Merhaba arkadaşlar, bu yazımda sizlere mikroişlemci hakkında bilinmesi gerekenleri, nerelerde kullanıldığını ve nasıl çalıştığından bahsedeceğim.
Mikroişlemci Nedir?
Mikroişlemci, genellikle toplama, çıkarma, sayıları karşılaştırma, sayıları bir yerden diğerine aktarma, aritmetik ve mantık işlemlerini gerçekleştiren bilgisayar sistemlerinin merkezi birimidir. Basitçe, işlemci, merkezi işlem birimi veya mantık yongası olarak da bilinmektedir. Bilgisayarın açıldığı anda başlayan, bilgisayarı harekete geçiren bir beyin gibi düşünülebilir. Bir CPU’nun (merkezi işlem birimi) işlevlerini tek bir IC (entegre devre) üzerinde birleştiren, çok amaçlı programlanabilir bir cihazdır.
Mikroişlemci Tarihçesi
İlk mikroişlemci, 1971 Intel’in mikroişlemci üretmesiyle daha doğrusu mikroişlemci terimini icat etmesiyle başlamıştır. İlk mikroişlemci, Federico Faggin’in ürettiği 4 Bit Intel 4004 olarak kabul edilmektedir. Seramik çift sıralı paket olan 4004, daha önce yarı iletken bellek yongaları yapmış olan yonga üreticisi Intel tarafından tasarlanan ve üretilen ilk ticari bilgisayar işlemcisiydi. Çipin baş tasarımcıları ,tasarım metodolojisini ve silikon bazlı yonga tasarımını oluşturan Busicom ile mimari tanımın tamamlanmasının ardından projenin lideri olan Federico Faggin ; Mimariyi formüle eden Ted Hoff , hem Intel hem de geliştirmeye yardımcı olan Busicom’dan Masatoshi Shima’dır. Tam 1 sene sonra 1972’de yine Intel tarafından, iki kat daha güçlü olan bir 8 bit 8008 üretilmiştir. 1978’de Intel, 16-bit 8086 işlemciyi piyasaya sürdü bu x86 ailesinin ilkiydi. Aynı zamanda 16 bitlik bir çip olan 8088, bir yıldan kısa bir süre sonra geldi. 8088, o sırada hala yaygın olarak kullanılan 8 bitlik yongalarla geriye dönük uyumlu hale getirmek için tasarlanmış teknolojileri birleştirdi.
Mikroişlemci Türleri
Karmaşık Komut Seti Mikroişlemciler
CISC, sistemi desteklemek için indirme, yükleme vb. gibi diğer düşük seviyeli etkinliklerin yanı sıra siparişleri de üstlenebilir. Ayrıca sadece bir komutla karmaşık matematiksel hesaplamalar yapabilir.
Daha basit derleyicilerle iyi çalışan iyi kişisel bilgisayarlar yaparlar. Talimatları birden fazla saat döngüsüne sahiptir. Bazı örnekler – Intel 386 & 486, Pentium, vb.
İndirgenmiş Komut Seti Mikroişlemci
RISC, küçük özel komutları daha hızlı ve yüksek optimizasyonla yürütmektir. Komut seti, basit komutlar ve aynı uzunluk nedeniyle daha kısadır. Kayıtlar ekleyerek bellek referanslarını azaltırlar.
RISC, talimat alma ve yürütmenin çakışmasına yol açan ardışık düzen izler. Çoğunlukla yürütmek için bir CPU döngüsü alırlar. Bazı örnekler – AMD K6 ve K7, vb.
Açıkça Paralel Komut Hesaplama(EPIC)
EPIC, her iki işlemcinin de en iyi özelliklerine sahip, RISC ve CISC’nin bir karışımıdır. Sabit bir genişlik olmaksızın paralel talimatları takip ederler. Derleyicilerin sıralı anlambilim kullanarak donanımla iletişim kurmasını sağlarlar. Bazı örnekler – Intel IA-64, Itanium, vb.
