SU1300470A1 - Микропрограммное устройство управлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при построении управл ющих автоматов. Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  устройства . С этой целью в устройство, содержащее генератор 15 тактовых импульсов , шифратор 5 адреса, первый элемент 16 задержки, регистр 1 адреса , блок 2 пам ти микрокоманд, регистр 3 микрокоманд и группу 4 дешифраторов , введены регистр 6 кода длительности, счетньШ триггер 7,триггер 8 управлени , счетчик 9, схема 10 сравнени ,- элемент И 11, коммутаторы 12 и 13, элемент НЕ 14, элементы 17 и 18 задержки. 2 ил., 3 табл. (Л 4ib . Фиг.г

Description

Изобретение относитс  к Bbi4HCJivi- тельной технике и может быть использовано при построении управл ющих автоматов .

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  устройства.

На фиг. 1 приведена функциональна  схема устройства на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Микропрограммное устройство управлени  содержит (фиг. 1) регистр

1адреса, блок 2 пам ти микрокоманд, регистр 3 микрокоманд, группу 4 дешифраторов , шифратор 5 адреса, регистр 6 кода длительности, счетный триггер 7, триггер 8 управлени ,счетчик 9, схему 10 сравнени , элемент И

11, первый и второй коммутаторы 12 и 13 соответственно, элемент НЕ 14, генератор 15 тактовых импульсов,первый , второй и третий элементы 16, 17 и 18 задержки соответственно и имеет тактовый выход 19 и операционный выход 20. Регистр 1 адреса,блок

2пам ти, регистр 3 и группа 4 дешифраторов соединены между собой последовательно . Выход 21 генератора 15 соединен с входом элемента 14, первым информационным входом коммутатора 12 и через элемент 17 - с первым информационным входом коммутатора 13 Выход 22 элемента 14 соединен с вторым информационным входом коммутатора 12 и через элемент 18 - с вторым информационным входом коммутатора 13 Выход 23 коммутатора 12 соединен со счетным входом счетчика 9, выход которого соединен с первым входом схемы 10, второй вход которой соединен

с выходом регистра 6. Информационный вход рб .Гистра 6 соединен с выходом старших разр дов шифра.тора 5, информационный вход которого соединен с выходом регистра 1. Выходы 24 и 25 коммутатора 13 и схемы 10.соединены с входами элемента 11, выход которого соединен через элемент 16 с входом сброса в нуль счетчика 9 и  вл етс  тактовым выходом 19 устройства. Выход младшего разр да , шифратора 5 соедин€ Н с информационным входом триггера 7, выход 26 которого соединен с информационным входом триггера 8 и  вл етс  управл ющим входом коммутатора 13, а выход триггера 8  вл етс  управл ющим входом коммутатора 12 Выходы группы 4 дешифраторов  вл ютс операционным выходом 20 устройства.

5

0

5

)

5

0

5

0

5

Кроме того, выход элемента 11 соединен с синхровходами 27 регистров 3 и 6 и триггеров 7 и 8, а выход 28 элемента 16 соединен с входом сброса счетчика 9.

Регистр 1 используетс  дл  хранени  адреса, по которому считываетс  следующа  микрокоманда из блока 2. В зависимости от системы адресации, котора  принимаетс  в микропрограммном устройстве управлени , он может быть реализован различными способами. Так, при использовании естественной системы адресации регистр 1 может быть реализован в виде счетчика, например на ИС 500 ИЕ 136. В блоке 2 пам ти хран тс  выполн емые в устройстве микропрограммы. Он может быть реализован на оперативных запоминающих устройствах (ОЗУ), например на ИС 500 РУ 415. В регистре 3 хран тс  коды микроопераций выполн емой микрокоманды , в регистре 6 - код длительности этой микрокоманды. Предполагаетс , что регистры 3 и 6, а также триггеры 7 и 8 построены на основе двухтактных синхронных D-триггеров, например на ИС 500 ИР 141. Группа 4 дешифраторов используетс  дл  преобразовани  кодов микроопераций выполн емых микрокоманд в совокупность выходных управл ющих сигналов устройства . Дешифраторы группы 4 могут быть построены на ИС 500 ИД 161.

