高集成度的字形发生器和控制器

本发明属于汉字信息处理技术领域。

中国专利CN85100285“高分辨率汉字字形发生器”和CN85100275“照排机和印字机共享的字形发生器和控制器”描述的字形发生器和控制器有下述两个缺点：

（1）微指令比较长，为56位，见CN85100285的第13页和第25页。由于微程序存储器一般采用快速双极型PROM，价格较贵。

（2）所用的器件相对来说还是比较多，不能在普通PC机的扩充板上布下，因而不能把这一字形发生器和控制器插在PC机箱内，而不得不采用单独的机箱和电源。

器件多的原因是除了WA，WI两块集成度很高的芯片外，还有很多零星的电路，例如CN85100275中的CCS〔11〕，CCG〔12〕，P/L〔14〕，LD〔15〕，LB〔16〕，LSN〔17〕，LR〔18〕等等。

本发明的基本思想是下述两点：

（1）依靠精巧的编码，缩短微指令长度。

（2）把CN85100285，CN85100275描述的WA，WI，中国专利申请89101481.0“逐段生成大号汉字字形点阵和图形点阵的设备和方法”，中国专利申请89101482.9“汉字字形发生器在处理笔划交错情况时的一个措施”，中国专利申请89101483.7“一种适合单路和多路扫描的照排机输出正阳、正阴、反阳、反阴图的控制设备”所增加的电路，以及CCS，CCG，LD，LB，LSN，LR等等全部集成在一 块门阵列CG内。

下面详细叙述。

1.微指令的分段和编码

我们先分析CN85100285第25页给出的56位长的微指令形式，研究一下哪些部分可以缩短。

29116I（16位），2910D（12位），2910I（4位）这三段共32位是无法省的。由于PROM或EPROM一般都是以8位为单位的，因此最短或最佳的微指令长度是40位，也即用8位表示门阵列CG和其他外加电路的操作。

CN85100285中，WAOP（4位），WIOP（4位），DS（3位），29116 OEY（1位），starts（1位），I₀C（1位），CC（4位）分属不同的段，他们可以控制不同设备作平行操作，因而可以提高速度。本发明的设计中必须保持这种平行性以保证不降低速度。

这里给出的最佳设计方案是用微指令中7位表示上面所有的这些操作，这7位记作GI_6～0。40位长的微指令中的一位为地址备分位。

（1）去掉专门的I₀C位的方法

CN85100285微指令中有专门一位I₀C用于产生

Am29116的I₀＝I₀C· N+ I₀C ·PLI₀。

这一电路必须门级少、速度快，因为Am29116的I₀是Am29116时间比较紧张的输入端，上述表达式的延迟时间若较长，将影响Am29116完成一拍操作所需的时间，从而直接影响主频的高低。很可能仅仅因为Am29116的I₀的产生时间较长而把整个设备的主频降低，从而严重影响速度。正因为如此，Am29116的I₀的表达式必须十分简单，CN85100285采用专门位I₀C的目的就 是避免了复杂的译码，可以从微指令寄存器的输出端直接得到I₀C，因而门级很少。

我们先对CN85100285第15页

Am29116的I₀＝I₀C· N+ I₀C ·PLI₀作一改进，把门级数降为一级。因为小规模集成电路74LS系列中只有与或非门，而没有与或门，应把上述电路改用“与或非门”，变成

Am29116的I₀= ，

效果相同，但 I₀C ， PLI₀ 仍有两个反相器，多了一级，不好。应把这两反相器去掉。我们先优化成

Am29116的I₀＝

这里把PLI₀上面的反相去掉了，只要我们规定：凡Am29116I₀需要1的地方，对应的PLI₀＝0;凡Am29116I₀需要0的地方，对应的PLI₀＝1。

进一步再把上述表达式优化成

Am29116的I₀= I₀C·N+PLI₀

这里把 I₀C 整个去掉了，新的表达式似乎与上面表达式不等价，但只要我们规定：凡I₀C＝1的指令，PLI₀＝0。

这样当I₀C＝0，Am29116的I₀＝ PLI₀ ;

