книги из ГПНТБ / Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины

Поскольку в РгК, в котором должен размещаться код очередной команды, содержится еще не реализованный АЗ, то действия про­ изводятся в следующем порядке. Содержимое РгАК передается на сумматор адреса; одновременно подается сигнал по цепи «+1». В СмА образуется код адреса очередной команды. Этот код пере­ дается в РгА ОЗУ и одновременно в РгАК, где хранится до выбор­ ки следующей команды из ОЗУ. За время выборки кода очередной команды из ОЗУ на СмА через В3 и ИЛИ2 передается код третьего адреса выполняемой команды, на СмА передается и код модифи­ катора из ИРг, а регистр команд РгК устанавливается в исходное нулевое состояние. К концу третьего подцикла код очередной команды фиксируется в РгК, в АУ получен результат выполнения операции по команде данного цикла, а АЗИ находится в сумматоре адреса.

В четвертом подцикле результат выполнения операции пере­ дается из АУ в ОЗУ, где записывается по третьему исполнитель­ ному адресу, который выдается из СмА в регистр адреса ОЗУ.

§ 9.4. Схемное формирование управляющих сигналов

При схемном формировании управляющих сигналов блоки мик­ рокоманд устройств управления включают в свой состав, как пра­ вило, только логические узлы, отдельные запоминающие элементы

Рис. 9.7. Блок микрокоманд синхронной ЦВМ

и генераторы импульсов. Состав БМК определяется количеством выполняемых машиной операций, а также принципами организации управления при выполнении команд. Ниже рассматриваются схемы БМК при постоянном для всех операций цикле, при основном по­ стоянном цикле (см. диаграммы рис. 9.2), а также вариант схемы БМК при асинхронном управлении.

Общая схема блока микрокоманд синхронной ЦВМ приведена на рис. 9.7. Согласно этой схеме в состав блока входят: ГСИ — ге­ нератор синхронизирующих импульсов, СПО — схема пуска и оста­ нова, РИ — распределитель импульсов, иногда именуемый блоком выработки начальных управляющих сигналов, ДшО — дешифратор

29Q

операций и КС — коммутирующая схема, называемая также бло­ ком управления операциями.

Схема пуска и останова состоит из переключательных элемен­ тов, которые под воздействием сигналов, поступающих от пульта управления, либо пропускают импульсы от ГСИ в распределитель РИ, либо не пропускают их. Распределитель импульсов, или датчик

тактов, предназначен для распределения непрерывной последова­ тельности импульсов ГСИ по тактовым цепям с общим периодом, равным циклу работы устройства управления. Временная диаграм­

ния необходимого распределения импульсов в схеме используются две серии синхронизирующих импульсов СИ, и СИ2. Кроме так­ товых сигналов И на выходах распределителя импульсов образу­ ются также начальные управляющие сигналы потенциального типа УП. Если, например, Тц=80 мксек и цикл состоит из 16 так­ тов, то /си—200 кгц, а счетчик является 4-разрядным.

291

Коммутирующая схема по начальным управляющим сигналам И, сигналам с выходов дешифратора операций р и дешифратора при­ знаков р, а также условиям 5 формирует все необходимые сигналы микроопераций в соответствии с соотношениями типа (9.3). Основу схемы составляют логические элементы И и ИЛИ; для окончательного формирования управляющих сигналов использу­ ются выходные усилители. Для построения схемы коммутации уп­ равляющих сигналов используются временные диаграммы выпол­ нения операций, а также таблицы, в которых указывается, какие qj при выполнении каких операций и при каких условиях должны вырабатываться в каждом такте. В приведенной ниже таблице для некоторых операций даны наборы qj для постоянного пятитактного цикла.

Функциональная схема части блока управления операциями (коммутирующей схемы), отвечающей данным этой таблицы, при­ ведена на рис. 9.11. По аналогии с ней строятся полные схемы КС, обеспечивающих формирование управляющих сигналов для всех выполняемых в машине операций.

