MİKRODENETLEYİCİ-1

Mikroişlemciler ve Mikrobilgisayarın Gelişimi  

  

            GİRİŞ

          

   Mikroişlemci (microprocessor) icat edileli kısa bir süre olmasına rağmen modern  hayatın bir parçası haline gelmiştir. Günlük yaşamda otomobilde, televizyonda, telefonda, kapı otomatiğinde, asansörde, trafik ışıklarında, hesap makinesinde, müzik aletlerinde, daktilolarda, oyuncaklarda, cep telefonlarında ve benzeri birçok cihazda farkında olmadan mikroişlemcileri kullanmaktayız. Mikroişlemciler daha önce  hayal edemeyeceğimiz hızla mektuplarımızı dünyanın her noktasına ulaştırmakta, hiç bir kimse ile karşılaştırılamayacak kadar kısa sürede karmaşık sayısal işlemleri yapabilmektedir. 

          MİKROİŞLEMCİNİN GELİŞİMİ

İlk mikroişlemci 1971 yılında 4004 adıyla Intel firması tarafından üretilmiştir. 4004 çok güçlü bir işlemci değildi, bir adımda sadece 4 bitlik verileri işleyebiliyordu, buna rağmen birçok kişi için heyecan vericiydi çünkü tüm birimler tek bir tümdevre içinde toplanmıştı. Benzer teknolojiyi kullanarak Intel 1974 yılında 8 bitlik 8080 mikroişlemcisini üretti. Gerçek anlamda bilgisayarın  boyutunu küçülten mikroişlemci, 8088 ise 1979 yılında üretildi ve 1982 yılında IBM firması bu işlemciyi kullanarak ilk kişisel bilgisayarı (PC) pazara sundu. İlerleyen yıllarda kişisel bilgisayar pazarına yönelik 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III ve Pentium4 işlemcileri  Intel tarafından pazara sunuldu.

 

           IBM firmasının bilgisayar mimarisini kullanan birçok firma bu işlemciler ile daha ucuz kişisel bilgisayarlar ürettiler. 8088’den başlayarak Pentium 4’e kadar tüm işlemciler geriye doğru tüm işlevleri gerçekleştirebilmektedir. 8088’de çalışmak üzere yazılmış bir program aynı zamanda Pentium 4’te de çalışmaktadır. Intel firması tarafından üretilen işlemcilerin gelişimi Çizelge–1.1’de verilmiştir. Intel firması dışında Motorola 6800, RCA 1801, MOS Technology 6502 ve Zilog Z80 mikroişlemcilerini ürettiler.

       

        

                  MİKROBİLGİSAYARLAR

                     Mikroişlemcinin yararlı bir işte kullanılması kalıcı ve geçici veri saklama belleklerinin ve insan veya makinelerle iletişim sağlayan çevre birimlerinin (peripheral devices) bağlanması ile mümkün olur. Elde edilen bu cihaza bilgisayar (computer) adı verilir.

           Birden fazla bilgisayarın standart bir iletişim ağı ile birbirlerine bağlanması ile elde edilen sisteme bilgisayar ağı (computer network) adı verilir. Bilgisayarı oluşturan elemanlara donanım (hardware), bilgisayarın ne yapacağını belirleyen komutlar zinciri olan programlara da yazılım (software) adı verilir.
       Şekil–1.2’de temel bilgisayarın blok şeması gösterilmiştir. Yukarıda bahsedilen  birimlerin yanı sıra adres, veri ve denetim bilgilerini birimler arası taşıyan hatların oluşturduğu adres, veri ve denetim yolları da yer almaktadır. Yollardaki hat sayısı ve özellikleri her mikroişlemcide farklıdır. Çevre birimleri bilgisayarın kullanılacağı işe göre farklılık gösterir. Kişisel bilgisayar olarak kullanıldığında en temel çevre birimleri veri ve program saklama cihazları ( hard disk, floppy disk driver, CD driver gibi), görüntüleyici, keyboard, fare ve yazıcıdır. Bu birimlerin bağlantısı için ana kart üzerinde ara birim yongaları yerleştirilmiştir. Bağlantı uçları standart hale gelen soketler ile kasa üzerine veya ana kart üzerine yerleştirilmişlerdir. Endüstriyel bilgisayarlarda genellikle ana kart üzerine yerleştirilen genişleme soketleri kullanılarak arabirim kartı takılır ve cihaza bu karttan çıkış alınır. Bazı endüstriyel  cihazlar ise doğrudan kasa üzerinde bulunan soketlerden biri kullanılarak bilgisayarla iletişim kurması sağlanır. İkinci yöntem yavaş olan sistemlerde kullanılabilir.

