Microcódigo

A nivel de hardware, los procesadores contienen varias áreas de circuitos separadas, o "unidades", que realizan diferentes tareas. Las unidades más comunes incluyen la unidad aritmético-lógica (ALU), que ejecuta instrucciones como la suma o la comparación de dos números; circuitos para leer y escribir datos en la memoria externa; y pequeñas áreas de memoria interna para almacenar estos valores mientras se procesan. En la mayoría de los diseños, se utiliza memoria adicional de alto rendimiento, el banco de registros , para almacenar valores temporales, no solo los necesarios para la instrucción actual. ^{[ 3 ]}

Para ejecutar correctamente una instrucción, los distintos circuitos deben activarse en orden. Por ejemplo, no es posible sumar dos números si aún no se han cargado desde la memoria. En los diseños RISC , el orden correcto de estas instrucciones depende en gran medida del programador, o al menos del compilador del lenguaje de programación que esté utilizando. Así, para sumar dos números en memoria y almacenar el resultado en memoria, por ejemplo, el compilador puede generar instrucciones para cargar uno de los valores en un registro, el segundo en otro, realizar la suma en la ALU, colocar el resultado en un registro y, finalmente, almacenar ese registro en la memoria. ^{[ 3 ]}

Como la secuencia de instrucciones necesarias para completar este concepto de nivel superior, "sumar estos dos números en memoria", puede requerir múltiples instrucciones, esto puede representar un cuello de botella en el rendimiento si dichas instrucciones se almacenan en la memoria principal . Leer esas instrucciones una por una consume tiempo que podría utilizarse para leer y escribir los datos reales. Por esta razón, es común que los diseños que no son RISC tengan muchas instrucciones diferentes que difieren principalmente en dónde almacenan los datos. Por ejemplo, el MOS 6502 tiene ocho variaciones de la instrucción de suma, ADCque difieren únicamente en dónde buscan los dos operandos. ^{[ 4 ]}

Utilizar la variación de la instrucción, o " código de operación ", que mejor se ajuste a la operación final puede reducir el número de instrucciones a una, ahorrando memoria utilizada por el código del programa y mejorando el rendimiento al dejar el bus de datos libre para otras operaciones. Sin embargo, internamente, estas instrucciones no son operaciones separadas, sino secuencias de las operaciones que las unidades realizan realmente. Convertir una sola instrucción leída de la memoria en la secuencia de acciones internas es tarea de la unidad de control , otra unidad dentro del procesador. ^{[ 5 ]}

La idea básica del microcódigo consiste en reemplazar la lógica de hardware personalizada que implementa la secuencia de instrucciones con una serie de instrucciones simples ejecutadas en un "motor de microcódigo" dentro del procesador. Mientras que un sistema lógico personalizado podría tener una serie de diodos y compuertas que generan una serie de voltajes en varias líneas de control, el motor de microcódigo se conecta a estas líneas, las cuales se activan y desactivan a medida que el motor lee las instrucciones de microcódigo en secuencia. Las instrucciones de microcódigo suelen estar codificadas a nivel de bits en esas líneas; por ejemplo, si el bit 8 es verdadero, podría significar que la ALU debe pausarse a la espera de datos. En este sentido, el microcódigo es similar a los rollos de papel de un piano mecánico , donde los orificios representan qué tecla debe presionarse.

La distinción entre lógica personalizada y microcódigo puede parecer sutil: una utiliza un patrón de diodos y compuertas para decodificar la instrucción y generar una secuencia de señales, mientras que la otra codifica las señales como microinstrucciones que se leen secuencialmente para producir los mismos resultados. La diferencia crucial radica en que, en un diseño de lógica personalizada, cualquier modificación en los pasos individuales requiere rediseñar el hardware. Con el microcódigo, lo único que cambia es el código almacenado en la memoria que lo contiene o en el dispositivo de almacenamiento desde el que se carga en la memoria de control. Esto facilita enormemente la corrección de problemas en un sistema de microcódigo. Además, implica que no existe un límite efectivo para la complejidad de las instrucciones; esta solo está limitada por la cantidad de memoria que se esté dispuesto a utilizar.