Süperskalar Mikroişlemciler
Superskalar işlemci, aynı anda birden fazla görevi gerçekleştirmeyi destekler. Birden çok komut taşıyabilmeleri nedeniyle ALU’larda veya çarpanlarda yaygın olarak bulunurlar. İşlemci içinde talimatları iletmek için farklı operasyonel birimler kullanırlar.
Uygulamaya Özel Entegre Devre(ASIC)
ASIC’ler, otomotiv emisyon kontrolü kullanımı için veya kişisel dijital asistan olarak yaygındır. Mimarileri çok düzgün bir şekilde belirlenmiş ancak aynı zamanda kullanıma hazır dişlilerle yapılmıştır.
Dijital Sinyal Çok İşlemcileri(DSP)
DSP’ler, video dosyalarını kodlamak ve kodunu çözmek veya analogu dijitale dönüştürmek ve bunun tersi ile ünlüdür.
Matematiksel hesaplamalar için mükemmeldirler. RADAR, ev sinemaları, SONAR vb. görevlerin yürütülmesi için bu çipleri kullanır. Intel, Motorola, DEC, vb. gibi şirketler bunun gibi birçok mikroişlemci yaptı.
SIMD İşlemciler
Tek Komutlu Çoklu Veri, elemanları seri yerine paralel kullanan vektörlerdeki hesaplamalar içindir. Birden fazla ALU’ları vardır ve her birinin veri depolama için yerel bir belleği vardır.
Bit Dilimli İşlemciler
Bit-Slice işlemciler, kullanıcı tercihine göre belirli kelime uzunluklarına ve yapı taşlarına sahiptir. 4 bitlik ALU’lara, jeneratörlere ve mikro program sıralayıcılara sahiptirler. Bazı örnekler şunlardır: AMD-2900, 29300 serisi ve Texas Instrument SN-74AS88XX serisi.a
Grafik İşlemcilerIntel tarafından yüksek çözünürlüklü oyunlar ve filmler için üretilmiş bir mikroişlemci. Bazı örnekler Intel 82786, Intel i860 ve Intel i750’dir.
Mikroişlemci Nasıl Çalışır?
· Aritmetik ve mantık birimlerini kullanarak toplama, çıkarma, çarpma, bölme gibi matematiksel işlemleri gerçekleştirebilmektedir. ALU birimleri burada devreye girerek karmaşık mantıksal işlemleri bile kolayca yapabilmektedir.
· Adres ve veri yolu 8 bitlik bir mikroişlemciyi ele alırsak 2^8 = 256 bayt belleğe sahiptir ve bu mikroişlemci 8 bit bellek okuyup yazabilmektedir. (Burada, 4-8-16-32-64 bit mikroişlemciler birbirinden farklıdır.)
· Mikroişlemciler hem RAM hem de ROM’a sahiptir. RAM (Random Access Memory), geçici hafızadır. Mikroişlemci kapandığı takdirde buradaki veriler silinir. ROM (Ready Only Memory), kalıcı hafızadır ve sistem kapansa dahil buradaki veriler silinmemektedir.
· ROM BIOS olarak bilinen giriş/çıkış (I/O) ve PC botları, BIOS hafızasına kaydedilmesiyle başlamaktadır.
· BIOS yönlendirmesiyle bilgisayar, önyükleme işlemi için sabit diske gidecektir. Sabit diskten alınan talimatlarla birlikte, önyüklemede oluşan bilgiyi RAM’e depolayacaktır.
· RAM ise üstte belirttiğimiz gibi Rastgele Erişim Belleği anlamına gelmektedir. Komutlara bağlı olarak rastgele baytları okuyabilir ve sistem kapandığında veriler RAM üzerinden silinir.
· Adres yolu (Address Bus) (8-bit, 16-bit veya 32-bit) belleğe bir adres gönderecektir. Benzer şekilde, veri yolu işlevi, verileri bellekten göndermek veya almaktır.
