DE2747304A1

DE2747304A1 - Einrichtung zur mikrobefehlssteuerung

Info

Publication number: DE2747304A1
Application number: DE19772747304
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Dr Bazlen; Rolf Dipl Ing Berger; Arnold Dipl Ing Blum; Dietrich Dipl Ing Bock; Herbert Dipl Ing Chilinski; Hellmuth Roland Geng; Johann Hajdu; Fritz Dipl Ing Irro; Siegfried Neuber; Udo Wille
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1977-10-21
Filing date: 1977-10-21
Publication date: 1979-04-26
Also published as: IL55610A0; JPS5466047A; IT7828239A0; CA1103366A; SE435111B; DE2747304C3; BR7806844A; FR2406851B1; US4231085A; ES473022A1; AU518841B2; ATA583178A; JPS6042966B2; DE2747304B2; FR2406851A1; IT1159143B; AT382029B; SE7809867L; AU4085678A; GB1587109A

Description

27A7304

Anmelderin: IBM Deutschland GmbH

Pascalstraße 1OO 7000 Stuttgart 80 jo/bm

Einrichtung zur Mikrobefehlssteuerung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung in einer modular aufgebauten Datenverarbeitungsanlage zur Mikrobefehlssteuerung nach den Oberbegriff des Anspruchs 1.

Elektronische Digitalrechner bestehen im allgemeinen, wie Fig. 1 zeigt, aus einem Speicher (ST) 1, einem Rechenwerk S(ALU) 2, einem Steuerwerk (CONTR) 3, den peripheren Ein-/ Ausgabegeräten (I/O) 4 sowie einem diese genannten Einheiten 'verbindenden Leitungssystem 5.

Moderne Steuerwerke sind meist so aufgebaut, daß sie die

Befehle der Maschinensprache, also die Maschinenbefehle, interpretativ, d.h. aufgelöst in eine Folge von Mikrobefehlen, ausführen. Die Gesamtheit der Mikrobefehle oder das Mikroprogramm ist allgemein, wie Fig. 2 zeigt, in einem Mikroprogrammspeicher (μ-ST) 20 gespeichert. Zur Ansteuerung dieses Mikroprogrammspeichers 20 über ein Adressenregister 21 gibt es verschiedene Methoden. Nach einer dieser Methoden wird beispielsweise der Maschinenbefehl als Adresse zur Ansteuerung 'einer bestimmten Speicherstelle im Mikroprogrammspeicher 20 !verwendet, in der dann der erste Mikrobefehl für die Interpretation dieses Maschinenbefehls gespeichert ist. Die Adressen; für die Folgebefehle können hierbei in dem jeweils ausgelesenenj Mikrobefehl enthalten sein, so daß auf diese Weise die Mikrobefehle für die Interpretation eines Maschinenbefehls aneinander gereiht werden können.

Ein Mikrobefehl besteht meistens aus einem Operationscode zur Angabe der auszuführenden Operation sowie aus Adressenfeldern für die beiden Operanden OPD 1 und OPD 2 sowie, wenn beim vorher

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erwähnten Beispiel geblieben wird, ein Adressenfeld zur Aufnahme der Adresse des nächsten Mikrobefehls aus dem Mikroprogrammspeicher 20. Im folgenden sei nun die weitere Behandlung des Operationscodes betrachtet, der aus dem Mikroprogrammspeicher 20 in ein Operationscoderegister (OP-REG) 22 gelangt. Von dort wird er einem Operationsdecodierer (OP-DEC) 23 zugeführt, der den Operationscode in Operationssteuersignale umsetzt, die an seinem Ausgang auf eine Anzahl von Steuerlei- | tungen bereitgestellt werden, die zu den Steuerelementen des | Datenflusses (im wesentlichen Ein-/ und Ausgangstorschaltungen, die bestimmten Systemkomponenten vor- oder nachgeschaltet ι sind) führen, dann mit Hilfe dieser Operationssteuersignale !gesteuert, d.h. geöffnet oder geschlossen werden.

j In Fig. 2 sind die Steuerelemente des Datenflusses (DF-CONTR) j24 als eine kompakte Einheit dargestellt. In Wirklichkeit sind 'sie jedoch verstreut an vielen Stellen in einer Datenverarbeii
tungsanlage angeordnet.