La capa más baja en la pila de software de una computadora son tradicionalmente las instrucciones de código máquina sin procesar para el procesador. En los procesadores microcodificados, la obtención, decodificación y ejecución de esas instrucciones se pueden realizar mediante microcódigo. Para evitar confusiones, cada elemento relacionado con el microprograma se diferencia mediante el prefijo "micro" : microinstrucción, microensamblador, microprogramador, etc. ^{[ 6 ]}

Los procesadores digitales complejos también pueden emplear más de una unidad de control (posiblemente basada en microcódigo) para delegar subtareas que deben ejecutarse esencialmente de forma asíncrona y en paralelo. Por ejemplo, el VAX 9000 tiene una unidad IBox cableada para obtener y decodificar instrucciones, que luego entrega a una unidad EBox microcodificada para su ejecución, ^{[ 7 ]} y el VAX 8800 tiene tanto una IBox microcodificada como una EBox microcodificada. ^{[ 8 ]}

Un programador de alto nivel, o incluso un programador de lenguaje ensamblador , normalmente no ve ni modifica el microcódigo. A diferencia del código máquina, que suele conservar cierta compatibilidad con versiones anteriores entre diferentes procesadores de una misma familia, el microcódigo solo se ejecuta en el circuito electrónico exacto para el que fue diseñado, ya que constituye una parte inherente del diseño del procesador en sí.

Los ingenieros normalmente escriben el microcódigo durante la fase de diseño de un procesador, almacenándolo en una estructura de memoria de solo lectura (ROM) o matriz lógica programable (PLA) ^{[ 9 ]} , o en una combinación de ambas. ^{[ 10 ]} Sin embargo, también existen máquinas que tienen parte o la totalidad del microcódigo almacenado en memoria de acceso aleatorio estática (SRAM) o memoria flash . Esto se denomina tradicionalmente almacenamiento de control escribible en el contexto de las computadoras, que puede ser memoria de solo lectura o de lectura y escritura . En este último caso, el proceso de inicialización de la CPU carga el microcódigo en el almacenamiento de control desde otro medio de almacenamiento, con la posibilidad de alterar el microcódigo para corregir errores en el conjunto de instrucciones o para implementar nuevas instrucciones de máquina.

Los microprogramas consisten en series de microinstrucciones que controlan la CPU a un nivel muy fundamental de los circuitos de hardware. Por ejemplo, una única microinstrucción horizontal típica podría especificar las siguientes operaciones simultáneamente:

• Conecte el registro 1 al lado A de la ALU.
• Conecte el registro 7 al lado B de la ALU.
• Configurar la ALU para realizar sumas en complemento a dos.
• Establezca la entrada de acarreo de la ALU en cero.
• Conecte la salida de la ALU al registro 8.
• Actualizar los códigos de condición a partir de los indicadores de estado de la ALU ( negativo , cero , desbordamiento y acarreo ).
• Microsalto a una dirección μPC determinada para la siguiente microinstrucción.

Para controlar simultáneamente todas las funciones del procesador en un solo ciclo, la microinstrucción suele ser más ancha que 50 bits; por ejemplo, 128 bits en un 360/85 con función de emulador. Los microprogramas se diseñan y optimizan cuidadosamente para lograr la ejecución más rápida posible, ya que un microprograma lento resultaría en una instrucción de máquina lenta y un rendimiento degradado para los programas de aplicación relacionados que utilizan dichas instrucciones.

Los microprogramas de un procesador operan sobre una arquitectura más primitiva, totalmente diferente y mucho más orientada al hardware que las instrucciones de ensamblaje visibles para los programadores convencionales. En coordinación con el hardware, el microcódigo implementa la arquitectura visible para el programador. El hardware subyacente no tiene por qué tener una relación fija con la arquitectura visible. Esto facilita la implementación de una arquitectura de conjunto de instrucciones determinada en una amplia variedad de microarquitecturas de hardware subyacentes.