当I₀C＝1，Am29116的I₀＝N（规定此指令的PLI₀永远填0）

由于I₀C＝1的情况极少出现，主要用于CN85100285第14页上的P+1指令（这是复原步骤（b）中的最重要的指令）。P+1指令使用的寄存器是R₂或R₃，PLI₀，PLI_1～4这五位用于选择寄存器的地址，这里PLI₀填0是正确的。因此“I₀C＝1的情况时，规定PLI₀必须填0”并未带来任何实质性限制，原因是I₀C＝1主要出现在 CN85100285第14页的P+1指令上，在其他地方基本上不出现。这样我们省掉了 I₀C 项。

Am29116的I₀＝ I₀C·N+PLI₀ 可以用一片SN74LS55小规模集成电路实现，门级降为一级。

本发明的设计中，令I₀C＝GI₅·GI₄·GI₂

这样Am29116的I₀＝ GI₅·CI₄·GI₂·N+PLI₀

用一片SN74LS55“与或非门”组件，门级数仍为1。

由于SN74LS55与或非门组件允许的与门输入头为4个，所以取了GI_6～0（微指令中的7位）中的3位表示I₀C，现在I₀C不再是微指令的专门位，而是由下列组合表示：

GI₆GI₅GI₄GI₃GI₂GI₁GI₀

x    1    1    x    1    x    x

这里x表示0或1，在GI_6～0的指令编码中，上述16种组合均表示I₀C。

（2）去掉三位DS的方法

CN85100285第25页提到的三位DS，指示下列几种Am29116输入来源：

①主存储器数据寄存器SSD〔6〕（即SS存储器读出的内容）

②移位寄存器FD〔9-5〕

③只读存储器GC〔25〕

④主机接口寄存器PIOD〔9〕（即主机送来的内容，以前的图上或说明中未提到过）

⑤层次计数器FL〔9-3〕（中国专利申请89101481.0“逐段生成大号汉字点阵和图形占阵的方法”需增加FL→29116这一传送通道）

⑥GD（CN85100275的图4提到过的图片照片信息缓冲寄存器）

在CN85100285中，SDOE（即控制作SSD→29116），FDOE（即控制作FD→29116）等控制电位都由一个DS Decoder〔13〕发出。微指令中专门的三位DS有利于简化这些信号的产生，又能在发这些信号的同时作其他操作。例如在发出SDOE的同时，Am2910检测 SSEN（即把 SSEN作为 CC码来源）。本发明的设计中，SDOE，FDOE这类控制电位都由新的门阵列CG发出以省掉DS Decoder这一器件，门阵列内是不怕器件多的，允许用稍复杂一点的译码。例如FL→29116，FD→29116等可以采用下述编码：

GI₆GI₅GI₄GI₃GI₂GI₁GI₀操作

1    1    0    0    1    0    1    FL→29116的D锁存器

1    1    0    0    1    1    0    FD→29116的D锁存器

1    1    0    0    1    1    1    PIOD→29116的D锁存器

1    1    0    1    0    0    1    GC→29116的D锁存器

这里译码产生FLOE，FDOE，GCOE等信号的电路OEG〔30〕比CN85100285的DS    Decoder要复杂，但因为在门阵列CG内，没有关系。

剩下的问题是如何保持CN85100285原有的平行操作这一优点。

上述这些传送操作都把数据送入29116的D锁存器，29116有如下特点：当把外部数据送入29116D的同时，29116内部可以照常执行运算。

在本发明设计中，GI_6～0（7位）与29116I（16位）是40位微指令中独立的两段，因而保证了上述传送与29116内部操作的平行

如何保持上述传送操作与Am2910检测CC码操作的平行性是一个值得研究的问题。CN85100285中DS（3位）和CC（4位）是56位微指令独立的两段，因而很容易保持“外部来源→29116D的传送”与“Am2910检测任一CC码”这两种操作的平行性。本发明微指令改为40位，不再有独立的CC（4位），有关Am2910检测CC码的操作也不得不用GI_6～0表示，如何保持这两者的平行性需要用合适的编码技术来解决，将在第（4）节中叙述。