Insbesondere bei einem modularen Aufbau einer digitalen Datenverarbeitungsanlage kann auch der Datenflußsteuerung 24 ein modularer Aufbau gegeben werden, wie er beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist. Hier besteht die Datenverarbeitungsanlage aus den Verarbeitungsmoduln (U1 bis U4) 32 bis 35. Es ist in dieser Figur zu erkennen, daß zwischen dem Operationsdecodierer 31 und der Datenflußsteuerung in den Verarbeitungsmoduln ein weit verzweigtes Steuerleitungsnetz vorgesehen werden muß, um alle Steuerungsaufgaben des Steuerwerkes durchführen zu können. Bei weiter von dem Operationsdecodierer 31 entfernt liegenden modularen Einheiten der Datenflußsteuerung in den Verarbeitungsmoduln ergibt sich hier durch eine unter Umständen ungünstige Leitungsführung ein Nachteil in konstruktiver Hinsicht, der weiterhin noch dann vergrößert wird, wenn bei einem Aufbau einer solchen digitalen Datenverarbeitungsanlage aus Halbleitermoduln, die in höchster Integrationsdichte die

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,erforderlichen Schaltkreise tragen, die Anzahl der Anschlußstifte, die die Verbindung der integrierten Schaltkreise mit der äußeren Welt herstellen, nicht beliebig groß gemacht wer- ;den kann, da konstruktive Restriktionen dieses verbieten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Lösung anzugeben, die diese nachteiligen konstruktiven Bedingungen für die Leitungsführung zwischen dem Operationsdecodierer einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage einerseits und den Elementen der Datenflußsteuerung andererseits überwindet.

Gelöst wird diese Aufgabe der Erfindung durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sowie weitere technische Merkmale des Gegenstandes der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

JDurch die vorliegende Erfindung wird also der Vorteil erzielt, daß die durch Konstruktion und Technologie bedingte ungünstige Leitungsführung der Operationssteuerleitungen bei bekannten elektronischen Datenverarbeitungsanlagen insbesondere der unteren Leistungsklasse verbessert werden konnte.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die hierzu verwendeten Fign. 1 bis 3 dienen zur Veranschaulichung der Nachteile bekannter modular aufgebauter digitaler Datenverarbeitungsanlagen und somit zum besseren Verständnis der Erfindung, die Fign. 4 bis 7 zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels.

Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 das Blockschaltbild bekannter elektronischer Datenverarbeitungsanlagen,

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Fign. 2 u. 3 Blockschaltbilder des Steuerwerks von elektronischen Datenverarbeitungsanlagen beispielsweise nach Fig. 1,

Fig. 4 in schematischer Darstellung einen Operanden im Speicherdatenregister, bei dem nicht alle Bitstellen für die Durchführung eines bestimmten Mikrobefehls benötigt werden,

Fign. 5 bis Blockschaltbilder der Datenflußsteuerung 7 gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 verdeutlicht im wesentlichen das Prinzip von Steuerwerken bekannter elektronischer Datenverarbeitungsanlagen, [die Maschinenbefehle mittels einer Folge von Mikrobefehlen ausführen. Die Mikrobefehle sind im Mikroprogrammspeicher 20 untergebracht, der über ein Adressenregister 21 im allgemeinen ₍nur zum Auslesen der Befehle angesteuert wird. Die Adresse wird über das ODER-Tor 28 in das Adressenregister 21 übertragen. Handelt es sich um die erste Adresse einer Mikrobefehls folge, so wird diese im allgemeinen über die Leitung 29a von einem nicht dargestellten Maschinenbefehlsspeicher her übertragen. Bei bestimmten Steuerwerkstypen gelangen dann die Adressen der Folgebefehle, die eine Mikrobefehlsroutine bilden, über die Leitung 29b und das ODER-Tor 21 in das Adressenregister 21 des Mikroprogrammspeichers 20. Es ist hierbei vorausgesetzt, daß der jeweils aus dem Mikroprogrammspeicher 20 ausgelesene Mikrobefehl die Folgeadresse in einem besonderen Adressenfeld enthält, das seinen festen Platz im Mikrobefehlsformat hat. Dieses Adressenfeld ist mit einem Befehlsadressenregister (NI-ADR) 27 für die temporäre Aufnahme der Adresse des nächsten Mikrobefehls verbunden.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß auch die Felder für die Operandenadressen mit entsprechenden Registern

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(OPD1-ADR) 25 und (OPD2-ADR) 26 für die Zwischenspeicherung ' der Operandenadressen verbunden sind. Der Inhalt der Register ] 22, 25, 26 und 27 stellt somit ein vollständiges Mikrobefehlswort u-INST dar.