El IBM System/360 tiene una arquitectura de 32 bits con 16 registros de propósito general, pero la mayoría de las implementaciones del System/360 utilizan hardware que implementa una microarquitectura subyacente mucho más simple; por ejemplo, el System/360 Modelo 30 tiene rutas de datos de 8 bits a la unidad aritmético-lógica (ALU) y a la memoria principal, e implementó los registros de propósito general en una unidad especial de memoria de núcleo de mayor velocidad , y el System/360 Modelo 40 tiene rutas de datos de 8 bits a la ALU y rutas de datos de 16 bits a la memoria principal, e implementó igualmente los registros de propósito general en una unidad especial de memoria de núcleo de mayor velocidad. El Modelo 50 tiene rutas de datos completas de 32 bits e implementa los registros de propósito general en una unidad especial de memoria de núcleo de mayor velocidad. ^{[ 12 ]} Los Modelos 65 a 195 tienen rutas de datos más grandes e implementan los registros de propósito general en circuitos de transistores más rápidos. De esta forma, la microprogramación permitió a IBM diseñar numerosos modelos System/360 con hardware sustancialmente diferente y que abarcaban una amplia gama de costes y rendimiento, a la vez que los hacía compatibles arquitectónicamente. Esto reduce drásticamente el número de programas de software de sistema únicos que deben escribirse para cada modelo.

El PDP-11 de Digital Equipment Corporation tiene una arquitectura de 16 bits con ocho registros de propósito general. Se introdujo en 1970 y su arquitectura básica se mantuvo sin cambios durante la década de 1990. Solo la primera máquina de la serie no estaba microcodificada. Entre 1972 y 1976, el ancho del microprograma subyacente del PDP-11 varió de 22 a 64 bits. La longitud del microprograma varió de 256 a 1024 palabras, correspondiendo generalmente los microprogramas más largos a anchos más estrechos. ^{[ 13 ]} La variedad de anchos de microprograma implica que hubo al menos siete implementaciones diferentes del PDP-11 en tan solo cuatro años.

Digital Equipment Corporation utilizó un enfoque similar en su familia de ordenadores VAX. Como resultado, los distintos procesadores VAX emplean microarquitecturas diferentes, pero la arquitectura visible para el programador no cambia.

La microprogramación también reduce el coste de las modificaciones en campo para corregir defectos ( errores ) en el procesador; a menudo, un error se puede solucionar reemplazando una parte del microprograma en lugar de realizar cambios en la lógica y el cableado del hardware.

La computadora ACE, diseñada por Alan Turing en 1946, utilizaba microprogramación. ^{[ 14 ]}

En 1947, el diseño del MIT Whirlwind introdujo el concepto de memoria de control como una forma de simplificar el diseño de computadoras y superar los métodos ad hoc . La memoria de control es una matriz de diodos : una red bidimensional, donde una dimensión recibe "pulsos de tiempo de control" del reloj interno de la CPU, y la otra se conecta a las señales de control en las compuertas y otros circuitos. Un "distribuidor de pulsos" toma los pulsos generados por el reloj de la CPU y los divide en ocho pulsos de tiempo separados, cada uno de los cuales activa una fila diferente de la red. Cuando se activa la fila, activa las señales de control conectadas a ella. ^{[ 15 ]}

En 1951, Maurice Wilkes ^{[ 16 ]} mejoró este concepto añadiendo la ejecución condicional , un concepto similar a una condición en el software informático. Su implementación inicial consistía en un par de matrices: la primera generaba señales al estilo del almacén de control Whirlwind, mientras que la segunda seleccionaba qué fila de señales (la palabra de instrucción del microprograma, por así decirlo) invocar en el siguiente ciclo. Las condiciones se implementaban proporcionando una forma de que una sola línea en el almacén de control pudiera elegir entre alternativas en la segunda matriz. Esto hacía que las señales de control dependieran de la señal interna detectada. Wilkes acuñó el término microprogramación para describir esta característica y distinguirla de un simple almacén de control.

