MIC-1

MIC‑1 je mikroarhitektura koju je Andrew S. Tanenbaum osmislio i predstavio u svojoj knjizi Structured Computer Organization (prvo izdanje 1976., kasnije brojna proširena izdanja).

Povijest i razvoj

Razvoj mikroarhitekture MIC‑1 usko je povezan s nastankom udžbenika Structured Computer Organization američkog računalnog znanstvenika Andrewa S. Tanenbauma. Tijekom 1970‑ih i ranih 1980‑ih Tanenbaum je uočio da se studenti računalnih znanosti često susreću s velikim jazom između apstraktnih programskih koncepata i stvarnog funkcioniranja procesora na razini mikroinstrukcija. Kako bi premostio taj jaz, osmislio je jednostavan, ali potpuno funkcionalan model mikroprogramiranog procesora — MIC‑1.

Prvo izdanje

Prvo izdanje knjige, objavljeno 1976., predstavilo je MIC‑1 kao temeljni obrazovni alat za razumijevanje mikroprogramiranja. U kasnijim izdanjima Tanenbaum je model dodatno usavršavao, ali je zadržao njegovu izvorno zamišljenu jednostavnost: jedinstvena sabirnica, mali skup registara, osnovni ALU i mikroprogramska upravljačka jedinica. Time je MIC‑1 postao idealan za demonstraciju kako se instrukcije višeg nivoa razlažu u mikrooperacije.

MIC-2

Kako je nastava arhitekture računala evoluirala, MIC‑1 je dobio i svoje proširenje — MIC‑2, model s dvostrukom sabirnicom koji omogućuje paralelniji tok podataka. Paralelno s time Tanenbaum je razvio i IJVM, pojednostavljeni instrukcijski skup inspiriran Java Virtual Machineom, kako bi studenti mogli vidjeti kako se virtualne instrukcije prevode u mikroinstrukcije MIC‑1 procesora.

Tijekom 1990‑ih i 2000‑ih MIC‑1 je postao standardni dio sveučilišnih kolegija diljem svijeta. Brojni simulacijski alati, vizualizatori mikroinstrukcija i studentski projekti dodatno su učvrstili njegov status kao jednog od najuspješnijih didaktičkih modela u povijesti računalne arhitekture. Unatoč jednostavnosti, MIC‑1 i danas služi kao referentni primjer mikroprogramiranog procesora, posebno u kontekstu usporedbe s modernim RISC arhitekturama koje se oslanjaju na hardverski upravljane kontrolne jedinice.

Opis

MIC‑1 je jednostavan, mikroprogramirani procesor čija je glavna svrha didaktička: omogućiti studentima da prate kako se instrukcije višeg nivoa razlažu u mikrooperacije i kako se one izvršavaju nad internim registrima i sabirnicama.

Arhitektura

MIC‑1 se sastoji od nekoliko ključnih komponenti:

• Sabirnica] (bus) — jedinstvena interna sabirnica preko koje se prenose podaci između registara i ALU‑a.
• Registri — ukupno 16 x 16 bitnih registara uključuju PC, MAR, MDR, IR, H i skup općih registara.
• ALU — jednostka za aritmetičko‑logičke operacije, s podrškom za osnovne operacije poput zbrajanja, oduzimanja i logičkih funkcija.
• Upravljačka jedinica — mikroprogramirana; mikroinstrukcije se čuvaju u kontrolnoj memoriji i određuju tok podataka i aktivaciju kontrolnih signala.
• Memorija — modelirana kao jednostavna RAM jedinica dostupna preko MAR/MDR sklopova.

Mikroinstrukcije

Svaka mikroinstrukcija MIC‑1 procesora sastoji se od:

• polja za odabir izvora podataka na sabirnici
• polja za odabir odredišnog registra
• ALU kontrolnih bitova
• kontrolnih signala za memoriju
• adrese sljedeće mikroinstrukcije (sekvenciranje)

Ovaj format omogućuje studentima da jasno vide kako se složene instrukcije strojnog jezika razlažu na niz mikrooperacija. Za mikroinstrukcije Tanenbaum je razvio posebni assemblerski jezik MAL, s kojim se mogao uređivati mikroprogram za MIC-1. U sebi je sadržavao sve osnovne narebe s kojim se moglo upravljati s mikrosekvencerom.

Instrukcijski skup

MIC‑1 se često koristi zajedno s jednostavnim modelom strojnog jezika nazvanim IJVM (Integer Java Virtual Machine). IJVM je podskup JVM‑a, prilagođen za obrazovne svrhe, a MIC‑1 služi kao njegova hardverska implementacija.

Instrukcije poput IADD, ILOAD, ISTORE, GOTO i INVOKEVIRTUAL demonstriraju kako se visokonivojske operacije prevode u mikroinstrukcije.

Vanjske poveznice

• Simulator za MIC-1