К588/Гришин

Данный материал защищён авторскими правами! Использование материала заявлено как добросовестное, исключительно для образовательных некоммерческих целей. Автор: Г.Г.Гришин, А.А.Мошков, О.В.Ольшанский, Ю.А.Овечкин Источник: Микропроцессоры: Справочное пособие для разработчиков судовой РЭА. Л.: Судостроение, 1987.

Глава 6

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ КОМПЛЕКТ СЕРИИ К588 (КР588)

6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Микропроцессорный комплект серии К588 создан на базе КМОП-технологии и предназначен для построения аппаратуры средней производительности. Отличительными особенностями микросхем комплекта являются малое потребление мощности от источника питания, асинхронный принцип обмена информацией, а также широкий набор периферийных БИС комплекта. В состав БИС комплекта входят, в частности, БИС управляющей памяти, кодировки которых полностью реализуют систему команд микроЭВМ «Электроника-60» и операции расширенной арифметики. Однако комплект серии К588 может реализовывать устройства не только с этой системой команд. Пользователь строит собственную микропрограммную память, реализующую практически любую систему команд [9, 34, 45, 46].

Микросхемы комплекта обеспечивают выходные сигналы, соответствующие уровням сигналов ТТЛ-микросхем. Однако ввиду того, что входные напряжения сигналов «1» микросхем комплекта превышают нижнюю границу ТТЛ-сигналов, стыковку по входам можно обеспечить ТТЛ-микросхемами с открытым коллектором и нагрузочными резисторами.

В состав комплекта входят БИС системного контроллера для сопряжения устройства на базе микросхем комплекта с каналом типа Q-шина, БИС аппаратного умножителя, магистрального приемопередатчика, буферного регистра, контроллера ЗУ и селектора адреса. Состав комплекта приведен в табл. 6.1.

Таблица 6.1. Состав серии К588 (КР588)

Тип микросхемы	Назначение	Краткая характеристика	Тип корпуса
К588ВУ2 (КР588ВУ2)	Управляющая память	Время цикла ≤ 0,8 мкс; Pccs ≤ 0,5 мВт; Pcc ≤ 20 мВт; 12-разрядная микрокоманда; число БИС — 7	429.42-3 (2206.42-2)
К588ВС2 (КР588ВС2)	Арифметическое устройство	Время цикла (среднее) ≤ 1,82 мкс; Pccs ≤ 1 мВт; Pcc ≤ 30 мВт; 16-разрядное
К588ВГ1 (КР588ВГ1)	Системный контроллер	Время выдачи адреса ≤ 150 нс; Pccs ≤ 0,5 мВт; Pcc ≤ 15,0 мВт
К588ВР2	Умножитель	Время умножения ≤ 2,0 мкс; Pccs ≤ 5,0 мВт; Pcc ≤ 35,0 мВт 16-разрядный	4118.24-2
К588ВА1 (КР588ВА1)	Магистральный приемо-передатчик	Время передачи ≤ 150 нс; Pccs ≤ 0,50 мВт; Pcc ≤ 25,0 мВт 8-разрядный	4119.28-4 (2121.28-4)
К588ИР1 (КР588ИР1)	Многофункциональный буферный регистр	Время записи ≤ 100 нс; Время считывания ≤ 150 нс; Pccs ≤ 0,3 мВт; Pcc ≤ 10,0 мВт 8-разрядный
К588ВГ2 (КР588ВГ2)	Контроллер запоминающего устройства	Время выборки ≤ 200 нс; Pccs ≤ 0,3 мВт; Pcc ≤ 10,0 мВт	4116.18-2 (2107.18-1)
К588ВТ1	Селектор адреса	Время выборки ≤ 300 нс; Pccs ≤ 2,5 мВт; Pcc ≤ 30 мВт	429.42-3

Микросхемы комплекта обладают высокой помехоустойчивостью.

Комплект серии К588 (КР588) служит для построения систем управления периферийными устройствами. В основном его используют в устройствах, действующих в условиях сильных электромагнитных полей, в аппаратуре, работающей в режиме длительного автономного плавания и др.

Микросхемы выпускают в корпусах с горизонтальным (К588) и вертикальным (КР588) расположением выводов. Электрические параметры, а также функциональные возможности микросхем с индексами К и КР идентичны.