El microcódigo seguía siendo relativamente raro en el diseño de computadoras, ya que el costo de la ROM necesaria para almacenar el código no era significativamente diferente del costo de la lógica de control personalizada. Esto cambió a principios de la década de 1960 con la introducción de la memoria de núcleos y la memoria de núcleos en serie producidas en masa , que eran mucho menos costosas que la lógica dedicada basada en matrices de diodos o soluciones similares. El primero en aprovechar esto realmente fue IBM en su serie System/360 de 1964. Esto permitió que las máquinas tuvieran un conjunto de instrucciones muy complejo, incluyendo operaciones que coincidían con construcciones de lenguajes de alto nivel, como formatear valores binarios como cadenas decimales, codificando la compleja serie de pasos internos necesarios para esta tarea en memoria de bajo costo. ^{[ 17 ]}

Pero el verdadero valor de la línea 360 radicaba en la posibilidad de construir una serie de máquinas internamente completamente diferentes, pero que ejecutaran la misma arquitectura de conjunto de instrucciones (ISA). Para una máquina de gama baja, se podría usar una ALU de 8 bits que requiere múltiples ciclos para completar una sola suma de 32 bits, mientras que una máquina de gama alta podría tener una ALU completa de 32 bits que realiza la misma suma en un solo ciclo. Estas diferencias podrían implementarse en la lógica de control, pero el costo de implementar un decodificador completamente diferente para cada máquina sería prohibitivo. El uso de microcódigo implicaba que lo único que cambiaba era el código en la ROM. Por ejemplo, una máquina podría incluir una unidad de punto flotante ( FPU), por lo que su microcódigo para multiplicar dos números podría tener solo unas pocas líneas, mientras que en la misma máquina sin la FPU, este sería un programa que realizaría la misma operación mediante múltiples sumas, y lo único que cambiaría sería la ROM. ^{[ 17 ]}

El resultado de este diseño fue que los clientes podían usar un modelo básico de la familia para desarrollar su software, sabiendo que si alguna vez necesitaban mayor rendimiento, podían actualizar a una versión más rápida sin que nada más cambiara. Esto redujo las barreras de entrada y el 360 fue un éxito rotundo. A finales de la década, el uso de microcódigo era imprescindible en toda la industria de los mainframes.

Las primeras minicomputadoras eran demasiado simples para requerir microcódigo y se parecían más a las primeras computadoras centrales en cuanto a sus conjuntos de instrucciones y la forma en que se decodificaban. Pero no pasó mucho tiempo antes de que sus diseñadores comenzaran a usar circuitos integrados más potentes que permitían conjuntos de instrucciones más complejos. A mediados de la década de 1970, la mayoría de las nuevas minicomputadoras y superminicomputadoras también usaban microcódigo, como la mayoría de los modelos de la PDP-11 y, sobre todo, la mayoría de los modelos de la VAX , que incluían instrucciones de alto nivel similares a las que se encontraban en la 360. ^{[ 18 ]}

La misma evolución básica se produjo también con los microprocesadores . Los primeros diseños eran extremadamente simples, e incluso los diseños de 8 bits más potentes de mediados de la década de 1970, como el Zilog Z80, tenían conjuntos de instrucciones lo suficientemente simples como para implementarse en lógica dedicada. Para entonces, la lógica de control podía integrarse en el mismo chip que la CPU, lo que hacía que la diferencia de coste entre la ROM y la lógica fuera menos problemática. Sin embargo, no pasó mucho tiempo antes de que estas empresas también se enfrentaran al problema de introducir diseños de mayor rendimiento sin dejar de ofrecer retrocompatibilidad . Entre los primeros ejemplos de microcódigo en microprocesadores se encontraba el Intel 8086. ^{[ 5 ]}

