Mikroprogrammierung. Prinzipien, Architekturen, Maschinen
Wolfgang Matthes
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Wolfgang Matthes, Mikroprogrammierung. Prinzipien, Architekturen, Maschinen (2021), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832585846
280
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Beschreibung / Abstract
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 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.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- Vorwort
- 1 Grundlagen
- 1.1 Steuerungsaufgaben lösen
- 1.2 Ein Blick in die Entwicklungsgeschichte
- 1.3 Speicher- oder Schaltungsprogrammierung?
- 2 Zustandsautomaten und Steuerautomaten
- 2.1 Der Steuerautomat als Zustandsautomat
- 2.2 Grundsatzlösungen der Speicherprogrammierung
- 2.3 Boolesche Steuerautomaten
- 2.4 Universelle algorithmische Automaten
- 2.5 Die Turing-Vollständigkeit
- 3 Universalrechner als Steuerautomaten
- 3.1 Die Universalmaschine oder etwas anderes?
- 3.2 Universalprozessoren einsetzen
- 3.3 Prozessoren und programmierbare Logik
- 3.4 Hardware und Software
- 3.5 Universal- und Spezialmaschinen
- 3.6 Der Universalprozessor als Schaltungsbaustein
- 3.7 Multitasking in der Hardware
- 4 Grundlagen der Mikroprogrammsteuerung
- 4.1 Zur Entwicklungsgeschichte
- 4.2 Der Computer im Computer
- 4.3 Mikrobefehle im Operationsautomaten
- 4.4 Leistungsprobleme der Mikroprogrammsteuerung
- 4.5 Mikrobefehlsformate
- 4.6 Nanoprogrammsteuerung und Nanobefehle
- 4.7 Maschinenbefehle und Mikrobefehle
- 4.8 Mikrobefehle als Grundlage der Maschinenarchitektur
- 5 Mikroprogrammsteuerwerke
- 5.1 Mikroprogrammsteuerwerke entwerfen
- 5.2 Mikrobefehlsadressierung
- 5.3 Wartezustände und Wartemikrobefehle
- 5.4 Mikroprogrammunterbrechungen
- 5.5 Unterprogramme
- 6 Maschinen mit Mikroprogrammsteuerung
- 6.1 Zeitplansteuerungen (Sequencers)
- 6.2 Universelle Steuerautomaten (Branch Sequencers)
- 6.3 Algorithmische Steuerautomaten
- 6.4 Universalmaschinen
- 7 Der Prozessor als Mikroprogrammsteuerwerk
- 7.1 Eine alternative Design-Idee
- 7.2 Nebenläufige Wirkungen
- 7.3 Nebenläufige Ausgabe
- 7.4 Dateneinspeisung
- 7.5 Befehlsmodifikation
- 7.6 Anwendungsbeispiele
- 7.7 Der Erweiterungs- oder Steuerspeicher
- 8 Schaltungseinzelheiten
- 8.1 Steuerspeicher
- 8.2 Diagnose und Debugging
- 8.3 Schnell und schmal oder langsamer und breit?
- 8.4 Zeitintervalle darstellen
- 8.5 Synchronisieren
- 8.6 Taktphasen
- 8.7 Der Universalprozessor als Schaltungsbaustein
- 9 Historische Beispiele
- 9.1 Mainframes
- 9.2 Kleinere Maschinen
- 9.3 Sequencer
- Anhang 1 Eigene Maschinen programmieren
- Anhang 2 Elementare Operationen
- 2.1 Universelle Operationswerke
- 2.2 Binärzahlen addieren und subtrahieren
- 2.3 Das herkömmliche Registermodell der Multiplikation und Division
- 2.4 Verschieben und Rotieren
- Literatur- und Quellenverzeichnis
- Index