Блоки микрокоманд синхронно-асинхронных ЦВМ, т. е. машин с основным постоянным циклом работы, строятся на базе БМК, ис­ пользуемых в синхронных машинах. Дополнительно в состав БМК включаются схемы так называемого местного управления МУ, уп­ равляющие выполнением тех частей арифметических операций, ко­ торые не укладываются в принятый цикл и в то же время зависят от кодов операндов. Выполнение коротких операций обеспечивают только схемы центрального управления ЦУ, а схемы МУ совместно со схемами ЦУ принимают участие в выполнении длинных опе­ раций.

Общая схема блока микрокоманд синхронно-асинхронной ма­ шины приведена на рис. 9.12. Схемам МУ в этом блоке передаются функции управления выполнением тех частей операций, которые обычно требуют многократно повторяющихся последовательностей управляющих сигналов. К таким частям относятся: собственно

292

умножение и деление, сдвиги кодов, выравнивание порядков и нор­ мализация в машинах с плавающей запятой. В соответствии с этим в состав МУ обычно включаются узлы, управляющие сдвигами, вы­ полнением собственно умножения и выполнением собственно деле­ ния; сюда относятся счетчики, малоразрядные распределители импульсов и коммутирующие вентильные схемы.

От РИ

Рис. 9.11. Коммутирующая схема

В рассматриваемом БМК схемы центрального управления, об­ веденные на рис. 9.12 пунктиром, состоят из КС, РИ и СПО, прак­ тически не отличающихся от аналогичных узлов БМК синхронных машин. Передача управления схемам МУ осуществляется обобщен­ ным сигналом «Пуск МУ»; по этому сигналу запускается соответ­ ствующий узел МУ и через схему пуска и останова СПО произво­ дится останов ЦУ за счет прекращения подачи на РИ синхронизи­ рующих импульсов. После окончания работы схем МУ управление вновь передается схемам ЦУ, Пуск и останов машины также

293

производятся посредством СПО сигналами, поступающими от пульта управления; останов машины означает прекращение выра­ ботки любых управляющих сигналов.

УС

__U .--.Ui-U 1

Рис. 9.12. Блок микрокоманд синхронно-асинхронной ЦВМ

Блоки микрокоманд асинхронных ЦВМ строятся так, чтобы сразу же после завершения выполнения предыдущей команды на­ чиналось выполнение очередной команды при минимуме затрат

УСК

Рис. 9.13. Блок микрокоманд асинхронной ЦВМ

машинного времени на выполнение каждой операции. В простей­ шем случае БМК асинхронной машины составляется из ряда так называемых управляющих линеек, представляющих собой линии задержки с многими выходами. Структура БМК с управляющими линейками показана на рис. 9.13.

294

Каждой из т выполняемых в машине операций отвечает отдель­ ная управляющая линейка УЛь УЛ2, . . УЛТО, построенная так, что в требуемые моменты времени формирует управляющие сигналы, специфичные для данной операции. Сигналы, образующиеся на вы­ ходах управляющих линеек, поступают в управляемые цепи устройств машины через выходные собирательные схемы. Каждая выходная собирательная схема обеспечивает направление импуль­ сов от различных УЛ в одну из управляемых цепей, что необходи­ мо для выполнения стандартных микроопераций.

Цепочки элементарных линий задержки, составляющие основу управляющих линеек УЛ1—УЛ,„, строятся в соответствии с микро­ программами соответствующих операций. Поскольку некоторые участки микропрограмм могут неоднократно повторяться, то соот­ ветствующие участки цепочек охватываются обратными связями, и подсерни управляющих сигналов вырабатываются циклически. Для учета значений разрядов операндов (например, при умноже­ нии) и различных условий в цепочках ЛЗ образуют разветвления. Если разветвления усложняют управляющие линейки, то организа­ ция циклической выработки подсерий управляющих сигналов при­ водит к уменьшению их аппаратурного состава.

Для формирования управляющих сигналов команд УСК, ис­ пользуемых в БУК для выборки очередной команды и преобразо­ вания ее адресной части, используется отдельная управляющая линейка УЛ0. Эта линейка начинает формировать УСК с поступле­ нием на ее вход общего сигнала «Пуск» или финишных сигналов Ф от управляющих линеек операций. При этом любой сигнал Ф мо­ жет запустить УЛ0 только тогда, когда на вентиль В0 подан управ­ ляющий потенциал УП, действующий до момента прихода с ПУ об­ щего сигнала «Останов». Выходной сигнал S управляющей линей­ ки УЛ0 является стартовым для управляющих линеек операций. Он запускает всегда только одну УЛ, отвечающую коду выполняемой операции.