Der für die Erfindung wesentliche Teil steht jedoch im Zusam-

imenhang mit dem Operationscodeteil des Mikrobefehlswortes μ-INST, der nach seinem Auslesen aus dem Mikroprogrammspeicher 20 im Operationscoderegister (OP-REG) 22 zwischengespeichert wird. Von dort gelangt der Operationscode in den Operationscodedecodierer (OP-DEC) 23. Die Aufgabe dieses Operationscodedecodierers 23 besteht darin, den Operationscode in Steuer-;

signale umzusetzen, die auf individuellen Ausgangsleitungen !dieses Operationscodedecodierers erscheinen und zu den Steuertoren des Datenflusses übertragen werden, die in Fig. 2 pauschal als Datenflußsteuerung (DF-CONTR) 24 dargestellt sind. Diese Tore sind beispielsweise Ein- und Ausgangstore einer arithmetischen und logischen Einheit.

Wie in der Einleitung bereits erwähnt wurde, ergibt sich, insbesondere bei einem modularen Aufbau der Datenverarbeitungs anlage ein kompliziertes Leitungsnetz, das die Ausgänge des Operationsdecodierers mit den verschiedenen Steuertoren des Datenflusses, wie. Fig. 3 zeigt, verbindet. Die hier dargestellten Moduln 32 bis 35 sind Bausteine der Datenverarbeitungsanlage, die jeweils auch Steuerelemente der Datenflußsteuerung 24 beinhalten. Aus diesem Grunde ergibt sich, wie Fig. 3 zeigt, ein ganz bestimmtes Steuerleitungssystem, das sich von dem Operationscodedecodierer 31 zu den Verarbeitungsmoduln 32 bis 35 erstreckt. Die genannten Verarbeitungsmoduln sind ferner mit einer Datensammelleitung (DB) 37 verbunden, die den Informationsfluß zwischen dem Speicherdatenregister (SDR) 36 und den Verarbeitungsmoduln 32 bis 35 in beiden Richtungen übernimmt. Die Breite dieser Datensammelleitung 37, die der Breite des Speicherdatenregisters 36

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angepaßt ist, kann beispielsweise den in Fig. 4 dargestellten j jUmfang von 32 Bits aufweisen. Im allgemeinen verfügen auch die ! über die Datensammelleitung 37 übertragenen Operanden über diese Breite, wie Fig. 4 ebenfalls zeigt.

In jeder Datenverarbeitungsanlage gibt es eine Gruppe von Mikrobefehlen, beispielsweise solche, die sich mit Speicher-Jschutzschlüsseln oder dem Aufbereiten virtueller Speicheradressen in Anlagen mit virtuellem Speicherkonzept befassen, bei idenen nicht alle Bits eines Operanden voll ausgenutzt werden. Geht man von einem Beispiel aus, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, |dann stehen bei Mikrobefehlen derartiger Gruppen Operanden |Zur Verfügung, deren Bits 28 bis 31 für die Operandendarstellung nicht benötigt werden und daher für weitere Steueraufgaben verwendet werden können. Da diese Datensammelleitung zu allen Verarbeitungsmoduln 32 bis 35 führt, können diese nicht benutzten Bitstellen 28 bis 31 auch in allen diesen Verarbeitungsmoduln ausgewertet werden.