（3）去掉29116 OEY的方法

CN85100285中，29116 OEY是微指令的专门位，直接接到Am29116的 OEY输入端。这样做尽管增加了微指令长度，但不需任何其他电路。

本发明中，29116 OEY将由门阵列CG产生，并输出给29116的 OEY输入端。由于29116 OEY不再有专门位，必须靠较复杂的电路产生，其原则如下：

当需要把某个外部来源（指1（2）所列的6个来源之一）的数据送给29116的D锁存器时，29116 OEY＝1;否则29116 OEY＝0。

29116 OEY的详细表达式将在后面（5）中列出，这一表达式对应的电路均在门阵列CG内，所以复杂一点没有关系。

还需指出，29116 OEY是用来控制Am29116是“输入”还是“输出”，因此29116 OEY的产生不需要高速，门级多一点无关系。

（4）门阵列CG指令的分类

为了实现CG内部操作与Am2910检查 CC码操作这两者的平行，为了使CG内译码和控制整齐简单，我们把门阵列CG的指令分成三类。

第一类 单纯的检测 CC码

GI₆GI₅＝00，这里GI₆接Am2910的 CCEN输入。

GI_4～0指示CC码源，最多32种源，已足够。

需要检测的CC码源例如有：

29116Z    （见CN85100275第7页末说明）

29116C    （见CN85100275第7页末说明）

SSEN（见CN85100275第11页说明）

FAIL （接+5V电源，使Am2910的 CC输入永远为1）

KKGG    （见中国专利申请89101482.9“汉字字形发生器在

处理笔划交错情况时的一个措施”）

END（见CN85100285）

IR₃（即P/L触发器）（见CN85100275第8页）

LR    （见CN85100275第9页）

FL＝0    （由判FL＝0电路〔9-12〕产生的信号，见本发明

图3）

READY    （见CN85100275第9页）

ERROR    （见CN85100275第9页）

本发明把这些CC码分成二类：

①在检测CC码的同时，常常需要作其他CG操作;

②在检测CC码时，不作其他任何操作。

我们把第①类CC码放在编号最小的一组，即GI_4～0＝0～7。例如29116Z，29116C， SSEN，FAIL等。这类CC码一般都是经常需要检测的，而且往往都处在紧要的流程中，平行性是至关重要的。

第二类    单纯的CG操作

GI₆＝1 （注意GI₆接Am2910的 CCEN输入）

GI_5～0表示操作，最多64种，举例如下：

GI₆GI₅GI₄GI₃GI₂GI₁GI₀操作

1    0    0    0    0    0    0    不操作

1    0    0    0    0    0    1    Am29116→x

1    0    0    0    0    1    0    Am29116→y

1    0    0    0    0    1    1    Am29116符号→N

1    0    0    0    1    0    0    Am29116符号→N且GWE

1    0    0    0    1    0    1    N→GS

1 0 0 0 1 1 0 VECD→VECD^＊，GS→GS^＊

1    0    0    0    1    1    1    Am29116→size，sector（见中国专利申请89101481.0）

1    0    0    1    0    0    0    

1    0    0    1    0    0    1

1    0    0    1    0    1    0

1    0    0    1    0    1    1

1    0    0    1    1    0    0    Am29116→len

1    0    0    1    1    0    1    FWE

1    0    0    1    1    1    0    len+1

1    0    0    1    1    1    1    请len后7位，len+128，请FL

1    0    1    0    0    0    0    FDSH

1    0    1    0    0    0    1    FDSH，len+1

1    0    1    0    0    1    0    FDSH，len+128

1    0    1    0    0    1    1    FDSH，len+128，Am29116→SAL

1    0    1    0    1    0    0    FDSH，len+1，Am29116→SAL

GI₆GI₅GI₄GI₃GI₂GI₁GI₀操作

1 0 1 1 0 0 1 FDSL^＊，清len_8～7，len+1

1    1    0    0    1    0    1    FL→29116D锁存器

1    1    0    0    1    1    0    FD→29116D锁存器

1    1    0    0    1    1    1    PIOD→29116D锁存器

1    1    0    1    0    0    0

1    1    0    1    0    0    1    GC→29116D锁存器

1    1    0    1    0    1    0    GD→29116D锁存器

这里说明一点，SS〔4〕的地址寄存器SSA〔5〕为24位长，高8位称为SAU，低16位称为SAL。把一个24位地址送入SSA需分两步：先用Am29116→SAU送8位高位;再用Am29116→SAL送16位低位。

我们把上述编码与CN85100285作一对比。CN85100285的微指令很长：有独立的WAOP（4位），独立的WIOP（4位），独立的CC（4位）。

当指令中 CCEN位＝0，则4位CC码指示需检测的 CC码源;

当指令中 CCEN位＝1，代表无条件转移，此时4位CC码不再指示需检测的源，而是指示某个不在门阵列WA和WI中执行的操作，例如Am29116→SAL，Am29116→SAU，Am29116→LB等。