6.2. МИКРОСХЕМА К588ВУ2 (КР588ВУ2)

Представляет управляющую память микрокоманд (УП). Основой УП являются программируемые логические матрицы ПЛМ. Программирование УП выполняют на за воде-изготовителе масочным способом. В настоящее время выпускают семь типов УП — К588ВУ2-0001 … К588ВУ2-0007. Кодировки микросхем УП полностью реализуют систему команд микроЭВМ «Электроника-60» и операции расширенной арифметики. К последним относятся команды умножения, деления, сдвига. Кодировка К588ВУ2-0005 содержит микропрограммы работы микросхемы системного контроллера.

Рис. 6.1. Условное графическое обозначение микросхемы К588ВУ2

Рис. 6.2. Структурная схема микросхемы К588ВУ2

На рис. 6.1 и 6.2 изображены соответственно условное графическое обозначение и структурная схема БИС УП. В табл. 6.2 дано назначение выводов этой микросхемы.

Таблица 6.2. Назначение выводов микросхемы К588ВУ2 (КР588ВУ2)

Номер вывода	Назначение	Разряд	Обозначение	Тип
1	Магистраль состояния	0	МС0	Вход
2		1	МС1
3		2	МС2
4		3	МС3
5	Шина команд	0	Д0
6		1	Д1
7		2	Д2
8		3	Д3
9		4	Д4
10		5	Д5
11		6	Д6
12		7	Д7
13		8	Д8
14		9	Д9
15		10	Д10
16		11	Д11
17		12	Д12
18		13	Д13
19		14	Д14
20		15	Д15
21	Общий	—	GND	—
22	Магистраль микрокоманд	0	МК0	Вход
23		1	МК1
24		2	МК2
25		3	МК3
26		4	МК4
27		5	МК5
28		6	МК6
29		7	МК7
30		8	МК8
31		9	МК9
32		10	МК10
33		11	МК11
34		12	МК12
35	Не используется	—	—	—
36	Завершение выполнения микрокоманды	—	Ф1	Вход
37	Установка	1	R1
38	Конец команды	—	КК	Вход-выход
39	Установка	0	R0	Вход
40	Команда принята	—	П	Выход
41	Команда выдана	—	В	Вход
42	Напряжение питания	—	Ucc	—

В состав структурной схемы БИС УП входят следующие функциональные узлы:

регистр команд РК; принимает команду по шине команд Д;

программируемые логические матрицы ПЛМ1 и ПЛМ2; в них запрограммированы не только информация о выбираемой микрокоманде и адрес следующей микрокоманды, но и разряды, управляющие внутренними узлами БИС УП;

регистры состояния PC и следующего адреса РСА; принимают соответственно признаки результата выполнения операции и адрес следующей микрокоманды. Информация состояния поступает, как правило, из арифметического устройства и включает 4-разрядное слово-состояние, состоящее из признаков нулевого результата, переполнения, переноса из старшего знакового разряда (Z, V, С, N);

регистры управления РУ и микрокоманд РМ;

блок синхронизации БСЗ; вырабатывает управляющие сигналы записи во внутренние регистры БИС УП и сигнал квитирования П, свидетельствующий об окончании приема команды. На БСЗ поступают разряды регистра РУ.

Рис. 6.3. Временная диаграмма работы микросхемы К588ВУ2

Функционирование БИС УП начинается с подачи на входы R0 и R1 отрицательных сигналов, которые переводят БИС в исходное состояние. Длительность сигналов R0 и R1 не менее 500 нс.

Работа микросхемы УП начинается по положительному фронту сигнала R0 (либо R1). По отрицательному сигналу В происходит прием команды во входной регистр РК, а также информации состояния в регистр PC. После приема этой информации БИС УП выдает отрицательный сигнал П, свидетельствующий о том, что команда принята. Отрицательный фронт сигнала П инициирует положительный фронт сигнала В, который, в свою очередь, сбрасывает сигнал П в состояние «1».

