Секции управления адресом микрокоманды К1804ВУ1

Основным назначением секции управления адресом микрокоманды(СУАМ) (рис. 3.5) является формирование адреса следующей микрокоманды.

Источником адреса микрокоманд могут быть как внутренние блоки СУАМ, так и внешние формирователи адреса микрокоманд. К внутренним блокам, в первую очередь, относятся счетчик микрокоманд, обеспечивающий последовательное считывание команд, и стек, в котором запоминаются адреса возврата при работе с подпрограммами. Внешними источниками адреса являются регистр микрокоманд (его адресная часть) и преобразователи начального адреса микропрограмм команд и векторов прерываний. Источник адреса в СУАМ выбирается с помощью четырехвходового мультиплексора. Источником адреса могут быть стек, счетчик микрокоманд, адресная информация, поступающая на входы СУАМ D0-D3, либо регистр адреса. Для управления мультиплексором используются сигналы мультиплексора S0 и S1, указываемые в адресном поле микрокоманды. На выходе мультиплексора включены схемы ИЛИ, позволяющие модифицировать выбранный адрес с помощью маски, подаваемой входы OR3-OR0. Формируемый адрес с помощью схем И может быть замаскирован сигналом ZA. При ZA=0 на выходе СУАМ устанавливается нулевой код независимо от содержимого выбранного источника адреса. С выхода схем И адрес через усилители, управляемые сигналом ОЕ, передается на выходную тристабильную шину СУАМ Y3 – Y0. Кратко охарактеризуем внутренние источники адреса СУАМ.

Счетчик микрокоманд состоит из регистра счетчика микрокоманд (РгСчМК) и схемы приращения — инкрементатора. Любой текущий адрес с выхода мультиплексора через инкрементатор передается в РгСчМК для запоминания. Адрес, формируемый на выходе РгСчМК, непосредственно зависит от значения входного переноса С0. При С0 = 0 адрес на выходе РгСчМК не изменяется, что позволяет обеспечить выполнение одной и той же микрокоманды любое заданное число раз. При С0 = 1 происходит увеличение адреса на выходе РгСчМК, и обеспечивается последовательное считывание микрокоманд из микропрограммной памяти.

Аппаратный стек СУАМ. В отличие от стека, моделируемого в памяти, в БМУ МП К1804 используется аппаратный стек. Основным преимуществом аппаратного стека является существенно меньшее время обращения к стеку. Аппаратный стек реализуется в виде набора регистров, размещенных на кристалле, вместе с другими элементами СУАМ К1804ВУ1. Важным параметром аппаратного стека является его глубина — число регистров стека. При попытке записать в стек большее количество слов, чем число регистров стека, первое записанное слово будет утеряно. В БИС К1804ВУ1 используется 4-уровневый стек, состоящий из указателя стека SP, дешифратора, накопителя и схемы записи/считывания. Указатель стека представляет собой реверсивный счетчик. Выходной код указателя стека, преобразуемый дешифратором в адрес регистра накопителя, определяет регистр накопителя, к которому производится обращение. Указатель SP всегда определяет последнее записанное в него слово. Схема записи/считывания обеспечивает необходимую коммутацию для передачи информации из счетчика микрокоманд в накопитель стека (при записи в стек) или из накопителя стека на вход мультиплексора (при считывании из стека). Стек управляется двумя внешними вхо­дами — разрешения работы стека FE и управления загрузкой/выгрузкой сте­ка PUP. При выполнении операций со стеком на указанные входы подаются одноименные сигналы с выхода схемы формиро­ва­ния сигналов управления СУАМ, реа­ли­зо­ванной в виде ПЗУ емкостью 32 восьмиразрядных слова. При реали­зации подпрограмм стек обеспечивает запоминание адреса возврата при пере­ходе к первой микрокоманде подпро­граммы (FE = 0 PUP = 1) и авто­матический возврат в прерванную точ­ку программы по окончании подпрограммы (FE = 0 PUP = 0). Комбинации значений входных сигналов FE и PUP и определяемые ими режимы работы стека представлены в табл. 3.4.

Прямые входы адреса D3 – D0 используются для непосредственной передачи адресной информации от внешних источников на выход СУАМ. Внешними источниками адреса, как отмечено выше, могут являться регистр микрокоманд (его адресная часть) и преобразователи начального адреса микропрограмм команд и векторов прерываний. В частности, с помощью этих входов адрес перехода из регистра микрокоманд поступает на вход мультиплексора адреса. Поясним назначение других источников внешнего адреса.

