Mikroprogrammierte Minimalmaschine

Die mikroprogrammierte Minimalmaschine (MIMA) ist ein Lehrmodell zur vereinfachten Darstellung von Mikroprozessoren. Sie basiert auf der Von-Neumann-Architektur und wurde von Tamim Asfour am Karlsruher Institut für Technologie entwickelt. Sie zeigt, wie ein Prozessor Befehle und Daten verarbeitet und dabei mit Registern, Rechenwerk, Steuerwerk und Arbeitsspeicher zusammenwirkt.

Bestandteile des Prozessors

Ein Register ist ein Speicher für genau ein Datenwort oder eine Adresse. Register haben symbolische Namen; ein Beispiel ist der Akkumulator.

Die arithmetisch-logische Einheit (ALU) führt Rechenoperationen aus, etwa Addieren, Negieren und Konjugieren. Ihre Argumente erhält sie aus dem Akkumulator oder aus dem Befehl beziehungsweise dem Speicher.

Zum Steuerwerk gehören das Instruktionsregister (IR) und das Instruktionsadressregister (IAR). Das Steuerwerk holt Befehle und Daten aus dem Arbeitsspeicher.

Adressen, Wörter und Befehle

Die MIMA adressiert Speicherplätze mit 20-Bit-Adressen. Ein Speicherwort besteht aus 24 Bit. Auch ein Maschinenbefehl ist genau ein Wort lang.

Bei manchen Befehlen enthalten die ersten 4 Bit die Befehlscodierung. Die übrigen 20 Bit geben dann eine Adresse oder einen Wert an. Andere Maschinenbefehle verwenden 8 Bit für die Befehlscodierung; die restlichen 16 Bit sind dabei irrelevant.

Datenspeicher

Der Datenspeicher enthält Eingaben, Zwischenergebnisse oder Ausgaben. Die Daten werden in Zweierkomplementdarstellung gespeichert. Nach Konvention liegen Programm und Daten getrennt im Speicher; technisch wird diese Trennung jedoch nicht erzwungen.

Mikroprogrammierte Minimalmaschine