Затем начинается выдача первой микрокоманды принятой команды. Положительный фронт сигнала Ф1 инициирует выдачу очередной микрокоманды на магистраль МК. Микрокоманда может находиться на магистрали до отрицательного фронта сигнала Ф1. После этого происходит «подброс в единицу» магистрали МК. Если к этому времени сформирована следующая микрокоманда, то происходит ее запись в РМ с последующей выдачей. Одновременно с выдачей последней микрокоманды текущей команды выдается сигнал КК, сигнализирующий контроллеру (либо внешнему ЗУ) о необходимости подачи новой команды.

На рис. 6.3 приведена временная диаграмма работы БИС УП.

Реализация всей системы команд микроЭВМ «Электроника-60» и ограниченные возможности внутренних ПЛМ БИС УП привели к необходимости использования не менее пяти «зашивок» микрокоманд в БИС УП (0001 … 0005). Первые четыре реализуют собственно команды «Электроники-60», пятая — управляет системным контроллером и разрешением прерываний. Четыре микросхемы БИС УП (0001 … 0004) соединяются параллельно (по выходам) и выдают информацию в арифметическое устройство (АУ); 12-разрядный код является собственно микрокомандой для АУ. Разряд 12 используется в качестве строба микрокоманды. Микросхема К588ВУ2-0005 разрядами 0…6 вырабатывает сигналы разрешения прерывания, разряды 7…12 управляют микросхемой К588ВГ1 (КР588ВГ1).

В табл. 6.3 приведены основные электрические параметры БИС УП.

Таблица 6.3. Основные электрические параметры БИС УП

Параметр, единица измерения	Обозначение	Значение

6.3. МИКРОСХЕМА К588ВС2 (КР588ВС2)

Представляет БИС 16-разрядного арифметического устройства (БИС АУ). БИС АУ предназначена для построения процессоров микроЭВМ, а также центральных устройств обработки программируемых контроллеров.

БИС АУ осуществляет обмен информацией с внешними устройствами по 16-разрядной двунаправленной магистрали данных. Операции обмена информацией сопровождаются сигналами квитирования. Микросхема реализует асинхронную дисциплину обмена.

Назначение выводов БИС АУ представлено в табл, 6.4. Условное графическое обозначение и структурная схема БИС АУ изображены соответственно на рис. 6.4 и 6.5. В состав структурной схемы БИС АУ входят следующие функциональные узлы:

регистр микрокоманд РМ и дешифратор ДШ; предназначены для приема и дешифрации кода микрокоманды;

буферный регистр данных БРг; через БРг осуществляют связь между внутренней шиной данных ВШД и внешней магистралью данных Д;

арифметико-логическое устройство АЛУ (16-разрядное); в нем происходят основные действия, связанные с арифметико-логической обработкой данных. Прием информации в АЛУ, а также ее выдача осуществляются через ВШД;

Таблица 6.4. Назначение выводов микросхемы К588ВС2

Номер вывода	Назначение	Разряд	Обозначение	Тип
1	Шина микрокоманд	7	МК7	Вход
2		8	МК8
3		9	МК9
4		10	МК10
5	Магистраль данных	0	Д0	Вход-выход
6		1	Д1
7		2	Д2
8		3	Д3
9		4	Д4
10		5	Д5
11		6	Д6
12		7	Д7
13		8	Д8
14		9	Д9
15		10	Д10
16		11	Д11
17		12	Д12
18		13	Д13
19		14	Д14
20		15	Д15
21	Общий	—	GND	—
22	Знак результата	—	N	Выход
23	Признак нулевого результата	—	Z
24	Признак переполнения	—	V
25	Перенос	—	C
26	Не используются	—	—	—
27		—	—	—
28		—	—	—
29		—	—	—
30	Строб микрокоманды	—	ВК	Вход
31	Завершение выполнения макрокоманды	—	Ф1	Выход
32	Строб данных по магистрали Д	—	В	Вход-выход
33	Конец приема данных	—	П
34	Шина микрокоманд	0	МК0	Вход
35		1	МК1
36		2	МК2
37		3	МК3
38		4	МК4
39		5	МК5
40		6	МК6
41		11	МК11
42	Напряжение питания	—	Ucc	—

аккумулятор АКК и. блок регистров общего назначения БРОН; используют в качестве источников и приемников информации при выполнении микрокоманд;

регистр состояния PC; в PC заносятся признаки результата операции. Программно доступен, может участвовать в операциях АДУ;

блок синхронизации БСЗ; осуществляет обработку и выдачу внешних и внутренних сигналов управления. Работа БСЗ начинается с отрицательного фронта сигнала ВК;

Рис. 6.4. Условное графическое обозначение микросхемы К588ВС2

Рис. 6.5. Структурная схема микросхемы К588ВС2

буферный регистр состояния БРС; через БРС происходит выдача признаков результата операции;

внутренняя шина данных ВШД; обеспечивает связь между БРг, АЛУ, АКК, БРОН, PC.