  

                 Merkezi İşlem Birimi

             Aritmetik ve mantık işlemleri yapabilen, veri saklayabilen, yaptığı işlemleri sonucuna göre karar verebilen ve belleğe veri yazıp okuyabilen sayısal elektronik devrelerine işlemci (processor) adı verilir. İşlemciler ilk zamanlarda elektron tüpleri ile elde edildiklerinden, boyutları çok büyüktü. 1970’li yılların başında transistörlerle  bir yongada elde edilen işlemciler elektron tüpleri ile elde edilenlere oranla çok küçük olduğundan işlemci kelimesinin başına küçük anlamına gelen mikro kelimesi eklenerek mikroişlemci (microprocessor) kelimesi elde edilmiştir. Bazı kaynaklar  işlemciyi merkezi işlem birimi kısaca MİB, (central processing unit kısaca CPU)  olarak adlandırmışlardır. Günümüzde her iki isim de kullanılmaktadır.

     

     Merkezi işlem birimi bilgisayarın beynidir, bilgisayardaki aritmetik mantık ve karar verme işlemleri ile bağlı birimlerin denetimi bu birim tarafından yapılır. MİB mantık devrelerinin birleşiminden oluşur ve sürekli yaptığı işlem komut getirme (fetching)  ve komut yürütmedir (executing). MİB ikilik kodları yürütme yeteneğine sahiptir. Bu  kodların her biri basit bir işlemi temsil eder örneğin toplama, çıkarma VE, VEYA,  DEĞİL gibi. Tüm bu ikilik kod kümesine komut kümesi (instruction set) adı verilir. 

       

 Her mikroişlemcinin kendine özgü bir komut kümesi vardır.  Şekil–1.3’de MİB’in basitleştirilmiş iç yapısı gösterilmiştir. Aritmetik ve mantık işlem  birimi (arithmetic logic unit, ALU) aritmetik ve mantık işlemlerin gerçekleştiği yerdir. Komut kod çözme ve denetim birimi gelen komutun niteliğini belirler ve bu komut  için gerekli denetim işaretlerini üreterek içerideki ve dışarıdaki birimlere gönderir.  Ana yazaç aritmetik ve mantık işlem yapılırken birinci sayıyı ve işlem sonunda sonucun yazıldığı yazaçtır. Birçok mikroişlemcide bu yazaca akümülatör adı verilir.  Durum yazacı her bitine ayrı bir görev verilmiş bir yazaçtır. Örneğin toplama işlemlerin sonucunun ana yazaca sığmayan kısımı durum yazacında yer alan elde bitinde saklanır. Bu yazaçtaki diğer bitlere ise mikroişlemci üreticisine göre farklı görevler verilmiştir, negatif biti, sıfır biti, ondalık işlem biti gibi. Yardımcı yazaç  gurubu geçici veri saklamak için kullanılır. Yardımcı yazaç gurubunda yer alan yazaç  sayısı mikroişlemci üreticisine bağlı olarak değişir. Program sayacı işletilecek  komutun adres bilgisinin oluşturulduğu bir ikili sayıcıdır. Dışarıda doğrudan adres  yoluna bağlıdır. Komut yazacı program sayacı tarafından adresi belirlenen,  bellekten veri yolu ile getirilen komutun yazıldığı yerdir. Belleğe yazılacak veri yine  bu yazaç yoluyla yanin veri yoluna yazmak için yine bu yazaç kullanılır.
       

        Mikroişlemcinin bir makine saykalında işleyebileceği verinin uzunluğu ALU’nun bit sayısı ile sınırlıdır. Akümülatörün bit sayısı da ALU’ya eşittir. Akümülatördeki bit sayısına mikroişlemcinin kelime uzunluğu adı verilir. Kelime uzunluğu 8 bit olan mikroişlemcilerde akümülatör 8 bittir ve bir makine saykalında 8 bitlik iki sayıyı toplar ve en fazla 9 bit olarak sonucu akümülatör ve durum yazacında yer alan elde bitine yazar. 32 bit olan mikroişlemcilerde bir makine saykalında iki 32 bitlik sayı  toplanabilir ve 33 bitlik sonucun 32 biti akümülatöre yazılırken bir biti elde bayrağına yazılır.