Mikrobefehl

Der Mikrobefehl ist eine elementare Anweisung zur Steuerung eines Mikroprogrammsteuerwerks, welches zur Steuerung eines Rechenwerks in Mikroprozessoren und Mikrocontrollern integriert ist. Mehrere Mikrobefehle werden zu einem Mikrocodebefehlssatz zusammengefasst, der umgangssprachlich als Mikrocode eines Mikroprogrammsteuerwerks bezeichnet wird.

Durch eine inherent codierte Adressierungsvorschrift in einem Teil des Mikrobefehls wird auf den nächsten zu verabeitenden Mikrobefehl innerhalb eines adressierbaren Mikrobefehlssatzes verwiesen, so dass strukturierte Abläufe in sich wiederholenden Mikrobefehlssequenzen programmiert werden können. Auf diese Weise ist es möglich, den komplexen Befehlsumfang eines CISC-Prozessors (engl. CISC, Complex Instruction Set Computer) als Mikrobefehlssequenz darzustellen. Der Mikrobefehlssatz kann somit als Firmware des Mikroprogrammsteuerwerks verstanden werden. Der Mikrocode eines integrierten Rechenwerks befindet sich in einem abgetrennten Speicherbereich mit kurzer Zugriffszeit. Der Mikrocode fungiert als niedrigstes Steuerprogramm, programmiert in der Sprache der Mikrobefehle, um Maschinenbefehle in eine Reihe von Schaltoperationsanweisungen zu übersetzen.

Der Mikrobefehl besteht aus einer Anreihung von Bits, die bei der Abarbeitung innerhalb eines Mikrocodebefehlszyklus die Steuerung im Mikrocodeprogrammsteuer- und Rechenwerk bewirken. Dabei können einige Bits als diskrete Schalteranweisung verstanden werden, die eine Schaltaktivität je nach Bit-Wert einleitet oder unterbindet. Alternativ können mehrere nicht unabhängige Bits in Bitfelder gruppiert als codierte Binärzahl aufgefasst werden. Deren Bitkombination werden u. a. Multiplexer-Schaltungen zugewiesen, um anzuweisen, welche zugeordnete Steuer- oder Rechenschaltung aktiviert werden soll.

Ein Mikrobefehl(-santeil) wird als „horizontal mikrobefehlscodiert“ bezeichnet, wenn die Ausführung des Befehlsanteils innerhalb eines Ausführungstakts mit unabhängiger Einzelbit-Steuermöglichkeit innerhalb eines Abarbeitungstakts erfolgt. In diesem Fall ist der Zustand des Rechenautomaten unabhängig von der Ausführungsreihenfolge der Schaltanweisungen innerhalb eines Mikrobefehls. Ein Mikrobefehl(-santeil) wird als „vertikal mikrobefehlscodiert“ bezeichnet, wenn die Ausführung des Befehlsanteils aufgrund einer abhängigen Einzelbit-Steuermöglichkeit in Zwischentakten erfolgt. Auf diese Weise kann eine zeitliche Abfolge von ineinandergreifenden Einzelbit-Steuerungen ausgenutzt oder eine Auswertung einer bitgruppierierungsabhängigen Steuerung ermöglich werden. In diesem Fall ist der Zustand des Rechenautomaten von der Ausführungsreihenfolge der Schaltanweisungen innerhalb eines Mikrobefehls abhängig.

Ein Mikrobefehlszyklus kann in mehrere Phasen unterteilt sein, in denen vertikal und horizontal mikrobefehlscodierte Steuerungsanweisungen aktiv sind. Ist der Mikrocode-Speicherbereich veränderbar, so können Mikrocode-Programme nachträglich verändert und geladen werden um Hardware-Funktionalitäten anzupassen, zu korrigieren oder zu optimieren.

Literatur

• H.P.Gumm, M.Sommer: Einführung in die Informatik. Oldenburg, 8. Auflage, 2009, ISBN 978-3-486-58724-1. 
• K.Wüst: Mikroprozessortechnik: Grundlagen, Architekturen und Programmierung von Mikroprozessoren, Mikrocontrollern und Signalprozessoren. Vieweg+Teubner Verlag, 3. Auflage, 2008, ISBN 978-3-8348-0461-7. 
• H.Bähring: Mikrorechner-Technik, Band 1, Mikroprozessoren und Digitale Signalprozessoren. Springer, 3. Auflage, 2002, ISBN 3-540-41648-X. 
• H.Bähring: Mikrorechner-Technik, Band 2, Busse, Speicher, Pheriperie und Mikrocontroller. Springer, 3. Auflage, 2002, ISBN 3-540-43693-6. 
• Bringschulte, Ungerer: Mikrocontroller und Mikroprozessoren. Springer, 2002, ISBN 3-540-43095-4. 
• Donald Ervin Knuth (Autor), R. Loos (Übersetzer): Arithmetik. Springer, 2001, ISBN 978-3-540-66745-2. 
• R.H. Gütig, M. Erwig: Übersetzerbau. Springer,, 1999, ISBN 3-540-65389-9. 
• J.-M. Muller et al.: Handbook of Floating-Point Arithmetic. Birkhäuser, 2009, ISBN 978-0-8176-4704-9. 
• K. Zuse: Der Computer – mein Lebenswerk. Springer, 5. Auflage, 2010, ISBN 978-3-642-12095-4. 
• Friedrich L. Bauer: Historische Notizen zur Informatik. Springer, 5. Auflage, 2009, ISBN 978-3-540-85789-1. 
• Hans D. Hellig: Geschichten der Informatik. Springer, 2003, ISBN 978-3-540-00217-8. 

Externe Web-Links

• Mikrocodesimulator MikroSim 2010. 0/1-SimWare, abgerufen am 3. Oktober 2010. 
• P6 Family Processor Microcode Update, Feature Review. J. Molina, W. Arbaugh, 2000, abgerufen am 3. Oktober 2010. 
• A Brief History of Microprogramming. M. Smotherman, 2010, abgerufen am 3. Oktober 2010. 
• Computer Structures: Principles and ExamplesPart 2, REGIONS OF COMPUTER SPACE, Section 1, MICROPROGRAM-BASED PROCESSORS, Seite 151 ff. McGraw-Hill Computer Science Series, abgerufen am 3. Oktober 2010. 
• Intel(R) 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual, Volume 3A: System Programming Guide, Part 1, Chapter 9.11: "Microcode update facilities". Intel Cooperation, Dezember 2009, abgerufen am 3. Oktober 2010. 
• Intel Microcode Update Utility for Linux. Abgerufen am 3. Oktober 2010. 
• A microcode reliability update is available that improves the reliability of systems that use Intel processors. Abgerufen am 3. Oktober 2010. 
• BIOS Update required when Missing Microcode message is seen during POST. Intel Cooperation, abgerufen am 3. Oktober 2010. 

Inter-Wiki-Links

• Microassembler
• Microcode
• Microprogramming