Bit-Slice

Ein Bit-Slice ist ein vorgefertigter Baustein in Form eines integrierten Schaltkreises, der in der Mikroelektronik zum individuellen Bau eines Prozessors verwendet wurde. Die vorrangig in den 1970er bis 1980er Jahren genutzten Bit-Slice-Bausteine waren ein Entwicklungsschritt auf dem Weg vom aus Einzeltransistoren aufgebauten Computer zum heute ausschließlich eingesetzten Mikroprozessor, also dem Prozessor auf einem einzelnen Die. Bit-Slicing bezeichnete eine Methode aus der Rechnerarchitektur, bei der man aus mehreren Einzelbausteinen, die oft alle für relativ kleine Wörter – den Bit-Slices – (meist 4 bit lang) ausgelegt waren, größere Rechenwerke zusammenbaute.

Bit-Slices für arithmetisch-logische Einheiten, Register und Sprung- und Verzweigungseinheiten wurden kombiniert, um die gewünschte Wortbreite des Prozessors zu erreichen. Dazu kamen Speicher für das Mikroprogramm, die meist aus schnellen ROM-Bausteinen bestanden, eine Mikroprogrammsteuereinheit sowie diverse kleinere Bausteine wie Bus-Treiber.

Geschichte

In den 1970er und 1980er Jahren existierten Bit-Slice und Mikroprozessor lange Zeit parallel zueinander, da die Bit-Slice-Chips den Mikroprozessoren noch überlegen waren. Die ersten Mikroprozessoren boten nur Wortbreiten von 4 oder 8 Bit; dagegen wurden mit Bit-Slice 16 und 32 Bit breite Prozessoren gebaut oder sogar unübliche Wortbreiten wie 24 Bit und Höchstleistungsprozessoren mit 64 Bit.

Steigende Integrationsdichte ermöglichte sowohl den Mikroprozessoren als auch den Bit-Slices eine höhere Leistungsfähigkeit, so dass bald Mikroprozessoren mit 32 Bit zur Verfügung standen und auch Bit-Slices mit 32 Bit auf einem einzelnen Chip, die aufgrund höherer Taktraten und komplexerer Recheneinheiten vorerst dem Mikroprozessor noch überlegen waren.

In der zweiten Hälfte der 1980er Jahre war es dann möglich, die gesamte CPU für einen Großrechner auf einem einzelnen Chip zu integrieren, und die Aufteilung auf mehrere Bauteile setzte den Taktfrequenzen zunehmend Grenzen, die von Prozessoren auf nur einem Chip überboten werden konnten. Der höhere Entwicklungs- und Produktionsaufwand für Prozessoren aus Bit-Slices brachte nun keinen Leistungsvorteil mehr. Damit verloren die Bit-Slices im allgemeinen Computerbau ihre Existenzberechtigung und existierten nur noch eine gewisse Zeit in Spezialanwendungen.

Eine Bit-Slice-Familie ist als Baukastensystem für Prozessoren zu verstehen, setzt jedoch höhere Rechnerarchitektur- und Elektronikkenntnisse voraus als der Einsatz eines fertigen Mikroprozessorbausteins. Dies spielt jedoch eine untergeordnete Rolle, wenn man bedenkt, dass sich mittels Bit-Slice-Bausteinen nahezu jeder erdenkliche Prozessor implementieren lässt. Dieser Vorteil wurde vielfach dazu verwendet, einen preiswerten Prototypen eines Mikroprozessors zu bauen, der sich leicht – z. B. durch Auswechseln des Mikroprogramms – testen, modifizieren und korrigieren lässt. Ein anderes Einsatzgebiet war das Kopieren von alten Prozessorarchitekturen zwecks Miniaturisierung oder Ersatz.

Mit dem Aufkommen von programmierbaren Logikbausteinen, die komplex genug waren, um vollständige Prozessoren (oder zumindest große Teile, über mehrere Bausteine verteilt) aufzunehmen, verschwanden Bit-Slice-Bausteine Ende der 1980er Jahre allmählich vom Markt. Programmierbare Logikbausteine sind flexibler, und einige Typen lassen sich auch noch vollständig umprogrammieren, wenn sie bereits in eine Schaltung eingebaut sind.

Bit-Slice-Prozessoren/Bausteine

• 1 Bit
  • ...

• 2 Bit
  • Intel-3000-Familie
  • Signetics 8X02

• 4 Bit
  • National IMP-4
  • National IMP-16
  • AMD Am2900
  • Monolithic Memories MMI 5700/6700
  • Texas Instruments SBP0400
  • TI SN74181
  • TI SN74S281+SN74S282
  • TI SN74S481+SN74S482
  • Fairchild 9400 (MACROLOGIC), 4700
  • Motorola MC10800

• 8 Bit
  • National IMP-8
  • TI SN54AS888, SN74AS888
  • Fairchild 100K
  • ZMD U830C

• 16 Bit
  • AMD 29100
  • Synopsys 49C402

Weblinks

• Bit Slice Design, ein Lehrbuch zur Am2900-Serie

Prozessorarchitekturen