Entre las implementaciones más avanzadas de microcódigo en microprocesadores se encuentra el Motorola 68000. Este ofrecía un conjunto de instrucciones altamente ortogonal con una amplia variedad de modos de direccionamiento , todos implementados en microcódigo. Esto no estuvo exento de costos; según artículos iniciales, alrededor del 20 % de la superficie del chip (y, por lo tanto, de su costo) correspondía al sistema de microcódigo ^{[ 19 ],} y estimaciones posteriores sugieren que aproximadamente 23 000 de los 68 000 transistores del procesador formaban parte de dicho sistema.

Mientras las empresas seguían compitiendo en la complejidad de sus conjuntos de instrucciones, y el uso de microcódigo para implementarlos era indiscutible, a mediados de la década de 1970 un proyecto interno de IBM planteó serias dudas sobre todo el concepto. Como parte de un proyecto para desarrollar una centralita telefónica totalmente digital de alto rendimiento , un equipo liderado por John Cocke comenzó a examinar enormes volúmenes de datos de rendimiento de los programas 360 (y System/370 ) de sus clientes . Esto les llevó a observar un patrón curioso: cuando el conjunto de instrucciones presentaba múltiples versiones de una instrucción, el compilador casi siempre utilizaba la más simple, en lugar de la que representaba el código de forma más directa. Descubrieron que esto se debía a que esas instrucciones siempre se implementaban en hardware y, por lo tanto, se ejecutaban más rápido. El uso de la otra instrucción podría ofrecer un mayor rendimiento en algunas máquinas, pero no había forma de saber en qué máquina se ejecutaban. Esto frustraba el propósito original del uso de microcódigo, que era ocultar estas distinciones. ^{[ 20 ]}

El equipo llegó a una conclusión radical: "Imponer microcódigo entre una computadora y sus usuarios impone una sobrecarga costosa en la ejecución de las instrucciones más frecuentemente ejecutadas". ^{[ 20 ]}

El resultado de este descubrimiento fue lo que hoy se conoce como el concepto RISC . El complejo motor de microcódigo y su ROM asociada se reducen o eliminan por completo, y esos circuitos se dedican a funciones como registros adicionales o una ALU más amplia, lo que aumenta el rendimiento de cada programa. Cuando se necesitan secuencias complejas de instrucciones, esto se deja al compilador, que es precisamente la razón de ser de un compilador. El concepto básico pronto fue adoptado por investigadores universitarios en California, donde las simulaciones sugirieron que estos diseños superarían con creces incluso a los diseños convencionales más rápidos. Fue uno de estos proyectos, en la Universidad de California, Berkeley , el que introdujo el término RISC.

La industria respondió al concepto de RISC con confusión y hostilidad, incluyendo un famoso artículo despectivo del equipo VAX en Digital. ^{[ 21 ]} Un punto importante de controversia fue que implementar las instrucciones fuera del procesador significaba que este dedicaría mucho más tiempo a leerlas desde la memoria, lo que ralentizaría el rendimiento general sin importar la velocidad de la CPU. ^{[ 21 ]} Los defensores señalaron que las simulaciones mostraban claramente que el número de instrucciones no era mucho mayor, especialmente al considerar el código compilado. ^{[ 20 ]}

El debate se prolongó hasta que surgieron los primeros diseños RISC comerciales en la segunda mitad de la década de 1980, que superaron fácilmente a los diseños más complejos de otras compañías. A finales de la década de 1980, el debate terminó; incluso DEC estaba abandonando el microcódigo para sus diseños DEC Alpha , y los procesadores CISC pasaron a utilizar circuitos cableados, en lugar de microcódigo, para realizar muchas funciones. Por ejemplo, el Intel 80486 utiliza circuitos cableados para buscar y decodificar instrucciones, utilizando microcódigo solo para ejecutarlas; las instrucciones de movimiento de registro a registro y las aritméticas requerían solo una microinstrucción, lo que permitía completarlas en un ciclo de reloj. ^{[ 22 ]} El hardware de búsqueda y decodificación del Pentium Pro busca instrucciones y las decodifica en series de microoperaciones que se pasan a la unidad de ejecución, que programa y ejecuta las microoperaciones, posiblemente haciéndolo fuera de orden . Las instrucciones complejas se implementan mediante microcódigo que consiste en secuencias predefinidas de microoperaciones. ^{[ 23 ]}