6.3.1. Описание функционирования микросхемы К588ВС2

Работа БИС АУ осуществляется под управлением микрокоманды. Выполнение любой микрокоманды состоит из комбинации фаз приема, чтения, записи и выдачи.

Фаза приема включает прием и дешифрацию микрокоманды. В некоторых микрокомандах в этой фазе происходит прием операнда по магистрали данных.

Фаза чтения включает чтение информации в АЛУ из БРОН, АКК, PC или БРг с последующей ее обработкой (рис. 6.6 … 6.9).

В фазе записи происходят завершение обработки информации и ее запись в приемник информации. Приемником может быть один из внутренних функциональных узлов БИС АУ — РОН, АКК, РС или БРг в соответствии с кодом микрокоманды.

В фазе выдачи осуществляется выдача результата операции в магистраль данных.

В табл. 6.5 … 6.8 приведены микрокоманды, выполняемые БИС АУ.

Рис. 6.6.

Рис. 6.7.

Рис. 6.8.

Рис. 6.9.

Начало выполнения всех микрокоманд одинаковое. Если БИС АУ готова к приему микрокоманды, то на выходе Ф1 (см. рис. 6.6 … 6.9) устанавливается сигнал «1». После этого БИС УП (либо другое устройство микропрограммного управления) выдает микрокоманды на шину микрокоманд МК 12-разрядным кодом (0…11); 12-й разряд шины микрокоманд, как правило, используется для стробирования микрокоманды и поступает на вход ВК сигналом «0». По отрицательному фронту этого сигнала происходит запись микрокоманды в регистр РМ и дешифратор ДШ. По окончании приема микрокоманды БИС АУ устанавливает сигнал «0» на выходе Ф1.

После этого БИС АУ переходит к исполнению микрокоманды.

Окончание выполнения микрокоманды инициируется положительным фронтом сигнала Ф1. Если микрокоманда выполняется без обмена, то не происходит ни приема операнда, ни выдачи результата операции в магистраль данных.

Таблица 6.5. Бинарные микрокоманды МК(0) = 0

Разряды МК										Выполняемая операция
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	0	КОП1				РОН				АЛУ(РОН, АКК) -> РОН
		X	X	X	X
		(кроме X111)
0	1	X	X	X	X					АЛУ(РОН, АКК) -> АКК
		(кроме X111)
0	0	То же								АЛУ(РОН, АКК) -> РС
1	1	То же								АЛУ(РОН, АКК) -> АКК; БРг
0	0	X	1	1	1	X	X	X	X	Начальная установка
0	1	0	1	1	1	КОП2				АЛУ(БРг, АКК) -> РС
						X	X	X	X
0	1	1	1	1	1	КОП2				АЛУ(РС, АКК) -> АКК
1	0	1	1	1	1					АЛУ(РС, АКК) -> РС
1	1	1	1	1	1					АЛУ(РС, АКК) -> БРг, АКК

Выполнение микрокоманды с выдачей результата операции в магистраль данных обусловлена выдачей результата в магистраль совместно с формированием на выводе В сигнала «0». Одновременно с выдачей информации БИС АУ может принять следующую микрокоманду и начать ее выполнение. Этап выдачи информации в магистраль данных продолжается до поступления извне на вывод П БИС АУ отрицательного фронта сигнала. Последний инициирует положительный фронт сигнала В и снятие информации с магистрали данных. По положительному фронту сигнала В может сбрасываться сигнал П. На этом заканчивается выдача информации в магистраль. Если во время этапа ыдачи информации в магистраль данных поступила микрокоманда без обмена, то последняя выполняется независимо от того, закончился или нет этап обмена информации в предыдущей микрокоманде. Если данная микрокоманда с приемом информации и еще не закончился этап выдачи данных в предыдущей микрокоманде, то БИС АУ не устанавливает уровень «0» на выходе Ф1, а ожидает появления «0» на выводе П (окончания этапа выдачи). Если следующая микрокоманда с выдачей и еще не закончился