CN85100285允许任一WAOP，任一WIOP，和CC（4位）指定的任一种操作这三者平行工作。但实际微程序中需要平行的操作组合是极其有限的。我们根据对已完成的微程序的实际统计，把所有出现的（也即真正实际需要的）这些平行操作组合列入了本发明的上述编码。

例如GI_6～0＝1010100指示的操作是

①FDSH（CN85100285中属WIOP操作）

②len+1（CN85100285中属WAOP操作）

③Am29116→SAL（CN85100285中属4位CC指示的操作）

在本发明中仍保持这三者的平行性。

第三类    既检测CC码源，又执行CG内操作

GI₆GI₅＝01（注意GI₆接到Am2910的 CCEN输入端）

此时GI_2～0指示需检测的CC码源

最多8种，我们选择的即29116Z，29116C， SSEN，FAIL，KKG-G， END等

GI₄GI₃两位指示最多四种操作。

这意味着，在检测上述这八种CC码的同时，还可以做四种不同操作。当然对应不同的CC码，允许的这四种不同操作是完全不同的。

下面列出第三类指令的一部分编码

GI₆GI₅GI₄GI₃GI₂GI₁GI₀检测的CC码 其他操作

0    1    0    0    0    0    0    29116Z    29116→VECD，29116符号→N

0    1    0    0    0    29116Z    29116→SAL

1    0    0    0    0    29116Z    29116→len

1    1    0    0    0    29116Z    FDSH，len+1

0 1 0 0 0 1 0 SSENFD→29116D锁存器

0 1 0 1 0 SSENFD→29116D锁存器，len+1

1 0 0 1 0 SSENSD→29116D锁存器，FDSH，len+1

0    1    0    0    0    1    1    FAIL    FD→29116D锁存器

（5）CG内的译码电路

len+1在CN85100285中是16种WAOP操作之一，len+1的产生电路十分简单。本发明则完全不同，由于把指令码压缩成GI_6～0仅7位，又要保持原有操作的高度平行性，因而len+1现在在上面第二类和第三类指令中多次出现，len+1的产生电路将由下述复杂的表达式决定：

len+1＝GI₆· GI₅ · GI₄ ·GI₃·GI₂+GI₁· GI₀

+GI₆· GI₅ ·GI₄·（ GI₃ · GI₂ · GI₁ ·GI₀

+ GI₃ ·GI₂· GI₁ · GI₀

+GI₃· GI₂ · GI₁ ·GI₀）

+ GI₆ ·GI₅·（GI₄·GI₃· GI₂ · GI₁ · GI₀

+ GI₄ ·GI₃· GI₂ · GI₁ · GI₀

+GI₄· GI₃ · GI₂ ·GI₁· GI₀ ）

FD→29116D这一操作在CN85100285中由微指令中专门的SD（3位）指示，因而译码十分简单;现在指令码压缩后，FD→29116D的控制电位FDOE的产生电路将由下述复杂的表达式决定：

FDOE＝GI₆·GI₅·GI₄·GI₃·GI₂·GI₁·GI₀

+GI₆·GI₅·（ GI₄ · GI₃ · GI₂ ·GI₁· GI₀

+ GI₄ ·GI₃· GI₂ · GI₁ ·GI₀

+ GI₄ · GI₃ · GI₂ ·GI₁·GI₀）

同样道理，与CN85100285相比，FDSH，FDSL，FDSL^＊，FWE，Am29116→SAL，Am29116→SAU，starts，SDOE等控制电位的产生电路也更为复杂。

CN85100285中29116 OEY有微指令专门位来控制，本发明中不仅没有这一专门位，连对应的指令编码都没有。原因是本发明中

29116 OEY＝SDOE+FLOE+FDOE+PIODOE+GCOE+GDOE

当外部来源需要送29116D锁存器时，这几个电位中总有也只有一个为高，因而29116 OEY＝1;

当没有任何外部来源需送29116D，而是需要把29116内容输出时，这几个电位全为低，因而29116 OEY＝0。这正是我们所需要的。

29116 OEY的产生电路〔31〕在门阵列CG内。

总之，各种控制电位的产生电路比CN85100285复杂得多了，但由于这些电路均在门阵列CG内，而超大规模集成技术越来越发展，在CG内多增加几百个门简直是微不足道的一件事，基本上不增加代价;而缩短微指令长度却能缩小体积和降低造价。需要强调的是，上述这些控制电位均不在时间要求紧的路程上，所以产生电路复杂，门级显著增多是不要紧的，但也有一些电路对时间要求很紧，决不允许指令码压缩后引起附加的延迟，下节将叙述。

