Mikroprogrammierung (Logos, 2021)

Es ist immer von Vorteil, über eine gut gefüllte Werkzeug- und Trickkiste zu verfügen und nicht nur über einen einzigen Hammer.

In diesem Sinne ist das vorliegende Buch dazu gedacht, den Werkzeugkasten aufzufüllen, der vorgesehen ist, um mit Schaltungen und Programmen Steuerungsaufgaben zu lösen.

Zu den bewährten Grundsatzlösungen gehört das Prinzip der Mikroprogrammsteuerung. Es ist eine Art dritter Weg, eine Mischung von Hardware und Software. Wie beim universellen Prozessor wird die funktionelle Komplexität aus der Schaltung in einen Speicherinhalt verlagert. Die Anwendungsaufgabe wird dann vor allem durch Programmieren gelöst.

Der Zweck des Buches ist letzten Endes die Horizonterweiterung. Die Grundlagen der Mikroprogrammsteuerung werden so dargestellt, daß sie als Startpunkt eigener Entwicklungen nutzbar sind.

Teils sind es Prinzipien und theoretische Ansätze aus der Entwicklungsgeschichte, die neu ventiliert werden, teils Problemlösungen und Lösungsvorschläge, die sich im Laufe der Zeit ergeben haben.

Wir betrachten das Mikroprogrammsteuerwerk als Computer im Computer, als elementaren Prozessor, der schnell entworfen ist und an die Anforderungen des jeweiligen Einsatzfalls angepaßt werden kann. Es ist oftmals eine Alternative zu herkömmlichen Mikrocontrollern und Prozessorkernen. Womöglich ergeben sich aus der Wiederbelebung solcher Ideen auch Anregungen zur grundsätzlichen Weiterentwicklung der Rechnerarchitektur.

Ein Mikroprogrammsteuerwerk kann nicht rechnen, sondern nur Steuerwirkungen ausüben und verzweigen. Mikroprogramme bestehen aus Mikrobefehlen, die in Formatgestaltung und Wirkungsweise an die zu steuernden Einrichtungen angepaßt sind. Wenn man vor allem steuern, aber gar nicht oder nur wenig rechnen muß, ist das Mikroprogrammsteuerwerk dem üblichen Universalprozessor deutlich überlegen. Es braucht weniger Ressourcen (Siliziumfläche, Logikzellen) als ein ansonsten vergleichbarer RISC-Prozessor und reagiert schneller. Wenn man Maschinenprogramme durch Mikroprogramme ersetzt, ergibt sich ein Geschwindigkeitsgewinn (Speedup) von – erfahrungsgemäß – etwa 2:1 bis 40:1, je nachdem, was ablaufen soll.

Der Inhalt im Überblick:

• Grundlagen
• Zustandsautomaten und Steuerautomaten
• Universalrechner als Steuerautomaten
• Grundlagen der Mikroprogrammsteuerung
• Mikroprogrammsteuerwerke
• Maschinen mit Mikroprogrammsteuerung
• Der Prozessor als Mikroprogrammsteuerwerk
• Schaltungseinzelheiten
• Historische Beispiele

 Aktuelles:

 12. 4. 2021

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