Счетчик 9 предназначен дл  подсчета количества импульсов, поступивших на его счетный вход с выхода 23 первого коммутатора 12. Исходным состо нием счетчика 9  вл етс  нулевое сосг то ние, в которое он переходит в результате установки сигнала соответствующего уровн  на его входе сброса, соединенном с выходом 28 элемента 16. Предполагаетс , что во врем  действи  этого сигнала счетчик 9 не может вести подсчет импульсов. На выходе счетчика 9 формируетс  двоичный код, соответствующий числу импульсов, поступивших на его счетный вход к данному моменту времени. Функци  подсчета импульсов может быть реализована и на сдвигающем регистре. При этом синхронный вход регистра соедин етс  с выходом 23 коммутатора 12, а вход сброса в нуль - с выходом 28 элемента 16. Вход переноса сдвигающего регистра соединен с шиной 1 (единичного потенциала). На выходе

3

сдвигающего регистра формируетс  позиционный код (число импульсов, поступивших на синхровход сдвигающего регистра, определ етс  наличием t в соответствующем разр де регистра)

Шифратор 5 используетс  дл  преобразовани  кода адреса считываемой микрокоманды в код ее длительности. Конкретна  реализаци .шифратора 5 определ етс  выполн емыми устройств микропрограммами, адресами микрокоманд в блоке 2 пам ти, а также их длительностью. Приведем пример построени  шифратора дл  четырех последовательно вьтолн емых микроко- манд. Пусть число возможных дискретов длительности микропрограммного

О

1 1 1

1

О О

1

О О О О

О 1 1 1

t О

о 1

Отметим, что с информационными входами регистра 6 и триггера 7 соединены соответственно выходы У, Y

4

такта равно 8, а число адресных разр дов в блоке 2 пам ти равно 5. Пуст адрес в двоичном представлении перво микрокЬманды равен 01011, второй - 01100, третьей - 01101 и четвертой - 01110. Пусть эти микрокоманды имеют времена выполнени  соответственно не более 2Т (двоичный код 010), 7Т/2 (двоичный код 111), 2Т (двоичный код 010) и ЗТ/2 (двоичный код Otl).

В табл. 1 представлена логика работы шифратора 5, если подсчет импульсов реализован на счетчике; в табл. 2 - то же, если подсчет импульсов реализован на сдвигающем регистре .

Таблица 1

1 о 1 о

о 1 о о

о t о 1

Таблица 2

о 1 о о

о 1 о о

о 1 о 1

И Y шифратора 5, показанные в табл.1, и выходы Y 3 3 X, показанные в табл. 2.

5

Схема 10 предназначена дл  сравнени  кода длительности выполн емой мирокоманды , указанного R регистре 6 с кодом, поступающим с выхода счетчика 9, При сравнении этих кодов на вы ходе 25 схемы 10 устанавливаетс  сиг нал, соответствующий уровню 1.

С помощью коммутатора 12 осуществл етс  передача последовательности импульсов на счетный вход счетчика 9 либо с выхода 21 генератора 15 (когд на его управл ющий вход поступает синал , соответствующий О), либо с выхода 22 элемента 14 (когда на его управл ющий вход поступает сигнал, со- ответствующий 1). С помощью коммутатора 13 осуществл етс  передача последовательности импульсов на вход элемента 11 либо с выхода элемента 17 (когда на его управл ющий вход поступает сигнал, соответствующий О), либо с выхода элемента 18 (когда на его управл ющий вход поступает сигнал, соответствующий 1). Коммутаторы 12 и 13 могут быть реализованы на логических элементах типа 2И- 2ИЛИ, например на ИС 500 ТМ 173 при свободном синхровходе С.

Генератор 15 используетс  дл  формировани  исходной последовательное- ти импульсов пр моугольной формы со скважностью 2. В качестве генератора 15 можно использовать любые генераторы импульсов. Например, генератор импульсов 15 можно реализовать на ИС 155 ТЛ1. Частота генератора регулируетс  номиналом емкости, подключаемой к входу ИС.

Элементы 16, 17 и 18 задержки используютс  дл  согласовани  временных параметров работы устройства. Элемент 16 задерживает входной сигнал на такое врем , чтобы обеспечить срабатьшание в нуль счетчика 9 только после формировани  импульса на тактовом выходе 19 устройства. Элементы 17 и 18 обеспечивают задержку соответствующих входных сигналов на врем  переключени  счетчика 9 и схемы 10 сравнени . Элементы 16-18 задержки могут быть реализованы по типовым схемам, например, на интегрирующей RC-цепочке, подключенной к входу уси40

45

50

обходимое на срабатывание счетчика 9 и схемы 10) после прихода первого импульса на счетный вход счетчика 9 в момент времени t на выходе 25 сх мы 10 по вл етс  сигнал, соответствующий уровню 1. Этот сигнал разрешает прохождение импульсов с выхо да 24 коммутатора 13 через элемент 11 на тактовый выход 19 устройства. С момента времени t по момент вре мени t на выходе 19 действует импульс синхронизации. По этому импульсу в регистр 3 заноситс  втора  микрокоманда, в регистр 6 - код ее длительности, а в регистр 1 добавл етс  1. Триггер 7 устанавливаетс  в единичное состо ние, а триглител  (ИС 500 ЛП 110). Величина за- г ер 8 остаетс  в нулевом состо нии, держек регулируетс  номиналами Rи С.

