DE4026871A1 - Mikroprogrammierbares steuerwerk fuer eine mikroprogrammierbare informationsverarbeitungsvorrichtung und verfahren zu ihrem betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mikroprogrammierbares Steuerwerk für eine mikroprogrammierbare Informationsverarbeitungsvorrichtung.

Es ist bekannt, Steuerwerke für Informationsverarbeitungsvorrichtungen mittels festverdrahteter Logik zu realisieren. Solche Steuerwerke weisen jedoch den Nachteil auf, daß ihre Funktion nicht mehr verändert werden kann.

Es sind deshalb mikroprogrammierbare Steuerwerke bekannt, deren Funktion allein durch den Inhalt eines Speichers bestimmt wird, so daß die Funktion dieses Steuerwerkes in einfacher Weise durch eine Änderung des Speicherinhaltes verändert werden kann.

Abhängig von der Form der Speicherung der Steuerinformation unter­ scheidet man hierbei zwischen horizontalem und vertikalem Mikrocode.

Bei dem horizontalen Mikrocode werden die einzelnen Steuerinforma­ tionen uncodiert in dem Speicher abgelegt. Da für die uncodierte Speicherung ein Speicher einer sehr großen Wortbreite benötigt wird, hat diese Form der Codierung jedoch keine große praktische Bedeutung erlangt.

Um die Größe der Wortbreite des Speichers zu reduzieren ist es deshalb der vertikale Mikrocode bekannt, wobei die Steuerinformation codiert im Speicher abgelegt und die Steuerinformation nach dem Auslesen des Speichers mittels eines Decoders decodiert wird.

Der vertikale Mikrocode weist jedoch den Nachteil auf, daß im allgemeinen für die Ausführung einer Makroinstruktion mehr Mikro­ instruktionen benötigt werden als beim horizontalen Mikrocode.

Es ist deshalb weiter bekannt, die Vorzüge beider Codierungen im sogenannten Zwei-Stufen-Mikrocode zu vereinigen. Hierbei bestehen die beiden Stufen aus dem vertikalen Mikrocode und dem horizontalen Nanocode.

Um eine mikroprogrammierbare Informationsverarbeitungsvorrichtung universell einsetzen zu können, wird das Steuerwerk einer solchen Informationsverarbeitungsvorrichtung im allgemeinen mit einem unspezialisierten Befehlssatz ausgestattet. Hierdurch können alle Informationsverarbeitungsvorrichtungen mit den gleichen Programmen, insbesondere dem gleichen Betriebssystem, betrieben werden, wodurch der Aufwand bei der Erstellung dieser Programme reduziert wird.

Durch die unspezialisierte Auslegung des Befehlssatzes kann jedoch die Leistungsfähigkeit einer solchen Informationsverarbeitungsvorrichtung nicht vollständig ausgenutzt werden. Wird Befehlssatz dennoch an seine spezifische Anwendung angepaßt, so können die bereits vorhandenen Programme, wie beispielsweise das Betriebssystem, nicht mehr verwendet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein mikroprogrammierbares Steuerwerk für eine mikroprogrammierbare Informationsverarbeitungsvorrichtung anzugeben, welches ein gleich­ zeitiges Arbeiten mit einer Vielzahl von Befehlssätzen ermöglicht und dadurch dem Anwender die Benutzung eines anwendungsspezifischen Befehlssatzes und der gleichzeitigen Verwendung eines Standard- Betriebssystemes zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein mikroprogrammierbares Steuerwerk gelöst, welches die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung und in der Zeichnung dargestellt.

Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In

Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes mikroprogrammierbares Steuerwerk und in

Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausbildung des erfindungsgemäßen Steuer­ werkes dargestellt.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel mit horizontalem Mikrocode dargestellt. Der Mikroprogrammspeicher weist hierbei eine Größe auf, welche eine Speicherung einer Vielzahl von unterschiedlichen Befehlssätzen ermöglicht.

Der in diesem Speicher abgelegte Mikrocode teilt sich hierbei in drei Felder auf.

Ein Bedingungsfeld (SEL1) wird verwendet, um im Falle einer bedingten Verzweigung in der Mikroinstruktion die externe Bedingung EB1 mittels eines Multiplexers (MUX1) auszuwählen. Ein weiteres Feld ist vorgesehen, um die uncodierte Steuerinformation abzulegen. Das letzte Feld dient dazu, im Falle einer Verzweigung die Folgeadresse (FA1) zu bilden. Hierzu wird im Falle einer bedingten Verzweigung der Mikro­ programmzähler µPC mittels des Signales L1 mit der Folgeadresse FA1 geladen.

Wird der Mikroprogrammzähler weder mit einer Folgeadresse noch mit einer externen Adresse (EA) geladen, so wird zur Adressierung des nächsten Steuervektors des Mikroprogrammspeichers der Mikroprogrammzähler inkrementiert.

Die Adresse des Mikroprogrammspeichers setzt sich hierbei aus dem Inhalt des Mikroprogrammzählers und dem Inhalt des Registers REG10 zusammen. Hierdurch kann mittels des Registers REG10 ein Speicher­ bereich ausgewählt werden, wodurch dieses Register ein Umschalten zwischen mehreren Befehlssätzen ermöglicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung wird der Mikroprogrammspeicher in einem nichtflüchtigen (ROM) und einen beschreibbaren Speicherbereich (RAM) unterteilt.

Hierzu kann ein Mikroprogrammspeicher für eine Vielzahl von Befehls­ sätzen auch als eine Vielzahl von Speichern für jeweils einen Befehlssatz realisiert werden.

Das in Fig. 2 dargestellte Blockschaltbild zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei Speichern, wobei gemäß einer bevorzugten Weiterbildung einer dieser Speicher als nichtflüchtiger Speicher (ROM) und und der andere Speicher als beschreibbarer Speicher (RAM) ausgebildet ist.