Algunos diseños de procesadores utilizan código máquina que se ejecuta en un modo especial, con instrucciones especiales, disponibles solo en ese modo, que tienen acceso al hardware dependiente del procesador, para implementar algunas características de bajo nivel del conjunto de instrucciones. El DEC Alpha, un diseño RISC puro, utilizó PALcode para implementar características como el manejo de fallos del búfer de búsqueda de traducción (TLB) y el manejo de interrupciones, ^{[ 24 ]} además de proporcionar, para sistemas basados ​​en Alpha que ejecutan OpenVMS , instrucciones que requieren acceso a memoria interbloqueada que son similares a las instrucciones proporcionadas por la arquitectura VAX . ^{[ 24 ]} Las CPU CMOS IBM System/390 , comenzando con el procesador G4, y las CPU z/Architecture utilizan millicode para implementar algunas instrucciones. ^{[ 25 ]}

El microcódigo horizontal consta de varias microoperaciones discretas que se combinan en una única microinstrucción para su ejecución simultánea. ^{[ 1 ]} El microcódigo horizontal suele estar almacenado en una memoria de control bastante amplia; no es raro que cada palabra tenga 108 bits o más. En cada ciclo del reloj del secuenciador, se lee, decodifica y utiliza una palabra de microcódigo para controlar los elementos funcionales que componen la CPU.

En una implementación típica, una palabra de microprograma horizontal comprende grupos de bits bastante bien definidos. Por ejemplo, una disposición simple podría ser:

Para que este tipo de micromáquina implemente una instrucción JUMP con la dirección después del código de operación, el microcódigo podría requerir dos ciclos de reloj. El ingeniero que la diseñe escribiría un código fuente en microensamblador similar a este:

# Cualquier línea que comience con un signo de número es un comentario # Esto es solo una etiqueta, la forma habitual en que los ensambladores representan simbólicamente una # dirección de memoria. InstructionJUMP : # Para prepararse para la siguiente instrucción, el microcódigo de decodificación de instrucciones ya ha # movido el contador de programa al registro de direcciones de memoria. Esta instrucción obtiene # la dirección de destino de la instrucción de salto de la palabra de memoria que sigue al # código de operación de salto, copiando del registro de datos de memoria al registro de direcciones de memoria. # Esto le da al sistema de memoria dos ciclos de reloj para obtener la siguiente # instrucción al registro de datos de memoria para que la use la decodificación de instrucciones. # La instrucción del secuenciador "next" significa simplemente sumar 1 a la dirección de la palabra de control. MDR , NONE , MAR , COPY , NEXT , NONE # Esto coloca la dirección de la siguiente instrucción en el PC. # Esto le da al sistema de memoria un ciclo de reloj para terminar la obtención iniciada en la # microinstrucción anterior. # La instrucción del secuenciador es saltar al inicio de la decodificación de instrucciones. MAR , 1 , PC , ADD , JMP , InstructionDecode # La decodificación de la instrucción no se muestra, porque suele ser un lío, muy particular # del procesador exacto que se está emulando. Incluso este ejemplo está simplificado. # Muchas CPU tienen varias formas de calcular la dirección, en lugar de simplemente obtenerla # de la palabra que sigue al código de operación. Por lo tanto, en lugar de una sola # instrucción de salto, esas CPU tienen una familia de instrucciones de salto relacionadas.

