Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Mikroişlemciler Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler ve Mikroişlemcilerin Rakipleri 1 İşlemciler.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Mikroişlemciler Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler ve Mikroişlemcilerin Rakipleri 1 İşlemciler."— Sunum transkripti:

1 Mikroişlemciler Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler ve Mikroişlemcilerin Rakipleri 1 İşlemciler

2 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler 2  Mikroişlemcilerin performanslarının arttırılmasına yönelik birçok yeni teknoloji/özellik mevcuttur.  Süper Ölçekli Kanal Komut İşleme (Hyper-Pipelined) Teknolojisi,  Geliştirilmiş Dallanma Tahmini (Improved Branch Prediction),  Dinamik Yürütme (Advanced Dynamic Execution) Teknolojisi,  Hızlı İşleme Motoru (Rapid Execution Engine),  Çift Kanal (Dual Channel) Teknolojisi,  Komutların Mikroişlemlere Bölünmesi ve İşlem İzleme Belleği,  Çoklu Program İşleme (Hyper-Threading) Teknolojisi,  Genişletilmiş Kayan Nokta Birimi ve SSE İşlemi,  Çift Çekirdek (Dual Core) Teknolojisi,  Ön Bellek Sistemi,  Düşük Güç Tüketimi,

3 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler Süper Ölçekli Kanal Komut İşleme (Hyper-Pipelined) Teknolojisi 3  Mikroişlemcilerde bir komutun işlenmesi genel olarak 5 aşamada gerçekleşir.  Komutu al-getir (fetch),  Komutun kodunu çöz,  İşlem yapılacak veriyi al-getir,  Yapılması gerekli işlemleri gerçekleştir,  Sonuçları yaz (belleğe aktar) CPU Operations CPU-RAM- I/O Operations  Yandaki işlemlerin, her bir komut için sırası ile gerçekleştirilmesi ve komut bitirildikten sonra yeni bir komuta başlanması işlemcinin hızını düşürür.

4 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler Süper Ölçekli Kanal Komut İşleme (Hyper-Pipelined) Teknolojisi 4  Mikroişlemcili sistemlerin komut işleme hızını arttırmak için ‘kanal komut işleme tekniği (pipelining)’ kullanılır.  Bu teknikte bir komut alınıp-getirilip (fetch) komut kodunun çözüleceği birime iletilmesini takiben, yeni bir komut alıp-getirilir. Böylece mikroişlemcide bulunan birimler, bir komut ile ilgili işlemi bitirdikten sonra yeni bir komuta ait işlemlere başlar.  Süper ölçekli (Hyper-Pipelined) kanal komut işleme tekniğinde komut işleme 20 kademeden oluşmaktadır (Pentium 4).

5 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler Superpipelined ve Superscalar 5  Komut ile ilgili bir işlem gerçekleştirilirken (işlem saykılının yarısında) yeni bir komuta ait işlem gerçekleştirilmeye başlandığı teknik ‘superpipelined’ olarak adlandırılır.  Eş zamanlı çalışan iki kanal komut işleme tekniğine sahip yapı ‘superscalar’ olarak adlandırılır.  Kanal komut işleme tekniğinde önemli sorunlardan biri yanlış dallanma anında iş hattından atılacak komut sayısının fazlalığıdır.  Bu sorunu aşmak için (performans kaybını azaltmak için) dallanma tahmini algoritmaları kullanılır.  Dallanmadaki yanlış tahminden kaynaklanan zaman kaybını azaltmak için çalışma izleme ön belleği ve hızlı çalışma motoru gibi teknikler geliştirilmiştir.

6 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler Geliştirilmiş Dallanma Tahmini (Improved Branch Prediction) 6  İş hattında komutlar eş zamanlı işlendiğinden bir dallanma komutu işlenirken bellekte dallanma komutundan sonraki gelen komutlar da (dallanma nedeniyle yürütülmeyecek) iş hattına alınmış olur.  Eğer dallanma gerçekleşirse, iş hattındaki komutların çıkarılıp, dallanma yerindeki komutların iş hattına yüklenmesi gerekmektedir.  Program içerisinde başlangıçtan itibaren dallanma komutlarının tarihçesi tutulur ve bu bilgilerden yararlanılarak benzer dallanma komutlarında gerçekleştirilmesi muhtemel işlemler tahmin edilmeye çalışılır.  Dallanma tahmini, dallanma komutlarında yapılacak işlemlerin önceden tahmin edilmesidir. …………. SJMP Git Komut A Git: Komut B Koşulsuz dallanma komut (SJMP) ile Komut paralel olarak iş hattına girmektedir. Ancak dallanma komutu yürütüleceğinden Komut A’nın yürütülmemesi yerine Git etiketinden sonra belirtilen (Komut B)komutların yürütülmesi gerekmektedir. Bunun için Komut A yürütlmeden önce iş hattından çıkarılmalı ve yerine Komut B yüklenmelidir.

