Пристрій керування Уілкса

Першим ідею мікропрограмного керування висловив у 1951 році М. Уилкс (M.V. Wilkes). Перша конструкція мікропрограмного пристрою керування зображена на мал.5.5.

Основним вузлом пристрою була матриця провідників, у деяких вузлах якої упаяні діоди. Протягом машинного циклу на один з горизонтальних провідників подавався тактовий імпульс. Цей імпульс проходив на ті вертикальні провідники, що були з'єднані діодами з обраним горизонтальним провідником (на схемі діоди показані жирними крапками). У першій групі вертикальних провідників формувалися сигнали, що керують роботою процесора, а в другій — сигнали, що представляють адресу горизонтального провідника, який повинний бути обраним у наступному циклі. Таким чином, кожен рядок матриці представляв мікрокоманду, а вся матриця — те, що тепер ми називаємо керуючою пам'яттю.

На початку циклу адреса обраного рядка міститься в регістрі R1. Виходи розрядів регістра підключені до дешифратора, що стробірується тактовими імпульсами. Черговий тактовий імпульс формує сигнал на одному з виходів дешифратора, що приєднаний до визначеного горизонтального провідника матриці. У залежності від керуючих сигналів у регістр R2 заноситься або код команди з регістра команд IR, або код, сформований другою групою вертикальних провідників матриці. Потім по наступному тактовому імпульсу код з R2 переноситься в R1. Використання пари регістрів забезпечує затримку установки нового коду в R1 на один такт, що необхідно, оскільки дешифратор являє собою комбінаційну схему без пам'яті.

Фактично в цій схемі реалізований горизонтальний формат мікрокоманд (див. мал. 5.1,а). Особливість її полягає в тому, що в кожній мікрокоманді присутня адреса наступної мікрокоманди, незалежно від того, виконується умовний перехід чи ні. Умовний перехід у схемі Уілкса реалізується в такий спосіб: горизонтальний провідник при приєднанні до другої частини матриці роздвоюється, причому в крапці розгалуження знаходиться вентиль, на другий вхід якого подається сигнал умови (тобто вихід визначеного прапора).

Запропонувавши цю схему, Уілкс також навів у своїй роботі приклад реалізації з її допомогою мікропрограм керування простим процесором. Нижче ми розглянемо даний приклад, оскільки сучасні пристрої мікропрограмного керування побудовані практично по тому ж принципу, хоча на зовсім іншій елементній базі.

Процесор гіпотетичного комп'ютера має у своєму складі наступні регістри:

• А — регістр множника;

• В — акумулятор (молодші розряди);

• С — акумулятор (старші розряди);

• D — регістр зрушення.

 

 

Крім того, у складі пристрою керування мається ще три регістри і два прапори. Регістри мають наступне призначення:

• Е — регістр адреси пам'яті (MAR) і регістр тимчасового збереження даних;

• F — лічильник команд;

• G — другий регістр тимчасового збереження даних, лічильник.

У табл. 5.1 представлений набір машинних команд цього гіпотетичного процесора, а в табл. 5.2 — у символічній формі набір мікрокоманд, що реалізовані в пристрої керування. Набір включає 38 мікрокоманд, яких досить, щоб цілком описати функціонування системи.

Команда	Операція
A n S n H n V n T n U n R n L n G n I n O n	С(АС)+С(п)-АС1 С(АС)-С(п)-АС1 С(п)->АС2 C(AC2) x С(п) –АС С(АС1)-п, 0->АС С(АС1)-п С (АС) х 2(п+1)-АС С (АС) х 2(п+1)-АС Якщо С(АС)<0, перехід на адресу п; інакше продовжувати виконання програми в нормальному порядку Прочитати наступний символ із зовнішнього пристрою в комірку n Переслати С (п) у зовнішній пристрій

Умовні позначки:

АС — акумулятор;

АС1 — старші розряди акумулятора;

АС2 — молодші розряди акумулятора;

n — комірка пам'яті, за адресою n;

З (X) — уміст X, де X — регістр або комірка пам'яті

Таблиця 15.2 Мікрокоманди пристрою керування гіпотетичного процесора Уілкса

	Сигнали керування АЛП	Сигнали пересилки поміж регістрами	Прапори умов	Наступна мікрокоманда
			Установка	Використання
			F→G, F→E
			(G + ‘ 1 ’)→F
			Пам’ять→G
			G→E
			E→дешифратор
A 5	C→D
S 6	C→D
N 7	Пам’ять→B
V 8	Пам’ять→A
T 9	C→Пам’ять
U 10	C→Пам’ять
R 11	B→D	E→G
L 12	C→D	E→G
G 13		E→G	(1)Cs
I 14	Пвв→Пам’ять
O 15	Пам’ять→ПВив
	(D+Пам’ять)→C
	(D-Пам’ять)→C
	D→B (R)*	(G - ‘1 ’)→E
	C→D		(1)Es
	D→C(R)
	D→C(L) **	(G – ‘ 1 ’)→E
	B→D		(1)Es
	D→B(L)
	‘ 0 ’→B
	B→C
	‘ 0 ’→C	‘ 18 ’→E
	B→D	E→G	(1)B1
	D→B(R)	(G – ‘ 1 ’)→E
	C→D(R)		(2)Es
	D→C
	(D+A)→C
	B→D		(1)B1
	D→B(R)
	C→D(R)
	D→C
	(D-A)→C

 

— Зрушення вправо. Схема АЛП побудована таким чином, що при зрушенні вправо молодший розряд регістра З пересилається в старший розряд регістра В, а старший (знаковий) розряд регістра З дублюється.

— Зрушення вліво. Схема АЛП побудована таким чином, що при зрушенні вліво старший розряд регістра В пересилається в молодший розряд регістра С.

Умовні позначки: ПВв — пристрій вводу; ПВив — пристрій виводу

При символічному представленні мікрокоманд у табл. 5.2 запис С->D означає, що виходи регістра С підключаються до входів регістра D; запис (D+A)—>С означає, що виходи регістра D підключаються до одним входів суматора, виходи регістра А — до інших входів суматора, а вихід суматора — до входів регістра С; число в парних лапках (наприклад, '18') — константа, що підключається до входів молодших розрядів зазначеного регістра.

У першому стовпчику таблиці представлені адреси мікрокоманд (номера рядків у матриці). Деякі адреси відповідають машинним командам, зазначеним ліворуч від адреси. Так, якщо поле коду операції в регістрі IR відповідає команді додавання (команді А), то виконується мікрокоманда за адресою 5. У наступних двох колонках представлені мікрооперації, виконувані в АЛП й у пристрої керування. Кожному символьному вираженню відповідає свій набір керуючих сигналів — розрядів мікрокоманди. Четвертий і п'ятий стовпчики мають відношення до установки й опитування двох прапорів. Наприклад, символічний запис (2)Es у четвертому стовпчику означає, що прапор 2 встановлюється у відповідності до значення знакового розряду регістра Е. Якщо в п'ятому стовпчику зазначений номер прапора, то в шостому і сьомому стовпчиках вказуються адреси двох альтернативних мікрокоманд, що повинні виконуватися наступними. Перша виконується, якщо прапор не встановлений, а друга — якщо встановлений. Якщо в п'ятому стовпчику прапор не зазначений, то в шостому представлена єдина адреса наступної мікрокоманди.

Мікрокоманди з 0-й по 4-у реалізують фазу витягу машинної команди. Мікрокоманда 4 підключає виходи коду команди до входів дешифратора, що формує адресу першої мікрокоманди відповідної мікропрограми.