· Okuma yazma satırları (Read/Write) belleğe adres konumunu ayarlayıp ayarlamayacağını bildirmede önemli bir rol oynar. Saat satırı (The Clock Line) işlemcinin saat darbesini ayarlayacak ve sıfırlama satırı sayacı sıfıra ayarlayarak programın yürütülmesini sıfırlayacaktır.
· Burada kayıtlar 0/1’lerle yapılacaktır. Burada ALU birimine gönderilen bilgilerle işlemler yapılarak 1/0’lar üzerinden sonuçlar alınmaktadır. Bu sonuçlar üç durumlu (3-State) için kullanılmaktadır.
· Burada, 0/1 bilgileri okuma yazma sayesinde kayıtlanır ve gerekli adres verilerinde kullanılmak için bekletilir.
· Komut kod çözücü daha sonra ALU tarafından gerçekleştirilen işlemin çıktısının kodunu çözer ve karşılaştırma kaydıyla birlikte getirir.
· Talimat setine bağlı olarak, görevleri her saat döngüsünde gerçekleştirir ve bitiş döngüsünde program sayacı artırılır.
· Çeşitli bit desenleri kümesi olan çoklu talimat kümesi üzerinde çalıştığından. Bu talimat bitleri koleksiyonu, işlemcinin montaj dili olarak bilinir. Bu kalıpları çevirmek için bir montajcı kullanılır ve çıktı, işlemcinin programı yürütmesi için bellekte saklamaktadır.
Mikroişlemci Nerelerde Kullanılır?
Mikroişlemcilerin pek çok kullanım alanları vardır. Bunlar evlerden başlayıp endüstriyel alana kadar uzanmaktadır. Bu kullanım alanları örneğin; Evlerde sıcaklığı ayarlamak için bir sensör vasıtasıyla mikroişlemciler kullanılmaktadır. Çamaşır, bulaşık, kahve makinesi v.b. ev aletlerinde sıklıkla mikroişlemciler kullanılmaktadır.
Endüstriyel alanlarda ise, arabalar, tekneler, uçaklar, kamyonlar, ağır makineler, asansörler, benzin pompaları, kredi kartı işlem birimleri, trafik kontrol cihazları, bilgisayar sunucuları, çoğu yüksek teknoloji tıbbi cihaz, gözetim sistemleri, güvenlik sistemleri, ve hatta otomatik girişli bazı kapılar.
İletişim alanlarında ise, kullandığımız her telefonda, bilgisayarlarda mikroişlemciler bulunmaktadır. Modemlerde kullanılmaktadır genellikle, bilgisayar ağları üzerinde sıkça kullanılan, WAN (Geniş Alan Ağı) ve LAN (Yerel Alan Ağı) karşımıza çıkmaktadır.
Mikroişlemci ve Mikrodenetleyici Arasındaki Farklar Nelerdir?
Mikroişlemci bir merkezi işlem birimi olduğu için işlemlere sadece karar verebilmektedir bu işlemleri gerçekleştirememektedir. Mikrodenetleyici ise içinde işlemci,hafıza,giriş-çıkış,ram,rom gibi birimleri taşımakta olan bir bilgisayardır. Yani mikrodenetleyici, tek başına işlemleri denetler ve gerçekleştirir.
Mikroişlemciler, karmaşık yapılarda kullanılır ve mikrodenetleyici bunun tersine daha basit işlemlemlerde kullanılmaktadır.
Mikroişlemci Nasıl Kodlanır?
Bir mikroişlemciyi kodlamak için öncelikle elinizde mikroişlemci olması gerekmektedir. Öncelikle, Robotistan satış sayfasına bir göz atarak size uygun mikroişlemci ve elektronik elemanlara ulaşabilirsiniz.
Sonrasında ise bir derleyici (IDE) kullanmanız gerekmektedir. Burada, kullanılacak dillerin sayısı çok fazladır. C ve Assembly genelde en çok kullanılan dillerdir.