7 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler Dinamik Yürütme (Advanced Dynamic Execution) Teknolojisi 7  Pentium Pro işlemcisi ile kullanılmaya başlanmıştır.  Üç farklı işlemin kullanılması ile oluşmaktadır.  Çoklu Dallanma Tahmini: İşlenen bir programda bulunan dallanmalarda program yürütme akışını tahmin ederek işlemcinin çalışmasını hızlandırır.  Veri Akışı Analizi: İşlenen komutlar arasındaki veri ilişkilerini/bağımlılıklarını analiz ederek, komutların yeniden sıralanmış görev sırasını oluşturmakta ve işlemlerin daha hızlı (kısa sürede) gerçekleşmesini sağlamaktadır.  Tahmini Yürütme: İşlenen bir programda görev sırasına göre tahmini komutları yürüterek, işlemcinin yürütme birimlerinin sürekli meşgul olmasını ve işlemcinin genel performansının artmasını sağlamaktadır.

8 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler Hızlı İşleme Motoru (Rapid Execution Engine) 8  Yanlış dallanma tahminleri birim zamanda gerçekleştirilebilen işlem sayısını (throughput) düşürmektedir.  İş çıkarma oranındaki (throughput) düşüşün etkisi, işlemci saat frekansının iki katı hızında çalışan iki adet ALU yardımı ile giderilmektedir (azaltılmaktadır).  Hızlı çalışma motoru komutların gerçekte işlendiği yerdir.  P4 işlemcide hızlı işleme motoru 4 GHz hızında çalışmakta ve temel işlemlerin (toplama, çıkarma, VE, VEYA) yarım saat sinyali süresinde gerçekleştirilmesini sağlamaktadır.

9 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler Çift Kanal (Dual Channel) Teknolojisi 9  İşlemci ile ana bellek arasındaki iletişimi güçlendirir.  Aynı anda iki bellek yolu oluşturularak işlemci ile belleğin haberleşmesi sağlanmaktadır. Böylelikle iletişim band genişliği iki katına çıkarılmaktadır.

10 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler Ön Bellek Sistemi (Cache Memory) 10  Mikroişlemci içerisinde, komutları ve verileri geçici ya da kalıcı olarak saklamak için kullanılan bellek birimidir.  Ön bellek sistemi, işlenmek için bekleyen verilerin belirli bir kısmı ön belleğe alınarak işlenmek üzere hazır bekletilir.  Komut ve verileri saklamak için aynı veri alanı kullanılabileceği gibi ayrı alanlarda kullanılabilir.  İlk zamanlar ön bellek birimi küçük boyutlu (8K) ve mikroişlemcinin dışında iken yeni mikroişlemcilerde dahilidir.  Ön bellekler L1, L2 ve L3 olarak üç farklı gruba ayrılmaktadır.

11 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler Çoklu Program İşleme (Hyper-Threading) Teknolojisi 11  Pentium 4 (C Serisi) ile kullanılmaya başlanmıştır.  Bir işlemcinin iki işlemci gibi kullanılmasını ve yapılacak işlemlerin iki ayrı noktaya yığılmasını sağlar. Böylece, kısa sürecek ve az bir işlem gücü ile yapılabilecek işlerin, işlemcinin bir anlık bile olsa tüm performansını kullanmasının önüne geçilmektedir.  Hyper-Threading teknolojisini kullanan işlemciler, tek bir işlemci çekirdeğinde iki ayrı mantıksal işlem birimine sahiptir. İki mantıksal işlem birimi, işlemcinin kaynaklarını paylaşarak yapılması gereken işlemleri gerçekleştirir.  Hyper Threading amacı işlemcinin birden fazla uygulamayı aynı anda çalıştırmasını sağlamaktadır. Özetle sanal olarak çift çekirdek kullanımıdır.

12 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler Çift Çekirdek (Dual Core) Teknolojisi 12  Bu teknoloji ile tek bir çip içerisinde iki adet işlemci çekirdeği yardımıyla işler iki bölünerek gerçekleştirilmekte ve iki çekirdek tarafından aynı anda gerçekleştirilebilmektedir.  Çift çekirdek teknolojisinden yüksek performansla yararlanabilmek için programlar parçalara ayrılıp, paralel çalışmaya uyarlanmalıdır (paralel programming)  Paralel işleme teknolojisine uyarlanmamış programlarda performans artışı, çekirdeklerde aynı anda farklı programların çalıştırılması ile sağlanır.  Hyper Threading teknolojisinden farkı sanal işlemcilere karşın fiziksel çekirdeklerin bulunmasıdır.