Работу устройства рассмотрим на примере выполнени  четырех микрокоманд со следующими временами выполВ момент времени t сигналом с выхода 28 элемента 16 начинаетс  об нуление счетчика 9, которое длитс  врем , равное длительности тактовог

5

О 5

0

нени : t, 7T/2;t3 2T;.t, 3T/2, где t. - врем  выполнени  i-й рассматриваемой микрокоманды, Т - период следовани  импульсов генератора 15.

Устройство работает следующим образом .

Пусть в момент времени г. (фиг.2) по тактовому импульсу в регистр 3 записываетс  перва  микрокоманда из рассматриваемых микрокоманд, в регистр 6 - код ее длительности, триггеры 7 и 8 устанавливаютс  в нулевое состо ние, а к содержимому регистра 1 добавл етс  1. В момент времени t с выхода 28 элемента 16 снимаетс  -сигнал обнулени  и счетчик 9 подсчитывает количество импульсов, поступающих на его счетный вход с выхода 23 коммутатора 12. В соответствии с сигналом, поданным на управл ющий вход коммутатора 12, на его выход 23 поступает последовательность импульсов с выхода 21 генератора 15, В соответствии с сигналом, поданным на управл ющий вход коммутатора 13, на его выход 24 поступает последовательность импульсов с выхода 21 генератора . На выходе 25 схемы 10 поддерживаетс  уровень О до тех пор, пока код, наход щийс  в регистре 6, не совпадет с кодом, поступающим с выхода счетчика 9. Так как длительность первой микрокоманды равна 2Т, то код в регистре 6 должен быть равен 1. Поэтому спуст  врем  tj (врем , не0

5

0

45

0

обходимое на срабатывание счетчика 9 и схемы 10) после прихода первого импульса на счетный вход счетчика 9 . в момент времени t на выходе 25 схемы 10 по вл етс  сигнал, соответствующий уровню 1. Этот сигнал разрешает прохождение импульсов с выхода 24 коммутатора 13 через элемент 11 на тактовый выход 19 устройства. С момента времени t по момент времени t на выходе 19 действует импульс синхронизации. По этому импульсу в регистр 3 заноситс  втора  микрокоманда, в регистр 6 - код ее длительности, а в регистр 1 добавл етс  1. Триггер 7 устанавливаетс  в единичное состо ние, а тригг ер 8 остаетс  в нулевом состо нии,

В момент времени t сигналом с выхода 28 элемента 16 начинаетс  обнуление счетчика 9, которое длитс  врем , равное длительности тактового

импульса, а на выходе 25 схемы 10 устанавливаетс  сигнал, соответствующий уровню О. Процесс формировани  длительности такта следующей микрокоманды повтор етс . В отличие от предыдущего такта, на выход 24 коммутатора 13 передаетс  последовательность импульсов с выхода 22 элемента 14 через элемент 18. На выходе 25 схемы 10 поддерживаетс  уровень О до тех пор, пока код,

наход щийс  в регистре 6, не совпа- дет с кодом, поступающим с выхода счетчика 9. Так как длительность вто7Т

рои микрокоманды равна - -, то код в

регистре 6 должен быть равен трем. Поэтому спуст  врем  tj,. после прихода третьего импульса (в момент времени t ) на счетный вход счетчика 9 на выходе 25 схемы 10 по вл етс  сигнал , соответствующий уровню 1. В это же врем  на выходе 24 коммутатора 13 по вл етс  импульс, поступающий с выхода 22 элемента 14 и эадер- жанный на врем  t. Поэтому с момента времени t

на элементе 18 по мо

мент времени t. на тактовом выходе 19 действует импульс синхронизации. По этйму импульсу в регистр 3 зано- ситс  треть  микрокоманда, в регистр 6 - код ее длительности, равный 1, в регистр 1 добавл етс  1, триггер 7 сохран ет свое предыдущее состо ние , а триггер 8 устанавливаетс  в 1.