§ 9.5. Программное формирование управляющих сигналов

Особенностью программного формирования управляющих сиг­ налов является то, что основу блоков микрокоманд составляют от­ дельные запоминающие устройства, обычно типа постоянных запо­ минающих устройств. Эти ЗУ хранят коды всех необходимых для выполнения различных операций микрокоманд. Постоянные запо­ минающие устройства, используемые для построения БМК микро­ программных устройств управления, могут содержать различные элементы; в частности, используются диодные матрицы и числовые линейки из магнитных сердечников.

Схема блока микрокоманд с запоминающим устройством микро­ команд в виде двух диодных матриц приведена на рис. 9.14. Обо­ значения на схеме: ДшК — дешифратор кодов, введенных в регистр кодов РгК; Mi — управляющая диодная матрица; М2 — диодная матрица последовательности; ГТИ — генератор тактовых импуль-

2?5

сов; К — клапан переключения выходных цепей матрицы последо­ вательности; ПП — признак переключения; о,,;- — адрес микро­ команды, где индекс i определяет номер машинной операции, а ин­ декс / — порядковый номер микрокоманды в г-й микропрограмме.

Управляющая матрица представляет собой накопитель управ­ ляющих (операционных) частей микрокоманд, т. е. частей, которым отвечают определенные наборы управляющих сигналов. Выборка этих частей с образованием необходимых наборов управляющих

УС бАУ, ЗУ, УВВ, БУК

Рис. 9.14. Блок микрокоманд с двумя диодными матрицами

сигналов осуществляется путем возбуждения соответствующих шин матрицы сигналами с выходов дешифратора. Образующиеся на вы­ ходах матрицы Mi сигналы усиливаются и в качестве сигналов микроопераций направляются в управляемые цепи арифметиче­ ского и запоминающего устройств, устройств ввода и вывода дан­ ных, а также блока управления командами.

Матрица последовательности представляет собой накопитель адресных частей микрокоманд, т. е. частей, определяющих адреса последующих по выполнению микрокоманд. Использование этой матрицы необходимо потому, что для выполнения одной машинной операции требуется исполнить несколько микрокоманд, выборка которых производится в соответствии с кодом, содержащимся в РгК. Выбранный из матрицы Мг в данном такте код адресной части микрокоманды вводится в РгК и обеспечивает выборку оче­ редной микрокоманды в следующем такте.

Матрицы Mi и Мг строятся путем соединения двух наборов шин полупроводниковыми диодами по общим принципам построения

296

диодных ПЗУ. Схема соединения шин в матрицах представлена на рис. 9.15. Шины набора Шь Ш2, ..., Ш„ являются, как правило, об­ щими для обеих матриц и подключаются к выходам дешифратора; количество этих шин, как адресных, определяется общим количе­ ством микрокоманд, используемых для выполнения машинных опе­ раций. На шинах 1, 2, ..., k второго набора матрицы М| образуют­ ся наборы управляющих сигналов, а на шинах 1, 2...... т второго

ч ч ■

/17

Управляющие

сигналы

Рис. 9.15. Схема соединения шин в диодных матрицах

Количество шин вторых наборов матриц Mi и М2 зависит от об­ щей разрядности микрокоманд; k — разрядность управляющей (операционной) части микрокоманды, т — разрядность ее адрес­ ной части. Отметим, что величина k определяется количеством уп­ равляемых цепей, а величина т — емкостью данного диодного ПЗУ, т. е. m = [log2n], В соответствии со схемой рис. 9.15 в матрицах Mi и М2 зафиксированы следующие микрокоманды:

и адресные части. Если, например, с выхода дешифратора посту­ пает импульс на шину Шь то управляющие сигналы образуются на выходных шинах 1,..., k матрицы Мь а на выходах матрицы М2 образуется код 11... 1, представляющий собой адрес очередной микрокоманды.