（6） CC电位的多路选择器

CN85100285中，CCS（CN85100285的[11]）是由中规模集成电路构成，不在门阵列WA，WI内。CC码一共有20多个，其中一部分来自外部设备，例如激光打印机和照排机。考虑到门阵列CG腿的数目的限制，大部分CC电位的多路选择器，放在CG内，称为CCS[11];但仍留不到8个外部设备来的CC码的选择器放在CG之外，称为CCMUX3[13]，对应一片SN74LS251组件。

2.门阵列CG包含的电路及附图2，3，4的说明

a.中国专利CN85100285“高分辨率汉字字形发生器”图2WA

所含的下列电路：

坐标计数器X[8-1]

坐标计数器Y[8-2]

长度计数器len[8-3]

状态寄存器VECD[8-4]

状态寄存器VECD^＊[8-5]

状态シ⑵鱊[8-6]

状态触发器GS[8-7]

状态触发器GS^＊[8-8]

X计数器的控制电路XC[8-9]

Y计数器的控制电路YC[8-10]

len计数器的控制电路lenC[8-11]

产生准备写入的标记点阵ZXG[8-12]

标记点阵存储器WS的地址选择器WSA[8-13]

全等比较并且产生结束电位ENDG[8-15]

b.中国专利CN85100285“高分辨率汉字字形发生器”图3WI所含的下列电路：

标记点阵WS的数据缓冲寄存器WSD[9-1]

二中选一的选择器WSDMUX[9-2]

层次计数器FL[9-3]

标记点阵转换成最终输出点阵FI[9-4]

移位寄存器FD[9-5]

锁定器MC₀MC₁[9-7]

选择器MCMUX[9-8]

产生最终的标记点阵XMG[9-9]

产生写电位WE的电路WEG[9-10]

c.中国专利申请89101481.0“逐段生成大号汉字字形点阵和图形点阵的设备和方法”所增加的下列电路：

段号寄存器sector[8-16]

WSWEN电位产生电路WSWENG[8-17]

size寄存器[8-18]

d.中国专利申请89101482.9“汉字字形发生器在处理笔划交错情况时的一个措施”所增加的下列电路：

补写状态触发器GST[8-19]

准备写入电位ZX₁的暂存触发器FZX₁[8-20]

产生KKGG电位的KKGGG[9-11]

e.中国专利CN85100275“照排机和印字机共享的字形发生器和控制器”图4所含的下列电路：

CC码多路选择器CCS[11]

扫描移位寄存器LD[15]

缓冲寄存器LB[16]

移位计数器LSN[17]

数据请求触发器LR[18]

f.中国专利申请89101483.7“一种适合单路和多路扫描的照排机输出正阳、正阴、反阳、反阴图的控制设备”所增加的下列电路：

IR寄存器[14]

LD双向移位控制电路LDC[22]

LSN    END产生电路[23]

多路选择器LDMUX[24]

g.门阵列CG指令码GI的译码电路[21]

判FL＝0电路〔9-12〕

h.SDOE，FDOE，GCOE，PIODOE，FLOE，GDOE的产生电路，称为OEG[30]

29116 OEY的产生电路[31]

3.高集成度的字形发生器和控制器的框图及附图1说明

这一框图在本发明附图1表示，由下列电路组成：

微处理器Am29116[1]，微程序控制器Am2910[2]，微程序存储器（只读存储器）[3]，主存储器SS[4]，主存储器的地址寄存器 SSA[5]，主存储器的数据寄存器SSD[6]，标记点阵存储器WS[7]，门阵列CG[8]，主机接口寄存器PIOD[9]，EPROM只读存储器GC[10]，外部CC码多路选择器CCMUX3[13]，I₀产生电路I₀MUX[12]，外设信号产生寄存器LSG[19]等。

CG[8]发出的控制电位LLSG将控制把Am29116y送LSG[19]，CG发出的控制电位LPIOD，LSSA，LSSD将控制把Am29116y分别送PIOD[9]，SSA[5]，SSD[6]。24位的SSA实际上由SAU（8位）和SAL（16位）两部分组成，LSSA实际上是两个信号：LSAU和LSAL，分别控制把Am29116y送高部分SAU和低部分SAL。