2.1. Блок микропрограммного управления

Рассмотрим более подробно структуру микропрограммируемого устройства управления. Основой устройства является блок микропрограммного управления (БМУ), который предназначен для выработки сигналов управления, обеспечивающих работу управляемого объекта по заданному алгоритму. В качестве объекта управления может выступать станок, стиральная машина, блок обработки данных (БОД) для цифровых операций и т.д.

Как правило, БМУ состоит из микропрограммной памяти, содержащей последовательность микрокоманд, реализующей алгоритм, схемы управления адресом микрокоманды (СУАМ), вырабатывающей адрес следующей микрокоманды, схемы управления следующим адресом (СУСА), вырабатывающей систему управляющих сигналов для СУАМ и регистра микрокоманд, содержащего выполняемую в данный момент микрокоманду (рис.2.5).

Б МУ осуществляет выборку последовательности микрокоманд, реализующих алгоритм управления, из микропрограммной памяти в регистр микрокоманд. В формате микрокоманды часто можно выделить поля: управляющие выбором следующего адреса, прямого указания адреса, управления работой самого объекта. Конкретный формат и разрядность микрокоманды определяется разработчиком и зависит от объема микрoпрограммной памяти, требуемой для реализации заданного алгоритма и от количества и свойств требуемой системы сигналов управления объектом.

Например, в микропрограммируемом контроллере на базе микропроцессорного набора К1804 можно использовать 32-разрядный формат слова микрокоманды. Микропроцессорный набор К1804 является 4-разрядным и наращивание разрядности достигается путем параллельного включения микросхем. Разряды 28-31 можно использовать для прямого указания адреса перехода, разряды 24-27 сделать полем управления следующим адресом, содержащим код метода нахождения следующего адреса микрокоманды. Остальные разряды микрокоманды - управляющие сигналы для объекта управления (например, для блока обработки данных).

С УАМ предназначена для выработки адреса следующей микрокоманды, хранящейся в микропрограммной памяти. В схеме СУАМ выделяются следующие структурные единицы: регистр адреса, блок выборки адреса, счетчик микрокоманд, стек (рис.2.6.). Примером реализации СУАМ служит м/с К1804ВУ1.

Регистр адреса используется для хранения адреса, принятого от внешнего источника. Обычно он подключается к полю прямого указания адреса регистра микрокоманд для организации условных и безусловных переходов.

Блок выборки адреса содержит мультиплексор, с помощью которого выбирается источник адреса следующей микрокоманды. В зависимости от управляющих сигналов мультиплексора его источником может быть регистр адреса, прямой вход внешнего адреса, счетчик микрокоманд и стек. Адрес с блока выборки адреса поступает на выход СУАМ через логическую схему, позволяющую модифицировать адрес путем установки маски.

Счетчик микрокоманд (СМК), состоящий из инкрементора и регистра СМК, подключен к выходу СУАМ и вычисляет следующий, увеличенный на 1, адрес микрокоманды. Увеличение его содержимого и запись увеличенного адреса в регистр СМК производится после записи очередной текущей микрокоманды из памяти в регистр микрокоманд (в следующий полутакт машинного времени). Выход счетчика подключен к одному из входов мультиплексора и ко входу стека.

Стек - особым образом организованная память по принципу: последний зашел - первый вышел. Он предназначен для организации подпрограмм и при работе подпрограммы содержит адрес возврата в основную программу. При обращении к подпрограмме в стек заносится содержимое счетчика команд, которое является адресом возврата, а на выход СУАМ поступает через мультиплексор адрес подпрограммы из внешнего источника или с поля прямого указания адреса регистра микрокоманд. При возврате из подпрограммы адрес извлекается из стека и через мультиплексор поступает на выход СУАМ.

Сигналы, управляющие работой отдельных блоков СУАМ, определяются содержимым поля управления следующим адресом регистра микрокоманд и признаками результата выполнения предыдущей операции в объекте управления. Признаки (нулевой результат, отрицательный результат ...) поступают, как правило, для запоминания в регистр признаков от объекта управления. Для проверки отдельных признаков при организации условных переходов на выходе регистра признаков устанавливается селектор признаков, управляемый выделенными разрядами поля управления следующим адресом регистра микрокоманд.

Обычно все возможные комбинации управляющих сигналов для СУАМ не реализуются. Для уменьшения обьема ППЗУ и регистра микрокоманд применяется кодирование используемых наборов сигналов в поле микрокоманды, управляющей выбором следующего адреса. Это поле микрокоманды вместе с выбранным в селекторе признаком поступает на вход схемы управления следующим адресом (СУСА), которая и вырабатывает всю систему управляющих сигналов для СУАМ. СУСА представляет собой комбинационную схему (дешифратор) N в M при N<M, реализованную на ППЗУ.

Выходной сигнал СУАМ, содержащий адрес микрокоманды, проходит через дополнительную логическую схему, позволяющую модифицировать (маскировать) отдельные разряды и, тем самым, модифицировать формируемый адрес.

Адрес микрокоманды, выработанный в СУАМ, поступает на адресный вход микропрограммной памяти, на выходе которой появляется содержимое адресуемой ячейки, т. е. очередная микрокоманда. Эта микрокоманда запоминается на один такт в регистре микрокоманд. Поле микрокоманды, используемое для прямого указания адреса, поступает на СУАМ. Сигналы поля управления выбором следующего адреса поступают на СУСА и на селектор признаков, остальные поля предназначены для управления объектом.