Таблица 6.6. Унарные микрокоманды МК(0) = 1

Разряды МК	Выполняемая операция

Таблица 6.7. Расшифровка КОП1 (КОП2)

Операция	КОП1(2)	Действие	Признаки	Примечание

Таблица 6.8. Расшифровка КОП3 (КОП4)

Операция	КОП3(4)	Действие	Признаки	Примечание

этап выдачи информации в текущей микрокоманде, то после окончания выполнения фаз чтения и записи и выработки сигнала Ф1 = «1» БИС А У останавливается и ожидает сигнала П = «0». После появления этого сигнала сбрасывается сигнал В и после сброса сигнала П выдается новая информация в магистраль данных.

При выполнении микрокоманды с приемом информации по магистрали данных БИС АУ после приема и дешифрации кода этой микрокоманды переходит в режим ожидания приема операнда. Этап приема начинается с появления извне сигнала В = «0». Закончив прием, БИС АУ устанавливает сигнал П — «0» и сигнал Ф1 = «0». После этого внешнее устройство (источник операнда) сбрасывает сигнал В, после чего БИС АУ сбрасывает сигнал П.

Окончание выполнения микрокоманды сигнализируется сигналом Ф1 = «1». Микрокоманда с приемом операнда и выдачей результата операции аналогична микрокоманде с приемом информации из магистрали и фазой выдачи результата операции в магистраль данных.

6.3.2. Система микрокоманд БИС АУ

Система микрокоманд БИС АУ (см. табл. 6.5 … 6.8) содержит бинарные (с двумя операндами) и унарные (с одним операндом) микрокоманды. При описании микрокоманд использованы следующие обозначения: МК — микрокоманда; РОН — регистр общего назначения; КОП — код операции; БРг — буферный регистр данных; АКК — аккумулятор; РС — регистр состояний; А, В — первый и второй операнды; ДД — приемник результата операции; С, N, Z, V — признаки результата; X — безразличное состояние разряда.

Все микрокоманды можно условно разделить на следующие типы: без обмена информацией с магистралью данных; с приемом операнда по магистрали данных; с выдачей операнда в магистраль данных; с приемом и выдачей результата в магистраль данных.

В БИС АУ четыре формата микрокоманд. Бинарные и унарные микрокоманды имеют по два формата.

Во всех форматах нулевой разряд используется как идентификатор бинарной (МКО = «0») или унарной (МКО = «1») операций.

Одиннадцатый разряд является признаком выдачи информации состояния на магистраль состояния.

Для бинарных микрокоманд в форматах 1 и 2 разряды МК1 и МК2 определяют адрес приемника.

Для унарных микрокоманд разряд МК1 в форматах 3 и 4 определяет адрес приемника, а МК2 — указывает длину операнда (байт либо два байта).

Для форматов 1 и 3 разряды МК3 … МК6 определяют код операций КОП1 и КОП3 соответственно.

Для форматов 2 и 4 эти разряды определяют признаки формата.

Для форматов 1 и 3 разряды МК7 … МК10 в двоичном коде определяют номер РОНа.

Для форматов 2 и 4 эти разряды определяют код операций КОП2 и КОП4 соответственно.

Широкий спектр микрокоманд позволяет реализовать на базе БИС АУ практически любую систему команд вычислительного устройства.

Таблица 6.9. Электрические параметры микросхемы К588ВС2 (КР588ВС2)

Параметр, единица измерения	Обозначение	Значение

На временных диаграммах (см. рис. 6.6 … 6.9) иллюстрируется работа БИС АУ при выполнении различных микрокоманд. Индексы В и П указывают, что данный сигнал является выдаваемым либо принимаемым в БИС АУ.

В заключение следует отметить, что при проектировании устройств на базе БИС АУ необходимо разряды магистрали состояния «подвязывать» через резистор к источнику питания.

Величина резистора В. определяется из формулы

Формула (6.1)

В табл. 6.9 приведены электрические параметры БИС АУ.

6.4. МИКРОСХЕМА К588ВГ1 (КР588ВГ1)

TODO