Преобразователи начального адреса микропрограмм используются в системах, в которых применяется двухуровневое программирование секционных МП с микропрограммным управлением — на языке команд и на языке микрокоманд. В таких системах пользовательские программы, как правило, пишутся не с использованием микрокоманд, хотя это и не исключается, а на выбранном или заданном языке программирования, при этом команды программы размещаются в блоке внешней программной памяти. Команды адресуются специальным счетчиком команд, который обычно реализуется на одном из внутренних регистров ЦПЭ. Каждая команда представляется последовательностью микрокоманд — микропрограммой команды. Микропрограммы всех команд хранятся в микропрограммной памяти, адресуемой БМУ. Последней микрокомандой любой команды является микрокоманда обращения к счетчику команд, обеспечивающая переход к следующей команде программы. Идентификация команд осуществляется по коду команды, который всегда определяет адрес первой микрокоманды команды в микропрограммной памяти. При выборе команды из внешней программной памяти код команды поступает в специальный преобразователь начального адреса микропрограмм, который преобразует его в адрес первой микрокоманды микропрограммы считанной команды. По завершению выполнения последней микрокоманды очередной команды осуществляется инкремент содержимого счетчика команд и переход к следующей команде программы. Аналогично функционирует преобразователь начального адреса микропрограмм векторов прерывания.

Регистр адреса применяется в качестве буфера для хранения адреса, поступающего от внешнего источника на входы R3 – R0. Разрешение записи осуществляется сигналом RE = 0. С помощью регистра адреса легко обеспечить циклическое выполнение фрагментов кода микропрограмм.

СУАМ под управлением сигналов S1 и S0 обеспечивает два основных режима адресации микрокоманд: принудительный, когда адрес следующей микрокоманды задается в адресном поле текущей микрокоманды и подается на входы D3 – D0 или/и входы R3 – R0, и естественный, при котором адрес следующей микрокоманды определяется счетчиком микрокоманд. Управление СУАМ (выбор источника адреса следующей микрокоманды, задание режима адресации и пр.) осуществляется сигналами, кодируемыми специальными разрядами адресного поля микрокоманды. Для сокращения разрядности поля микрокоманды, управляющего работой БМУ, в микропроцессорном комплекте К1804 имеется контроллер последовательности микрокоманд К1804ВУ3. Контроллер представляет собой преобразователь «сильнокодированного» 4-разрядного поля инструкции в адресной части микрокоманды и признака ветвлений в наборы из восьми управляющих сигналов для узлов, входящих в БМУ. Преобразователь реализован в виде ПЗУ емкостью в 32 8-разрядных слова.

При объединении 4-разрядных секций СУАМ можно реализовать БМУ с произвольной разрядностью адреса микрокоманд, при этом диапазон адресуемых ячеек составляет до 2^{4 n} _, где n — число последовательно включенных секций СУАМ. При объединении секций необходимо соединить цепи переносов n секций СУАМ и объединить их общей шиной управления. Функциональная схема 4 n -разрядной микропроцессорной системы, реализованной на БИС микропроцессорного комплекта К1804, показана на рис. 3.6. По представленной схеме может быть реализована любая микро­процессорная система с управлением на микропрограммном уровне.

Кратко поясним работу системы. Выбранная из микропрограммной памяти микрокоманда запоминается в регистре микрокоманд. С помощью кода из операционного поля регистра микрокоманд ЦПЭ К1804ВС1 обеспечивает выполнение операции, заданной в микрокоманде. На вход D3-D0 секции ЦПЭ данные могут поступать через мультиплексор из входной шины ВхД или поля D микрокоманды. Разрядность обрабатываемых данных 4 n определяется числом n используемых секций ЦПЭ. После исполнения очередной микрокоманды блок микропрограммного управления реализует переход к следующей. Для сокращения разрядности поля микрокоманды, управляющего работой БМУ, в адресном поле текущей микрокоманды указывается только тип перехода, а набор сигналов для управления СУАМ К1804ВУ1 формируется с помощью контроллера последовательности микрокоманд К1804ВУ3. При формировании адреса при условных переходах в БМУ анализируется условие перехода, которым может являться один из признаков результата выполнения предыдущей микрооперации. Источниками прямого адреса СУАМ, кроме адреса перехода из регистра микрокоманд, могут быть вектор прерывания преобразователь начального адреса, не показанные на рис. 3.6. Разрядность формируемого СУАМ адреса и соответствующая ему емкость микропрограммной памяти определяются числом k включенных секций СУАМ.

Данные

n -секций

	MS выбора признака

Признак ветвления

MS

Тип перехода

ВхД

	Контроллер последователь-ности МК К1804ВУ3

Адрес перехода

k -секций

4 k -разрядный адрес

Рис. 3.6. Функциональная схема микропроцессорной системы