En cada ciclo, es común observar que solo se utilizan algunas partes de la CPU, mientras que los grupos de bits restantes en la microinstrucción no realizan ninguna operación. Con un diseño cuidadoso del hardware y el microcódigo, esta propiedad puede aprovecharse para paralelizar operaciones que utilizan diferentes áreas de la CPU; por ejemplo, en el caso anterior, la ALU no se requiere durante el primer ciclo, por lo que podría utilizarse para completar una instrucción aritmética anterior.

En el microcódigo vertical, cada microinstrucción se codifica de forma significativa; es decir, los campos de bits generalmente pasan por una lógica combinacional intermedia que, a su vez, genera las señales de control y secuenciación para los elementos internos de la CPU (ALU, registros, etc.). Esto contrasta con el microcódigo horizontal, en el que los campos de bits producen directamente las señales de control y secuenciación o se codifican mínimamente. En consecuencia, el microcódigo vertical requiere instrucciones más cortas y menos almacenamiento, pero requiere más tiempo para decodificarse, lo que resulta en una menor frecuencia de reloj de la CPU. ^{[ 45 ]}

Algunos microcódigos verticales son simplemente el lenguaje ensamblador de una computadora convencional simple que emula una computadora más compleja. Algunos procesadores, como los procesadores DEC Alpha y los microprocesadores CMOS de las computadoras centrales IBM System/390 y z/Architecture posteriores , utilizan código máquina, ejecutándose en un modo especial que le da acceso a instrucciones especiales, registros especiales y otros recursos de hardware no disponibles para el código máquina regular, para implementar algunas instrucciones y otras funciones, ^{[ 46 ] [ 47 ]} como recorridos de tablas de páginas en los procesadores Alpha. ^{[ 48 ]} Esto se llama PALcode en los procesadores Alpha y millicode en los procesadores de computadoras centrales IBM.

Otra forma de microcódigo vertical tiene dos campos:

La selección de campo determina qué parte de la CPU será controlada por esta palabra del almacén de control. El valor del campo controla esa parte de la CPU. Con este tipo de microcódigo, el diseñador opta explícitamente por crear una CPU más lenta para ahorrar dinero reduciendo los bits no utilizados en el almacén de control; sin embargo, la menor complejidad puede aumentar la frecuencia de reloj de la CPU, lo que disminuye el efecto de un mayor número de ciclos por instrucción.

A medida que los transistores se abarataron, el microcódigo horizontal pasó a dominar el diseño de las CPU que utilizaban microcódigo, mientras que el microcódigo vertical se utilizó con menos frecuencia.

Cuando se utilizan microcódigos tanto verticales como horizontales, el microcódigo horizontal puede denominarse nanocódigo o picocódigo . ^{[ 49 ]}

La PDP-8 es una familia de minicomputadoras de 12 bits lanzada por Digital Equipment Corporation en 1965. Se decía que la instrucción OPR (OPeRate) estaba "microcodificada". Esto no significaba lo que significa hoy en día, sino que cada bit de la palabra de instrucción especificaba una acción determinada, y el programador podía realizar varias acciones en un solo ciclo de instrucción configurando múltiples bits. Algunos ejemplos de estas acciones son: borrar el acumulador, complementar el acumulador, rotar a la derecha, rotar a la derecha dos veces e intercambiar bytes.

Algunos proveedores de hardware, en particular IBM y Lenovo , utilizan el término microcódigo indistintamente con firmware integrado . En este contexto, todo el código dentro de un dispositivo se denomina microcódigo, ya sea microcódigo o código máquina. Por ejemplo, las actualizaciones del microcódigo de una unidad de disco duro pueden abarcar actualizaciones tanto de su microcódigo como de su firmware. ^{[ 67 ]} El firmware integrado ha sido popular en procesadores específicos de aplicaciones como procesadores de red , procesadores de señales digitales , controladores de canal , controladores de disco , controladores de interfaz de red , controladores de memoria flash , unidades de procesamiento gráfico y en otro hardware.