Hierbei werden beide Speicher gleichzeitig mit dem Inhalt des Mikro­ programmzählers adressiert. Die Auswahl eines der beiden aus den Speichern ausgelesenen Steuervektoren erfolgt mittels des Multiplexers MUX3, wobei das Auswahlsignal AS2 zur Bestimmung, welcher der beiden Befehlssätze ausgwählt wird, in dem Register REG20 abgelegt wird.

Der Multiplexer MUX3 kann hierbei in bekannter Weise realisiert werden, indem Speicher mit Open-Collector- oder Three-State-Ausgängen verwendet werden, wobei nur die Ausgangstreiber eines dieser Speicher freigegeben werden.

Für den Betrieb eines erfindungsgemäßen mikroprogrammierbaren Steuerwerkes ist vorgesehen, in dem nichtflüchtigen Speicherbereich einen speziellen Befehlssatz für Betriebssystem-Anwendungen abzulegen und in dem beschreibbaren Speicherbereich einen speziellen Befehlssatz für die jeweilige Anwendung der Informationsverarbeitungsvorrichtung zu laden.

Bei der Aktivierung des Reset-Signales der Informationsverarbeitungs­ vorrichtung wird hierbei das Register zur Aufnahme der Information, welcher der Befehlssätze ausgewählt wird, mit einem definierten Wert vorbelegt, wodurch der in dem nichtflüchtigen Speicherbereich abgelegte Befehlssatz ausgewählt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung des Steuerwerkes wird als Register zur Speicherung der Information, welcher der Befehlssätze ausgewählt wird, ein oder mehrere Bits des Statusregisters der Informations­ verarbeitungsvorrichtung verwendet.

Hierdurch ist der Vorteil erreichbar, daß bei einem Interrupt die Information, welcher der Befehlssätze verwendet wurde, automatisch mit dem Inhalt des Statusregisters gerettet wird. Des weiteren kann ohne Zeitverlust mit dem Setzen der Interrupt-Sperre auf einen definierten Befehlssatz geschaltet werden, wodurch der Vorteil erreichbar ist, daß die Interrupt-Service-Routine einen definierten Befehlssatz erhält.

Soll hierbei auf einen anderen Befehlssatz umgeschaltet werden, so braucht hierzu lediglich der Inhalt des Registers, welches die Information enthält, welcher der Befehlssätze verwendet wird, geändert zu werden.

Hierbei ist jedoch darauf zu achten, daß während der Ausführung des Befehles zum Verändern dieses Registers im Umschaltmoment keine undefinierten Zustände im Steuerwerk auftreten.

Hierfür sind zwei Maßnahmen möglich:

Eine Möglichkeit besteht darin, den Registerinhalt bis zur Beendigung der Befehlsausführung in einem zusätzlichen Register zwischenzu­ speichern.

Die andere Möglichkeit besteht darin, die Befehle zum Verändern des Registerinhaltes bei allen Befehlssätzen gleich zu codieren, so daß das Steuerwerk während der Befehlsausführung umgeschaltet werden kann.

In einem Multi-Tasking-System können die Befehlssätze auch dynamisch nachgeladen werden, falls die Anzahl der benötigten Befehlssätze die Anzahl der verfügbaren Speicherbereiche überschreitet. Es ist hierbei zweckmäßig, die Zuteilung der Informationsverarbeitungsvorrichtung an die einzelnen Prozesse in Abhängigkeit des verwendeten Befehlssatzes durchzuführen.

Claims (10)

1. Mikroprogrammierbares Steuerwerk für eine mikroprogrammierbare Informationsverarbeitungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprogrammspeicher zur Aufnahme einer Vielzahl verschiedener Befehlssätze ausgebildet ist und daß ein Register (REG10) zur Speicherung der Information, welcher der Befehlssätze verwendet wird, vorgesehen ist.

2. Steuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprogrammspeicher als voneinander unabhängige Speicher ausgebildet ist, wobei alle diese Speicher gleichzeitig mit derselben Adresse beaufschlagt werden und daß ein zusätzlicher Multiplexer (MUX3) zur Auswahl des Inhaltes eines dieser Speicher vorgesehen ist.

3. Steuerwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer als Parallelschaltung von Speichern mit Open-Collector oder Three-State-Ausgängen ausgebildet ist.

4. Steuerwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherung der Information, welcher der Befehlssätze verwendet wird, im Statusregister der Informationsverarbeitungsvor­ richtung erfolgt.

5. Steuerwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Befehlssätze in einem nichtflüchtigen Speicherbereich (ROM) steht.

6. Steuerwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Aktivierung des Reset-Signales das Steuerwerk auf den nichtflüchtigen Speicherbereich (ROM) geschaltet wird.

7. Steuerwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein zusätzliches Register zur Verzögerung des Auswahlsignales zum Umschalten des Steuerwerkes (z. B. AS1) bis zum Ende einer Befehlsausführung.

8. Verfahren zum Betrieb eines mikroprogrammierbaren Steuerwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Setzen der Interruptsperre gleichzeitig auf einen definierten Befehlssatz geschaltet wird.

9. Verfahren zum Betrieb eines mikroprogrammierbaren Steuerwerks nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehle zum Verändern des Registers, welches die Information enthält, welcher der Befehlssätze verwendet wird, bei allen Befehlssätzen gleich codiert werden.

10. Verfahren zum Betrieb eines mikroprogrammierbaren Steuerwerks nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuteilung der Informationsverarbeitungsvorrichtung zu den einzelnen Prozessen in Abhängigkeit des momentan verwendeten Befehlssatzes und des durch die Prozesse verwendeten Befehlssatzes erfolgt.