In Fig. 5 ist nun dargestellt, wie Steuerleitungen des Operationscodedecodierers 31 bei bestimmten Verarbeitungsmoduln, z.B. 32(Leingespart werden können, wenn die den Bitstellen 28 bis 31 zugeordneten Leitungen der Datensammelleitung 37 bei Mikrobefehlen bestimmter, bereits erwähnter Gruppen, für die übertragung von Operationssteuersignalen mitbenutzt werden. Es kann hierbei so vorgegangen werden, daß beispielsweise zwei Ausgangsleitungen 50 des Operationscodedecodierers 31 quasi zur Adressierung eines zusätzlichen Decodierers in allen Verarbeitungsmoduln 32 bis 35 verwendet werden kann. In diesem Falle gelangen vier Steuerbits, die in den nicht benutzten Bitstellen 28 bis 31 eines Operanden untergebracht sind zu dem Zusatzdecodierer 51 und sie werden dort in Signale zur Steuerung eines Teildatenflusses der Datenverarbeitungsanlage verwendet. Die Eingangsdaten der Datensammelleitung 37 werden in dem Verarbeitungsmodul 32aim Register 52 zwischengespei-

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chert, dessen letzte vier Bitstellen 28 bis 31 mit dem Zusatz-j decodierer 51 verbunden sind. Diese vier Steuerbits werden in i den Decodierungsvorgang des Decodierers zur Bildung der Steuer-j signale für die entsprechenden Torschaltungen im Datenfluß des Verarbeitungsmoduls 32o.mit verwendet. Die Ausgangsleitungen |des Operationscodedecodierers 31 werden, wie Fig. 5 zeigt, als Vielfachverzweigung auch zu den Verarbeitungsmoduln j33 bis 35 geführt, so daß die Steuersignale auch zu diesen !gelangen können.
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Fig. 6 zeigt weiter, wie zwei Steuerbits des Operationscodedecodierers, die über die Leitungen 50 übertragen werden, !zur Selektion von Zusatzdecodierern 60, 61 in den verschiedenen Moduln 32, 33 eingesetzt werden können. Der Zusatzdecodierer 60 im Verarbeitungsmodul 32 ist dann adressiert, wenn die beiden Steuerleitungen 50 eine binäre Eins führen. Der Zusatzdecoder 61 im Modul 33 ist dagegen adressiert, wenn die rechte Steuerleitung 50 eine binäre Null und die linke iSteuerleitung 50 eine binäre Eins führt. Die Register 67 ,und 68 haben die gleiche Funktion wie das Register 52 in Fig. 5, die darin besteht, die über die Datensamme1leitung übertragenen Daten, beispielsweise die Operanden, zwischenzuspeichern. Die jeweiligen Ausgangssignale der Zusatzdecodierer 60 und 61 dienen zur Steuerung der Teildatenflüsse

65 und 66 in den einzelnen Moduln.

'Die zuvor erwähnte Adressierung der verschiedenen Zusatz-'decodierer 60 und 61 über die Steuerleitungen 50, die UND-Tore 62 und 63 sowie der Inverter 64 ist von der verwendeten Datenverarbeitungsanlage abhängig und nicht in allen Fällen

E erforderlich, wie beispielsweise aus Fig. 5 hervorgeht, wo mlich die Ausgangsleitungen des Operationsdecodierers 31 im itungsvielfach zu allen Verarbeitungsmoduln 32 bis 35 geführt sind. Die Operationssteuersignale bilden bei der genann-

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!ten Art von Mikrobefehlen zusammen mit den Steuersignalen in ! •den Bitpositionen 28 bis 31 der nicht voll ausgenutzten Ope- j randen die Eingangsinformation des jeweiligen Zusatzdecodierers.

Die Operationssteuersignale für die Steuerung des Teildatenflusses in den einzelnen Verarbeitungsmoduln 32 bis 35 besteht somit aus einem ersten Teil von Operationssteuersignalen, die vom Operationscodedecodierer 31 geliefert werden. Der zweite Teil der Operationssteuersignale wird über die nicht benützten Bitstellen bestimmter Operanden bestimmter Mikrobefehle zu den Teildatenflußsteuerungen übertragen.

Der zweite Teil der Operationssteuersignale kann nun entweder bei der Programmierung erstellt und bei der Anfangsprogrammladung in die für die Operationssteuerung zur Verfügung gestellten Bitstellen der Operanden eingegeben werden.