Генератор тактовых импульсов предназначен для задания опре­ деленной частоты выработки наборов управляющих сигналов при

297

постоянной длительности тактов. Импульсы с него поступают на дешифратор и в зависимости от содержимого регистра РгК возбуж­ дают соответствующие шины набора Шь Ш2, . . Ш„. Если в ма­ шине длительность тактов должна быть переменной, то ГТИ строит­ ся как генератор ударного возбуждения, управляемый сигналами микрокоманд, посылаемых на него через небольшие линии за­ держки.

Работа рассматриваемой схемы при выполнении команд про­ граммы решения задачи протекает следующим образом. Операци­ онная часть команды вводится в РгК. как адрес первой микро­ команды а,-, 1 микропрограммы выполнения соответствующей опе­ рации. Дешифрирование этого адреса приводит к возбуждению одной из адресных шин, и на выходах матрицы Mi, связанных че­ рез диоды с этой шиной, образуется первый набор управляющих сигналов (считывается код управляющей части микрокоманды). На выходах матрицы М2 образуется код адреса очередной микро­ команды, т. е. а,-,2.

Код в регистре РгК должен изменяться только после заверше­ ния всех процессов, связанных с формированием предыдущего на­ бора управляющих сигналов. Поэтому коды с выходов матрицы М2 подаются на РгК через линии задержки, включаемые в каждую разрядную цепь.

При выборке последней микрокоманды выполнения заданной операции код на выходах матрицы М2 не образуется (точнее обра­ зуется код нуля), так как к адресным шипам концевых микро­ команд выходы матрицы М2 не подключаются. В регистр РгК вво­ дится операционная часть очередной команды, и процесс формиро­ вания наборов управляющих сигналов протекает в соответствии с характером заданной машинной операции.

Порядок формирования наборов управляющих сигналов может изменяться в пределах любой микропрограммы с помощью одного или нескольких клапанов К, переключающих адресные шины матрицы М2 в зависимости от значений соответствующих при­ знаков.

Схемное задание последовательности выборки микрокоманд из постоянного ЗУ микропрограммных устройств обеспечивается при разделении циклов выполнения всех машинных операций на стан­ дартные подциклы, состоящие из нескольких тактов. Внутри каж­ дого стандартного подцикла всегда исполняется одно и то же коли­ чество микрокоманд r r i 10. Для любой машинной операции коли­ чество подциклов Ni, п 2. Если для всех машинных операций подциклы различаются по составу микрокоманд, то в предельном случае общее количество микрокоманд, подлежащих хранению в по­ стоянном запоминающем устройстве БМК,

а

L = ^ m N iin,

(=1

где й — общее количество машинных операций.

298

Для уменьшения значения L микропрограммы разбиваются на стандартные подциклы так, чтобы последовательности микро­ команд внутри подциклов могли использоваться при выполнении различных операций. Первый подцикл, как правило, является об­ щим для всех машинных операций; следует иметь в виду, что мик­ ропрограммные устройства обычно применяются в одноадресных машинах. Проведение указанных действий обеспечивает получение значения L ^ 5 1 2 для одноадресных машин с достаточно полной

КО из БУК

УС в АУ, ЗУ, УВВ, БУК

Рис. 9.16. Блок микрокоманд, с одной числовой линейкой

системой команд. Хранение такого количества микрокоманд обес­ печивается постоянным ЗУ на одной числовой линейке из магнит­ ных сердечников с двусторонним дешифрированием.

Схема блока микрокоманд с запоминающим устройством микро­ команд в виде одной числовой линейки приведена на рис. 9.16. Обозначения на схеме: ДшО — дешифратор операций; У — усили­ тели; ДшП — дешифратор подциклов; СчП — счетчик подциклов; ГИ — генератор импульсов; ДТ — датчик тактов; УФ — усилителиформирователи.

Числовая линейка представляет собой набор из k сердечников (k — разрядность микрокоманды) с L адресными шинами, проши­ вающими сердечники в соответствии с кодами микрокоманд. Про­ текание импульсного тока по адресной шине вызывает формирование

299