С момента времени t g процесс формировани  длительности такта повтор етс , но в отличие от предьщутцего такта на выход 23 коммутатора 12 пе- редаетс  последовательность импульсов с выхода 22 элемента 14, В момент времени t спуст  врем  2Т от момента времени t завершаетс  формирование следующего тактового им- пульса. По этому импульсу в регистр 3 заноситс  четверта  микрокоманда, в регистр 6 - код ее длительности, равный 1, триггер 7 устанавливаетДл  правильного формировани  длительности микропрограммного такта в том случае, когда тактовый импульс принадлежит то одной, то другой последовательности импульсов, необходимо на счетный вход счетчика 9 подавать то одну, то другую последовательность импульсов. Дл  этого тригс  в нуль, а триггер 8 сохран ет свое50 gp 8 должен повтор ть состо ние тригпредыдущее состо ние.

С момента времени t процесс формировани  длительности такта повтор етс , но в отличие от предыдущего такта на выход 24 коммутатора 13 передаетс  последовательность импульт  врем 

ЗТ Т

сов с выхода 21 генератора 15 через элемент 17. В момент времени tg спус . I от момента времени t

мных тактов,

завершаетс  формирование следующего тактового импульса и выполн етс  четверта  из рассматриваемых микро.команд

Таким образом, микропрограммное устройство управлени  позвол ет формировать длительности микропрограм- Т

кратные г.

Если длительность формируемого

мных тактов,

такта равна К ,

где ,4,6,...,

такта равна К ,

где ,3,5,...,

то в этом случае тактовый импульс должен принадлежать той же последовательности импульсов (либо последовательности импульсов с выхода 21 генератора 15, либо с выхода 22 элемента 14), которой принадлежал предыдущий тактовый импульс. Дл  обеспечени  этого состо ние триггера 7 не должно изменитьс , т.е.- шифратор 5 должен сформировать на выходе младшего разр да сигнал, соответствующий уровню О.

Если длительность формируемого

Т

2

то в этом случае тактовый импульс должен принадлежать последовательности импульсов, противоположной той, которой принадлежал предьщущий тактовый импульс. Дл  обеспечени  этого состо ние триггера 7 должно изменитьс  на противоположное, т.е. шифратор 5 должен сформировать на выходе млад- щего разр да сигнал, соответствующий уровню 1.

Дл  правильного формировани  длительности микропрограммного такта в том случае, когда тактовый импульс принадлежит то одной, то другой последовательности импульсов, необходимо на счетный вход счетчика 9 подавать то одну, то другую последовательность импульсов. Дл  этого триг gp 8 должен повтор ть состо ние триг

гера 7 с задержкой на один такт работы устройства.

Соответствие между кодом, формируемым на выходах шифратора 5, и длительностью микропрограммного такта представлено в табл. 3.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Микропрограммное устройство управлени , содержащее генератор тактовых импульсов, шифратор адреса, первый элемент задержки, регистр адреса , блок пам ти микрокоманд, регистр микрокоманд и группу дешифраторов , выходы которых образуют операционный вьпсод устройства, адресный вход блока пам ти микрокоманд соединен с вь1ходом регистра адреса а ин- форма1щонный вход и выход регистра Микрокоманд подключены соответственно к выходу блока пам ти микрокоман и входам дешифраторов группы, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи , оно содержит регистр кода длит У1ьности, счетный триггер, триггер управлени , счетчик, схему сравнени , элемент И, элемент НЕ, два коммутатора, второй и третий элементы задержки, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первым информационным входом первого коммутатора и входом элемента НЕ, выход которого подключен к второму информационному входу перво- го коммутатора, управл ющий вход и выход которого соединены соответственно с выходом триггера управлени  и счетным входом счетчика, вход сброТаблица 3

   са и выход счетчика подключены соответственно к выходу первого элемента задержки и первому входу схемы сравнени , второй вход которой соединен с выходом регистра кода длительности входы второго и третьего элементов задержки подключены к выходам соответственно генератора тактовых импульсов и элемента НЕ, первый и второй информационные входы, управл ющий вход и выход второго коммутатора соединены соответственно с выходом второго элемента задержки, выходом третьего элемента задержки, выходом счетного триггера и первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу схемы сравнени , выход элемента И  вл етс  тактовым выходом устройства и соединен с входом первого элемента задержки и синхро- входами регистра «микрокоманд, регистра кода длительности, счетного триггера и триггера управлени , вход шифратора адреса подключен к выходу регистра адреса, информационный вход триггера управлени  соединен с выходом счетного триггера, а информационные входы регистра кода длительности и счетного триггера подключены соответственно к выходу старших разр дов и выходу младшего разр да шифра-i тора адреса.

   13 28

   и

   ts

   Фиг. 2