Eine schaltkreisgesteuerte Lösung für die Eingabe des zweiten Teils der Operationssteuersignale in diese leeren Operandenbitstellen zeigt Fig. 7. An die Ausgangsleitung des Operationscoderegisters 30, die zum Operationscodedecodierer 31 führt, ist eine Zweigleitung angeschlossen, die mit einem Adressenregister 71 verbunden ist. In dieses Register gelangt also der Operationscode eines Mikrobefehls, der bezüglich des Operationssteuersignalspeichers (OP-S) 70 als Adresse aufzufassen ist. Mit dem Operationscode als Adresse wird somit dieser Operationssteuersignalspeicher 70 adressiert und an der adressierten Speicherstelle die vier Bits ausgelesen, die die Bits 28 bis 31 des Operanden bilden sollen, der zum Transport des zweiten Teiles der Operationssteuersignale zu den entsprechenden Verarbeitungsmoduln dienen soll.

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Während also der operandensignifikante Teil, das sind im vorliegenden Beispiel die Bits 0 bis 27, aus dem Speicher der Datenverarbeitungsanlage in das Speicherdatenregister 36 gelangt, werden die Operationssteuersignale, die den zweiten Teil der Operationssteuersignale bilden, über ein ODER-Tor 72 in die Bitstellen 28 bis 31 des Speicherdatenregisters übertragen. Von dort gelangen sie, wie bereits ausführlich erläutert wurde zu den gewünschten Verarbeitungsmoduln 32 bis 35. Werden dagegen vom Speicher der Datenverarbeitungsanlage Operanden übertragen, deren volle Bitbreite von 0 bis 31 für ihre Darstellung benötigt wird, die also für Steuerungsaufgaben, wie sie zuvor beschrieben wurden nicht benötigt werden und sie auch nicht brauchbar sind, dann gelangen, wie Fig. 7 zeigt, die Bits 28 bis 31 über den anderen Eingang des ODER-Tores 72 aus dem Speicher in das Speicherdatenregister 36.

Je nach System und Anordnung der verwendeten elektronischen Datenverarbeitungsanlage kann es erforderlich sein, dem Adressenregister 71 einen Decodierer vorzuschalten, um einmal zu verhindern, daß unerwünschte Kombinationen des Operationscodes zu gültigen Adressen des Operationssteuersignalspeichers 70 führen und zum anderen um zu einer kompakteren Darstellung der Adressen für den Operationssteuersignalspeicher 70 zu gelangen.

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Claims

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i PATENTANSPRÜCHE |

^ i

1.) Einrichtung in einer modular aufgebauten Datenverarbeitungsanlage zur Mikrobefehlssteuerung mit einem Operationscode-Register, einem Operationscodedecodierer und einer Datenflußsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduktion der Zahl der Operationssteuerleitungen (53; Fig. 5) zwischen j dem zentralen Operationscodedecodierer (31) und be- i stimmten Verarbeitungsmoduln der Datenflußsteuerung (65, 66; Fig. 6), die nur solche Mikrobefehle auszuführen haben, die sich auf mindestens einen Operanden beziehen, dessen Bitbreite nicht voll ausgenutzt ist, jeweils ein Zusatzdecodierer (60, 61) vorgesehen ist, der Datenflußsteuersignale aus einem ersten Teil von Operationssteuersignalen des zentralen Operationscodedecodierers und einem zweiten Teil von Operationssteuersignalen erzeugt, die im nicht benutzten Teil der genannten Operanden untergebracht sind.

Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil der Operationssteuersignale, die zu den entsprechenden Verarbeitungsmoduln (32, 33; Fig. 6) übertragen werden als Adressensignale nach ihrer Decodierung zur Einschaltung eines ausgewählten Zusatzdecoders (65, 66) verwendet werden.

Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Tsil der Operationssteuersignale in einem Datenregister (67, 68; Fig. 6) zwischengespeichert wird.

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4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil der Operationssteuersignale mit dem Laden des Datenspeichers in die entsprechenden nicht benutzten Bitstellen eingegeben wird.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil der Operationssteuersignale einem zusätzlichen Operationssteuersignalspeicher (70; Fig. 7) mit dem Operationscode als Adresse entnommen und über ein ODER-Tor (72) in den nicht benutzten Teil des genannten Operanden übertragen wird.

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