Was sind die Vor- und Nachteile von horizontalem und vertikalem Microcode?

1 Horizontaler Mikrocode

Horizontaler Mikrocode ist eine Art von Mikrocode, der breite Wörter, typischerweise 32 bis 64 Bit, verwendet, um die Aktionen jedes Steuersignals im Mikroprozessor anzugeben. Dies bedeutet, dass jede Mikroanweisung viele Aspekte der Ausführung steuern kann, z. B. Abrufen, Decodieren, Arithmetik, Logik, Speicherzugriff und Verzweigung. Horizontaler Microcode wird auch als paralleler oder fest verdrahteter Microcode bezeichnet, da er die Hardwarekomponenten ohne jegliche Interpretation direkt manipulieren kann.

Horizontaler Mikrocode hat einige Vorteile, z. B. hohe Leistung, geringe Latenz und hohe Parallelität. Es kann komplexe Befehle in weniger Mikrozyklen ausführen und das volle Potenzial der Hardwareressourcen ausschöpfen. Horizontaler Mikrocode hat jedoch auch einige Nachteile, wie z. B. Größe, geringe Flexibilität und hohe Komplexität. Es wird mehr Speicherplatz benötigt, um den Mikrocode zu speichern, es ist schwieriger, den Mikrocode zu ändern oder zu aktualisieren, und es ist schwieriger, den Mikrocode zu entwerfen und zu debuggen.

2 Vertikaler Mikrocode

Vertikaler Mikrocode ist eine Art von Mikrocode, der schmale Wörter, typischerweise 8 bis 16 Bit, verwendet, um die Aktionen jedes Steuersignals im Mikroprozessor zu spezifizieren. Dies bedeutet, dass jede Mikroanweisung nur wenige Aspekte der Ausführung steuern kann, z. B. die Auswahl eines Registers, einer Operation oder einer Bedingung. Vertikaler Mikrocode wird auch als serieller oder interpretierter Mikrocode bezeichnet, da er einen Decoder oder einen Interpreter benötigt, um die Mikrobefehle in Steuersignale zu übersetzen.

Vertikaler Mikrocode hat einige Vorteile, wie z. B. geringe Größe, hohe Flexibilität und geringe Komplexität. Es wird weniger Speicherplatz benötigt, um den Mikrocode zu speichern, es ist einfacher, den Mikrocode zu ändern oder zu aktualisieren, und es ist einfacher, den Mikrocode zu entwerfen und zu debuggen. Vertikaler Mikrocode hat jedoch auch einige Nachteile, z. B. geringe Leistung, hohe Latenz und geringe Parallelität. Es kann komplexe Anweisungen in mehreren Mikrozyklen ausführen und aufgrund des Dekodierungs- oder Interpretationsaufwands einige Hardwareressourcen verschwenden.

3 Kompromisse und Optimierungen

Die Wahl zwischen horizontalem und vertikalem Mikrocode ist keine einfache Entscheidung, da sie Kompromisse zwischen Leistung, Flexibilität und Komplexität mit sich bringt. Abhängig von der Anwendung, der Architektur und den Einschränkungen des Systems kann eine Art von Mikrocode besser geeignet sein als die andere. Beispielsweise kann horizontaler Mikrocode für Hochgeschwindigkeits- oder Echtzeitsysteme bevorzugt werden, während vertikaler Mikrocode für allgemeine oder tragbare Systeme bevorzugt werden kann.

Es gibt jedoch auch einige Techniken, um den Mikrocode zu optimieren und die Kompromisse zu reduzieren. Beispielsweise kombiniert hybrider Mikrocode horizontalen und vertikalen Mikrocode in verschiedenen Teilen des Systems, z. B. horizontaler Mikrocode für häufig verwendete Anweisungen und vertikaler Mikrocode für selten verwendete Anweisungen. Eine andere Technik ist komprimierter Mikrocode, bei dem Wörter mit variabler Länge oder Codierungsschemata verwendet werden, um die Größe des Mikrocodes zu reduzieren, ohne die Parallelität zu verlieren.

4 Beispiele und Anwendungen

Um die Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen horizontalem und vertikalem Mikrocode zu veranschaulichen, finden Sie hier einige Beispiele für Mikroprozessoren, die sie verwenden. Ein Beispiel für einen horizontalen Mikrocode-Mikroprozessor ist der Intel 8086, der eine 72 Bit breite Mikroanweisung verwendet, um die Ausführung jeder Anweisung zu steuern. Ein Beispiel für einen vertikalen Mikrocode-Mikroprozessor ist der Motorola 68000, der eine 16 Bit breite Mikroanweisung verwendet, um die Ausführung jeder Anweisung zu steuern.

Allerdings verwenden nicht alle Mikroprozessoren überhaupt Microcode. Einige Mikroprozessoren verwenden direkte Logik oder festverdrahtete Steuerung anstelle von Mikrocode, was bedeutet, dass sie feste Schaltkreise oder Gatter verwenden, um die Steuersignale zu erzeugen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines Microcode-Speichers oder eines Decoders, aber es verringert auch die Flexibilität und Modifizierbarkeit des Systems. Ein Beispiel für einen Mikroprozessor mit direkter Logik ist der ARM Cortex-M0, der einen einfachen Befehlssatz und einen schnellen Ausführungskern verwendet.

5 Hier ist, was Sie sonst noch beachten sollten

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