Mikro-ohjelma

Mikro-ohjelma tai mikrokoodi on osassa suorittimia käytetty suorittimen sisäinen ohjelma, jonka avulla varsinaiset konekielen käskyt on toteutettu.

Historia 
Varhainen mikro-ohjelman käyttökohde oli IBM S/360, jossa sen avulla toteutettiin taaksepäin yhteensopivuus aiempien mallien kuten suositun IBM 1401:n kanssa. Mikrokoodista tuli suosittua prosessoreissa 1970-luvun jälkipuoliskolta lähtien.

Varhaiset mikroprosessorit kuten MOS 6502 ja Z-80 eivät käytä mikrokoodia, mutta Intel 8086 ja Motorola 68000 käyttävät jo. 8086 toteuttaa mikrokoodilla esimerkiksi kerto- ja jakolaskut.

Intel on käyttänyt x86-sarjan P6-suorittimista lähtien mikrokoodia, joka voidaan päivittää ohjelmallisesti suorittimen virheiden korjaamiseksi. Muun muassa Linux-, Solaris- ja Windows-käyttöjärjestelmät sisältävät ajuritukea mikrokoodin päivittämiseen ilman BIOSin päivitystä.

Modernit Intelin, AMD:n ja ARMin suorittimet purkavat käskyt mikro-operaatioiksi.

Mikro-ohjelman piirteitä

Mikro-ohjelmalle on tyypillistä pitkät käskysanat, joiden bitit ohjaavat suoraan suorittimen sisäisiä toimintoja. Mikro-ohjelmalle näkyvät suorittimen eri toimiyksiköt, kuten rekisterit tai akut, väylät, liukuhihnat, aritmeettis-looginen yksikkö ja niin edelleen. Tästä seuraa se, että ohjelman abstraktiotaso on erittäin matala, mutta hyvä ohjelmoija pystyy käyttämään suorittimen sisäistä rinnakkaisuutta hyväkseen.

Mikro-ohjelmat olivat aiemmin erittäin yleisiä niin sanotuissa CISC-tyyppisissä koneissa, joissa
käskyt ja osoitusmuodot olivat monimutkaisia.  Näiden taas tuli olla monimutkaisia, jotta pieneen keskusmuistiin
mahtuisi koko tarvittava ohjelma. RISC-arkkitehtuuri toi mukanaan ajatuksen, että
käskyjen tulee olla yksinkertaisia. 

Tyypillisesti pienet suorittimet eivät ole mikro-ohjelmoituja tai vain hankalimmat
käskyt on toteutettu mikro-ohjelmalla. Mitä monimutkaisempi suoritin, sitä todennäköisemmin
sen toteutuksessa on hyödynnetty myös mikro-ohjelmaa.

Samankaltaisia lähestymistapoja

Erityistarkoituksiin on suunniteltu
koneita, joissa ei ole varsinaisia konekäskyjä, vaan niitä ohjelmoidaan samaan tapaan
kuin mikro-ohjelmaa. Tällainen laite oli esimerkiksi FPS-164. 
Myöhemmin on kehitetty leveän käskysanan (VLIW) arkkitehtuuri, jossa käskysanan eri osat sisältävät eri toimilohkojen konekäskyjä. Leveällä käskysanalla
päästään suorittimen sisäisen rinnakkaisuuden hyödyntämiseen, mutta ohjaus ei ole niin yksityiskohtaista kuin varsinaisessa mikro-ohjelmassa.

Mikro-ohjelman muokattavuudesta

Mikro-ohjelma on tavallisesti ollut kiinteä, eli sitä ei ole voinut vaihtaa. Alun perin sanalla firmware tarkoitettiinkin lähinnä mikro-ohjelmaa.
Toisaalta osa koneista (Burroughs B1700 ja sen sukulaiset) mahdollisti  jopa sen, että prosessinvaihdon yhteydessä vaihdettiin myös mikro-ohjelma. Näin voitiin tehdä eri ohjelmointikielille niille sopivin käskykanta. Myös mikro-ohjelmakääntäjiä on olemassa.

Lähteet

Kirjallisuutta

Aiheesta muualla 
 Reverse Engineering x86 Processor Microcode (PDF) 

Tietokonetekniikka