B. der Zeitgeber und ein Zähler für Mikroprogrammschleifen enthalten ist. Schließlich ist noch ein Adressenregister AR vorgesehen, in dem z. B. weitere Adressenregister für den Hauptspeicher MM enthalten sind.The microprogram memory WCM is controlled by a microprogram memory address register WCMA . Microinstructions to be processed are transferred from the microprogram memory IVCM to a microinstruction register MIR . From there they pass into a decoding circuit DC in which the microinstructions are decoded and from which the corresponding control signals are sent to the other units of the processor. Furthermore, a register set SR is connected to the decoding circuit DC , in which z. B. the timer and a counter for microprogram loops is included. Finally, an address register AR is provided in which z. B. further address registers for the main memory MM are included.

Die einzelnen Einheiten des Prozessors und des Hauptspeichers sind über Sammelleitungen SL miteinander verbunden.The individual units of the processor and the main memory are connected to one another via bus lines SL.

Durch die Erfindung wird nun der Mikroprogrammspeicher WCM nicht nur für die Speicherung der Mikroprogramme verwendet, sondern es ist in ihm ein Speicherbereich vorgesehen, in dem Registerinhalte eingeschrieben werden kennen. Jedesmal wenn durch das Mikroprogramm ein Unterprogramm auf Mikroprogrammebene aufgerufen wird, wird der Inhalt der von dem Mikroprogramm und dem Unterprogramm verwendeten Registers in diesem Speicherbereich des Mikroprogrammspeichers WCM geladen und nach Ablauf des Unterprogramms wieder in die entsprechenden Register zurückgeladen. Dies geschieht, wie bereits erläutert, mit Hilfe von zwei Mikrobefehlen, die gleichzeitig im Mikrobefehlsregister MIR stehen. Dazu wird das Mikrobefehlsregister MIR in zwei Teilregister MIRO und MIR 1 unterteilt. Im Teilregister MIRO ist der erste Mikrobefehl, im Teilregister MIR 1 der /weiteAs a result of the invention, the microprogram memory WCM is not only used for storing the microprograms, but a memory area is provided in it in which register contents are written. Every time the microprogram calls up a subprogram at microprogram level, the contents of the registers used by the microprogram and the subprogram are loaded into this memory area of the microprogram memory WCM and reloaded into the corresponding registers after the subprogram has expired. As already explained, this is done with the aid of two microinstructions that are in the microinstruction register MIR at the same time. For this purpose, the microinstruction register MIR is divided into two sub-registers MIRO and MIR 1. The first microinstruction is in the MIRO sub-register, the second one in the MIR 1 sub-register