Bir IDE yardımıyla kodlanan mikroişlemcinizi IDE üzerinde bulunan Debug yardımıyla kodladığınız kodu derleyerek, adım adım kontrol edebilirsiniz.
Tekrardan IDE yardımıyla yazdığınız kodu mikroişlemcinin içine atarak, mikroişlemcinin kodlamasını tamamlayıp çalışmasını sağlayabilirsiniz.
Assembly Dili İçin Kullanılacak IDE’ler Nelerdir?
1-Microsoft MASM (Macro Assembler)
Microsoft’un x86 mimarisi için geliştirdiği 16/32/64 bit desteği bulunan, en eski derleyicidir. Windows için kullanılmaktadır.
2-Netwide Assembler (NASM)
Intel x86 mimarisi için geliştirilmiş olan bu derleyici 16/32/64 bit programlar yazmak için kullanılmaktadır. Linux için en popüler derleyicidir.
Bugün sizlerle mikroişlemci hakkında bildiklerimi anlattım. Eğer yazıyı beğendiyseniz, yorum yapmayı ve paylaşmayı unutmayın.
Mikroişlemci Hakkında Sıkça Sorulan Sorular
Mikroişlemci Ne Demek?
Mikroişlemci, genellikle toplama, çıkarma, sayıları karşılaştırma, sayıları bir yerden diğerine aktarma, aritmetik ve mantık işlemlerini gerçekleştiren bilgisayar sistemlerinin merkezi birimidir.
8 16 32 64 Bit Mikroişlemci Neyi İfade Eder?
64 Bit işlemci tek seferde 64 bit veriyi işleyebilecek mikroişlemci demektir. Bu mantıkla düşündüğümüzde 8-16-32 bitler için aynısını söyleyebiliriz.
Mikroişlemci Nasıl Programlanır?
Mikroişlemci kodlamak için öncelikle bir mikroişlemciye sahip olmak gerekir. Sonrasında bir IDE ve programlama dili yardımıyla kodlanmaktadır.
Mikroişlemci ve Mikrodenetleyici Arasındaki Farklılıklar Nelerdir?
Mikroişlemciler, karmaşık yapılarda kullanılır ve mikrodenetleyici bunun tersine daha basit işlemlemlerde kullanılmaktadır.
Mikroişlemciler Nerelerde Kullanılmaktadır?
Mikroişlemciler, evlerden başlayıp endüstriyel alanlara kadar uzanan bir kullanım alanı bulunmaktadır. Örneğin; Çamaşır, bulaşık, kahve makinesi v.b. ev aletlerinde, arabalar, tekneler, uçaklar, kamyonlar, ağır makineler, asansörler, benzin pompaları, kredi kartı işlem birimleri, trafik kontrol cihazları, bilgisayar sunucuları, çoğu yüksek teknoloji tıbbi cihaz, gözetim sistemleri, güvenlik sistemleri, ve hatta otomatik girişli bazı kapılarda ve kullandığımız her telefonda, bilgisayarlarda mikroişlemciler bulunmaktadır.
Mikroişlemci, mantıksal ve aritmetik işlemler yapabilen ve bu işlemlerin neticesine bağlı olarak çalışmasını yönlendirebilen tümleşik bir devre elemanıdır.
ALU, aritmatik ve mantık işlemlerinin yapıldığı en önemli birimlerden birisidir.
CPU(Merkezi işlem birimi), Hafıza(Memory), BUS(Bağlantı yolları) ve Register(Kaydediciler)
Çok güzel bir yazı olmuş emeğinize sağlık
Aydınlatıcı ve bilgilendirici bir paylaşım olmuş. Hem günümüz ve hem günümüzden bugüne gelen bu bilgileri taşıyıp bizlere transfer ettiği için eline ve emeğine sağlık. Başarılarını ve yazılarını büyük bir ilgi ile beklemekteyiz…