Микросеквенатор

В компьютерной архитектуре и технике секвенатор выполнения или микросеквенсор генерирует адреса, используемые для пошагового микропрограммы хранилища управления . Он используется как часть блока управления ЦП . или как автономный генератор диапазонов адресов

Обычно адреса генерируются некоторой комбинацией счетчика, поля микроинструкции и некоторого подмножества регистра команд . Счетчик используется в типичном случае, когда выполняется следующая микроинструкция. Поле из микроинструкции используется для переходов или другой логики.

Поскольку ЦП реализуют набор команд, очень полезно иметь возможность декодировать биты инструкций непосредственно в секвенсор, чтобы выбрать набор микроинструкций для выполнения инструкций ЦП.

Большинство современных процессоров CISC используют комбинацию конвейерной логики для обработки кодов операций меньшей сложности, которые могут быть выполнены за один такт, и микрокода для реализации тех, для завершения которых требуется несколько тактов.

Одним из первых интегрированных процессоров с микрокодированием был процессор IBM PALM , который эмулировал все инструкции процессора в микрокоде и использовался в IBM 5100 , одном из первых персональных компьютеров.

Недавними примерами подобных процессоров на основе микросеквенсоров с открытым исходным кодом являются ядра MicroCore Labs MCL86 , MCL51 и MCL65 , которые эмулируют наборы инструкций Intel 8086/8088, 8051 и MOS 6502 полностью в микрокоде.

Простой пример

Компьютерная система Digital Scientific Corp. Meta 4 Series 16 представляла собой микропрограммируемую пользователем систему, впервые доступную в 1970 году. Ветви в последовательности микрокода встречаются в один из трех способов. ^[1]

Микроинструкция ветвления определяет адрес следующей инструкции условно или безусловно. Опция логического индекса (IX) приводит к тому, что 16-битный регистр Link подвергается логической операции ИЛИ с адресом ветвления, тем самым обеспечивая возможность простого индексированного ветвления.

Все арифметические/логические инструкции допускают модификатор перехода (J), который перенаправляет выполнение микроинструкции, адресованной регистром Link.

Все арифметические/логические инструкции допускают использование модификаторов счетчика декремента (D) и перехода (J). В этом случае 8-битный регистр счетчика цикла уменьшается. Если тогда он не равен нулю, выполняется переход к содержимому регистра Link. Если он равен нулю, выполнение продолжается со следующей инструкции.

Еще одна опция последовательности, разрешенная для инструкции ветвления, — это опция выполнения (XQ). Если указано, выполняется единственная инструкция по адресу ветвления, но затем выполнение продолжается после исходной инструкции ветвления. Опцию IX можно использовать с опцией XQ.

Сложный пример

IBM System/360 представляла собой серию совместимых компьютеров, представленных в 1964 году, многие из которых были микропрограммированы. ^[2] System /360 Model 40 — хороший пример микропрограммной машины со сложным микросеквенированием. ^[3]

Микрохранилище состоит из 4096 56-битных микроинструкций, которые работают в горизонтальный стиль микропрограммирования. Магазин обращается к 12-битному адресный регистр только для чтения (ROAR). В отличие от большинства регистров в Архитектура S/360, биты в ROAR нумеруются начиная с бита 0 справа. к биту 11 слева.

  +------------+
  |    ROAR    |
  +------------+
  11          0

Модель 40 не выполняет последовательного выполнения микрокоманд и поэтому микросеквенатор на самом деле не выполняет ветвление в обычном режиме. смысл. Вместо этого каждая микроинструкция указывает адрес следующей. быть исполненным. Четыре поля в микрокоманде способствуют новому адрес.

CA, 4 бита: часть следующего адреса, в зависимости от других полей.
CB, 4 бита: определяет бит 1 следующего адреса.
CC, 4 бита: определяет бит 0 следующего адреса.
CD, 2 бита: управляет сборкой следующего адреса (за исключением случаев, когда поле CB содержит 15).

По существу существует три комбинации или формата этих полей.

Функциональный формат филиала

Когда поле CB содержит 15, функциональная ветвь возникает . Части новый адрес микромагазина в ROAR определяется следующим образом.

биты 11–10: поле CD
биты 9–6: поле CA
бит 5: всегда 0
биты 4–1: старшие 4 бита регистра Q, который является правым входом для 8-битного АЛУ.
бит 0: результат теста, указанный в поле CC

Поле CC может указывать различные тесты состояния машины. Он может также укажите константу 0 или 1 для безусловного бита.

Этот формат изменяет поток управления на 1 из 16 пар инструкций. в младших 32 словах блока микрохранилища из 64 слов (поскольку бит 5 всегда 0). Поле CC затем определяет, какая инструкция из пары получает управление.

CD = формат 0, 1, 3

Когда поле CD равно 0, 1 или 3, поток управления направляется к инструкцию в текущем блоке из 64 слов. Немного о новом микромагазине адрес определяются следующим образом.

биты 11–6: остаются прежними
биты 5–2: поле CA
бит 1: если CD = 0, результат теста, указанный в поле CB; иначе 0
бит 0: результат теста, указанный в поле CC

Поле CA выбирает 1 из 16 групп из 4 слов в текущем блоке из 64 слов. Поля CB и CC затем определяют, какая инструкция из четырех получит контроль.

CD = 2 формата

Когда поле CD равно 2, поток управления направляется неочевидным образом. биты нового адреса микромагазина определяются следующим образом:

биты 11–10: остаются прежними
биты 9–6: поле CA
биты 5–2: остаются прежними
бит 1: результат теста, указанного в поле CB
бит 0: результат теста, указанный в поле CC

Следующая инструкция находится в той же области размером 1 КБ слов, что и текущая. инструкции, поскольку биты 11–10 остаются прежними. Поле CA определяет блок из 64 слов внутри региона. Инструкция в тех же 4 словах группировать внутри нового блока, поскольку текущая инструкция находится внутри текущего блокировать, поскольку биты 5–2 остаются прежними. Поля CB и CC затем определяют, какая инструкция из четырех получит контроль.

Упрощение

Это описание было упрощено. Он игнорирует следующие функции.

Модель 40 может работать в режиме ЦП или в канальном режиме. Описание касается только режима ЦП.
Если микроинструкция не в формате функциональной ветви и поле CD равно 1 или 3, бит 1 следующего адреса всегда равен 0. В этом случае значения полей CD и CB определяют одну из множества строк управления для поднятия .

Ссылки

^ Справочное руководство по компьютерной системе Digital Scientific Meta 4 Series 16 (PDF) . Цифровая научная корпорация. Май 1971 года. 7032МО.
^ Принципы работы IBM System/360 (PDF) . International Business Machines Corp., сентябрь 1968 г. A22-6821-7.
^ Функциональные блоки System/360 Model 40 (PDF) . International Business Machines Corp., март 1970 г. SY22-2843-1.

[1] Справочное руководство по компьютерной системе Digital Scientific Meta 4 Series 16 (PDF) . Цифровая научная корпорация. Май 1971 года. 7032МО.

[2] Принципы работы IBM System/360 (PDF) . International Business Machines Corp., сентябрь 1968 г. A22-6821-7.

[3] Функциональные блоки System/360 Model 40 (PDF) . International Business Machines Corp., март 1970 г. SY22-2843-1.

[1]

[2]

[3]