Mikrobefehl eingeschrieben. Die zwei Mikrobefehle bleiben so lange im Mikrobefehlsregister MIR stehen, bis beim Auftreten eines Unterprogramms alle betroffenen Registerinhalte umgeladen sind. Erst dann werden neue Mikrobefehle in das Mikrobefehlsregister MIR übertragen. Die zwei Mikrobefehle werden ebenfalls von der Decodierschaltung DC decodiert, die gemäß den in den Mikrobefehlen angegebenen Funktionen Steuersignale erzeugt, die die Umladung der Registerinhalte in den Mikroprogrammspeicher oder vom Mikroprogrammspeicher steuern.Inscribed micro instruction. The two microinstructions remain in the microinstruction register MIR until all relevant register contents have been reloaded when a subroutine occurs. Only then are new microinstructions transferred to the microinstruction register MIR . The two microinstructions are also decoded by the decoding circuit DC which, in accordance with the functions specified in the microinstructions, generates control signals which control the reloading of the register contents into the microprogram memory or from the microprogram memory.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Steuerwerks besteht darin, daß es möglich ist, Unterprogramme auf Mikroprogrammebene zu verwenden. Die dabei notwendige Umladung von Registerinhalten erfolgt sehr schnell und ohne übermäßige Störung der Bearbeitung von weiteren Mikrobefehlen.The advantage of the control unit according to the invention is that it is possible to set up subroutines To use microprogram level. The necessary reloading of register contents takes place very much quickly and without unduly disrupting the processing of further microinstructions.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Steuerwerk für einen Prozessor eines Rechners, durch das den Anweisungen eines in einem Hauptspeicher abgespeicherten Benutzerprogramms entsprechende, ein Mikroprogramm bildende und in einem Mikroprogrammspeicher abgespeicherte Mikrobefehle entschlüsselt werden und demgemäß Steuersignale abgegeben werden, durch die die Bearbeitung der Anweisungen des Benutzer- ι ο Programms im Prozessor und im Hauptspeicher gesteuert wird, und bei dem ein änderbarer Mikroprogrammspeicher für die Mikroprogramme vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Mikroprogrammspeicher (WCM) ein i_:; Speicherbereich vorgesehen ist, in dem bei Aufruf eines Unterprogramms auf Mikroprogrammebene durch ein Mikroprogramm der Inhalt der von dem Mikroprogramm und dem Unterprogramm benutzten Register abgespeichert wird und aus dem nach Ablauf des Unterprogramms die Register wieder geladen werden, daß zur Umspeicherung der Registerinhalte von/zum Mikroprogrammspeicher zwei Mikrobefehle vorgesehen sind, die gleichzeitig in einem Mikrobefehlsregister (MIR) stehen, von denen der erste angibt, ob eine Schreib/Lesefunktion auszuführen ist und wieviele Registerinhalte zu übertragen sind und von denen der zweite eine Funktion enthält, durch die festgestellt wird, ob alle Registerinhalte umgespeichert worden sind, und daß diese zwei Mikrobefehle so lange im Mikrobefehlsregister stehen bleiben, bis alle Registerinhalte umgespeichert sind.1. Control unit for a processor of a computer, through which the instructions of a user program stored in a main memory corresponding, a microprogram forming and stored in a microprogram memory microinstructions are decrypted and accordingly control signals are issued through which the processing of the instructions of the user ι ο program is controlled in the processor and the main memory, and wherein a modifiable microprogram memory is provided for the micro-programs, characterized in that in the microprogram memory (WCM) a _i:; Memory area is provided in which, when a subprogram is called up at the microprogram level by a microprogram, the content of the registers used by the microprogram and the subprogram is stored and from which the registers are reloaded after the subprogram has expired two microinstructions are provided, which are simultaneously in a microinstruction register (MIR) , of which the first indicates whether a read / write function is to be carried out and how much register contents are to be transferred and of which the second contains a function by which it is determined whether all Register contents have been reloaded, and that these two microinstructions remain in the microinstruction register until all register contents have been reloaded. 2. Steuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Mikrobefehl die Adresse des .is ersten umzuspeichernden Registers und die Anzahl der umzuspeichernden Register enthält.2. Control unit according to claim 1, characterized in that the first microinstruction is the address of the .is first register to be relocated and the number of registers to be relocated. 3. Steuerwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Mikrobefehl eine weitere Funktion enthält, durch die im ersten Mikrobefehl stehende Registeradresse so lange geändert und die Registeranzahl so lange erniedrigt wird, bis alle Registerinhalte übertragen sind.3. Control unit according to claim 2, characterized in that the second microinstruction is a further Function contains, changed by the register address in the first microinstruction and the The number of registers is decreased until all register contents have been transferred. 4. Steuerwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den zweiten Mikrobefehl das Adressenregister (WCMA) des Mikroprogrammspeichers geändert wird.4. Control unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the address register (WCMA) of the microprogram memory is changed by the second microinstruction. 5. Steuerwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrobefehlsregister (MIR) zwei Teilregister (MIRO, MIR 1) zur gleichzeitigen Aufnahme von zwei Mikrobefehlen enthält.5. Control unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the micro-command register (MIR) contains two sub-registers (MIRO, MIR 1) for the simultaneous reception of two micro-commands.