13 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikroişlemcilerin Rakipleri 13  Mikrodenetleyiciler (Microcontroller)  Programlanabilir Mantık Denetleyiciler ( Programmable Logic Controllers, PLC )  Sayısal Sinyal İşlemciler (Digital Signal Processor, DSP)  Programlanabilir Yapılar  FPGA (Field Programmable Gate Array)  CPLD (Complex Programmable Logic Device)  ASIC (Application Specific Integrated Circuits)  PSOC (Programmable System On-Chip)

14 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikrodenetleyici 14  Tek-çip bilgisayar, mikrobilgisayar veya yerleşik bilgisayar sistemleri isimleri altında da tanıtılan mikrodenetleyici, tek bir silikon kılıf üzerinde toplanmış entegre devredir.  Bir mikrodenetleyici genel olarak aşağıdaki birimlerden oluşur.  Bir mikroişlemci çekirdeği (CPU)  Program ve veri belleği (ROM, RAM)  Giriş/Çıkış (I/O) birimleri  Saat darbesi üreteçleri  Zamanlayıcı/Sayıcı birimleri  Kesme kontrol birimi  A/D–D/A (Analog/Dijital–Dijital/Analog) çeviriciler  Darbe genişlik üreteci (PWM)  Seri Haberleşme Birimi (UART, RS-232, CAN, I2C vb.)  Diğer çevresel birimler.

15 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikrodenetleyici 15 Mikrodenetleyici Fonksiyonel Blok Diyagramı

16 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikrodenetleyici 16  Yaygın olarak kullanılan mikrodenetleyiciler ve üretici firmaları şunlardır: Üretici FirmaMikrodenetleyici Intel8051 (MCS-51 Ailesi) MicrochipPIC Ailesi AtmelAVR serisi Motorola68HC Texas InstrumentsMSP430  Yukarıda verilen mikrodenetleyiciler, günümüzde Siemens, Atmel, Philips, Hitachi, Microchip, Intel vb. birçok firma tarafından üretilmektedir.

17 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler 17  PLC  Sayısal ve Analog I/O portları  Dahili güç ünitesi ve ekran  Kutulu  Pahalı, yüksek yatırım  Endüstriyel üretim sistemleri Programlanabilir Mantık Denetleyiciler (Programmable Logic Controllers, PLC)

18 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler 18  DSP  Daha hızlı ve performanslı  Son derece esnek  Pahalı çip ve yazılım araçları  Geniş ölçekli projeler ve bütçeler  Karmaşık ve pahalı baskı devre Sayısal Sinyal İşlemciler (Dijital Signal Processor, DSP)

19 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler 19  FPGA,CPLD  Hız ve performans amaçlı  Son derece esnek  Pahalı çip ve yazılım araçları  Zor öğrenilen diller (VHDL, VERILOG, SystemC)  Geniş ölçekli projeler ve bütçeler  Karmaşık ve pahalı baskı devre Programlanabilir Yapılar (FPGA, CPLD)

20 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler 20  ASIC  Hız ve performansta rakipsiz  Düşük Esneklik  Pahalı çip ve yazılım araçları  Karmaşık teknolojiler (VLSI)  Karmaşık Diller (VHDL, Verilog, SystemC)  Geniş ölçekli projeler ve bütçeler  Karmaşık ve pahalı baskı devre ASIC (Application Specific Integrated Circuits)

21 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler 21  PSOC  Daha hızlı ve performanslı  Son derece esnek  Sayısal/Analog sistem tasarım imkanı  Az sayıda üretici, yetersiz rekabet  Yaygınlaşmayan tasarım ürünleri  Sınırlı uygulama alanları PSOC (Programmable System On-ChipLC)

22 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Mikroişlemcinin Rakiplerinden Temel Farkları 22  Kelime veya bayt temelli işlemler  Harici birim gereksinimi  Daha esnek  Daha hızlı, daha iyi performans  Geniş bellek alanı  Geniş baskı devre alanı  Büyük enerji ihtiyacı

23 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler Bilmemiz Gerekenler 23  Mikroişlemcilerde kullanılan yeni teknolojileri sayınız.  Mikroişlemci hangi birimlerden oluşur?  Mikroişlemcide bir komutun işlenmesi için gerekli aşamaları sayınız.  Mikroişlemcilerin rakiplerine örnekler veriniz.  Mikroişlemciyi rakipleri ile kıyaslayınız, hangi özellikleri ön plana çıkmaktadır.

24 Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemciler KAYNAKLAR 24  A.T. ÖZCERİT, M. ÇAKIROĞLU, C. BAYILMIŞ, “C İle 8051 Mikrodenetleyici Uygulamaları”, Papatya Yayınevi,  Prof. Dr. Hüseyin EKİZ, Doç. Dr. Murat ÇAKIROĞLU, Yrd. Doç. Dr. Bülent ÇOBANOĞLU, “Mikroişlemciler ve Mikrodenetleyiciler”, WITPET  Nurettin TOPOLOĞLU, “Mikroişlemciler ve Assembly Dili”, Seçkin Yayınevi,  Stallings, W., "Computer Organization and Architecture 7/e", Prentice Hall, 2006


"Mikroişlemciler Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ Mikroişlemcilerde Kullanılan Yeni Teknolojiler ve Mikroişlemcilerin Rakipleri 1 İşlemciler." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları