Bilgisayar Donanım ve Sistem Yazılımı Aslı Eyecioğlu Özmutlu aozmutlu@bartin.edu.tr
Hedefler Bilgisayar Kuşakları Bilgisayarın Çalışması Kaydediciler ve x86 mimarisi Mikroişlemci Assembly Programlama Dili
Bilgisayar Kuşakları Elektronik Öncesi Kuşak Elektronik Kuşak Mikroişlemci Kuşağı
Elektronik Kuşak Genel Amaçlı Kullanılan Elektronik İlk Bilgisayar: 1946 yılında ENIAC University of Pennsylvania 500.000 ABD $ 2010 eşdeğeri 6 M ABD $ 17.468 lamba 1.500 röle 70.000 direnç 10.000 kapasite Sayı düzeni : Onluk Ağırlık : 27 ton Boyut : 2,6 x 0,9 x 26 m Alan : 83 m2 Enerji tüketimi :150 KW Giriş : Delikli kart MTTB : Ortalama her iki günde bir bakım
Elektronik Kuşak Programı Bellekte Saklanan İlk Bilgisayar: John von Neumann tarafından 1952 yılında EDVAC tasarlandı. Komutlar ve veriler ikilik düzende bir bellekte saklanır. Bir komut ve veriye bellekteki adresi ile ulaşılır. Aynı bellekte farklı programlar bulunabilir Bellek boyu : 5,5 KByte Giriş : Delikli kart
Elektronik Kuşak I. Nesil : (1945-1955): Elektron tüpleri, röleler, Giriş birimi delikli kart II. Nesil : (1956-1965): 1948 yılında tranzistörün bulunmasıyla başlar. Tek tek tranzistörlerle gerçekleştirilmiş devreler içerir. Giriş delikli kartlarla yapılır. MİB’i bir bir dolap (50x50x70 cm) boyutundadır. Enerji gereksinimi 10-20 KW arasıdır. III. Nesil (1966-1975): Çok sayıda tranzistörler içeren tüm devreler kullanılır. Giriş delikli terminallerle yapılır. MİB yaklaşık 30x40 cm boyutundadır. Enerji gereksinimi yaklaşık 3 KW dır
Mikroişlemci Kuşağı IV. Nesil (1976- ): MİB’nin tek bir tümdevre içindedir. Boyutu 1x1 cm kadardır. Günümüzde üretilen küçük ve orta boy bilgisayarların MİB’leri mikroişlemci biçiminde üretilmektedir. Büyük boy ve süper bilgisayarlarda, birden fazla tümdevreden oluşan MİB’leri kullanılmaktadır.
Mikroişlemci ve Mikrodenetleyici Mikroişlemci ve Mikrodenetleyici arasındaki fark nedir? ÖDEV: Günlük yaşamda kullanılan mikrodenetleyici ile çalışan aletler ve makineler nelerdir? Ödevleri göndermek için: https://goo.gl/forms/FEGIoq13oqodmImu2
Bilgisayarın Çalışması Mikroişlemcinin Yapısı Mikroişlemcinin temel birimleri İşlenecek komutun izlediği yol (Makine döngüsü –Machine Cycle) Makine döngüsünde izlenen yol (denetim-adres-veri yollları) nasıl işler? Bellekteki veriler kontrol ünitesi tarafından nasıl bulunur? İşlenen komutun izlediği yol ve bellek ve kaydedicilerin çalışması nasıldır? Örnek: Mutfakta salata yapmak
Bellekler ve karşılaştırılması Hız Kapasite Fiyat Kalıcı Registers Fastest Lowest Yuksek Hayır RAM Cok hızlı orta Floppy Disk Cok yavas Dusuk Evet Hard disk Normal Cok yuksek Cok dusuk
Temel Mikroişlemci Özellikler Kelime Uzunluğu: İşlemcinin bir defada işleyebileceği kelime uzunluğu. nibble = 4 bit Bayt=8 bit=1 bayt Word = 16 bit = 2 bayt Doubleword =32 bit = 4 bayt Quadword 64 bit = 8 bayt Paragraph 128 bit = 16bayt Kilobayt(KB) = 210 = 1024 bayt Megabayt (MB) = 220 = 1048576 1 MB Gigabayt (GB) = 230 = 1073741824 1 GB
Temel Mikroişlemci Özellikler 2. Mikroişlemcinin bir komutu işleme hızı Saat Frekansı ile doğrudan ilişkilidir(Hz, KHz, MHz, GHz). 3. Adreslenebilen bellek büyüklüğü depolanabilecek veri alanını göstermektedir. 4. Programcının kullanabşleceği kaydedici sayısı ne kadar çok olursa veri manevrası o kadar rahat yapılır. Genel amaçlı, özel amaçlı ve gizli kaydediciler olarak 3 grupta ele alınır.
Temel Mikroişlemci Özellikler 5. Komut kümesindeki komut çeşitlerinin fazla olması programcıya kolaylık ve esneklik sağlar. 6. Adresleme türlerinin fazla olması programcıya farklı yollardan belleğe erişim ve esneklik sağlar. ★ Temel mikroişlemci özelliklerine performansı artırmak amacıyla geliştirilen ön-bellek sistemleri, iş-hattı teknolojileri, üstün dallanma tahmin mekanizmaları da eklenebilir.
Kaydediciler (Registers) FLİP-FLOP Dijital elektronikte en küçük bilgi saklayabilen birim flip flop adı verilen devredir. Bu devreye 1 veya 0 değerlerinden birini verirseniz, siz başka birşey yapana kadar bu değeri saklamayı becerir. Böylece bir bitlik bir bilgiyi saklamış olursunuz. Eğer 2 flip flopunuz varsa bu ikisine 1'ler ve 0'lar saklayarak toplam 4 farklı değeri taşıyabilen bir hafıza devresi elde edebilirsiniz.
Kaydediciler (Registers) Register bir flip-flop’un birden fazla bit (tutacak) saklayacak halde geliştirilmiş halidir. Registerlar bu şekilde 4 veya 8 veya başka sayıda flip flopların yan yana getirilmesiyle oluşturulur. 8 bitlik bir registerdaki her bit'e 1 veya 0 yazarak toplam 256 değişik değer yazılabilir. Bunları genelde onluk düzendeki 0 dan 255'e kadar olan sayılar olarak yorumluyoruz. Bazen de -128'den +127'ye kadar ki sayılar olarak yorumlayabiliriz. Böyle 256 değişik değer alabilen bir bilgi kutucuğuna bayt (byte) adı verilir. Yani 64 kilo byte'lık bir dosya yaklaşık 64000 tane 0 ile 255 arası sayının oluşturduğu bir bilgi grubudur.
Assembly program örneği İki sayının toplamının assembly dilinde yazılımı
Assembly program örneği Assembly Dersi https://www.tutorialspoint.com/assembly_programming/index.htm
x86 nedir? X86 NEDİR ? X86 Intelin ilk mikroişlemcilerinden olan 8086 ile ilgili programlama kurallarını ifade eden bir tanımlamadır. Intelin önemli özelliklerinden biri olan "geriye dönük yazılım uyumluluğu" böyle bir tanımlamanın oluşmasını sağlamış. Şöyle ki; 8086 mikroişlemcisi olan bir bilgisayar sisteminde hazırladığınız herhangi bir assembly programı X86 uyumlu tüm bilgisayarlarda çalışır. 80286, 386, 486 SX veya DX, Pentium, Pentium III, AMD nin 286, 386 işlemcilerinde veya Nexgen, Cyrixin aynı tür işlemcilerinde ve diğerlerinde bu program çalışacaktır. Bu demek oluyor ki yukarıda saydığımız tüm mikroişlemciler ve uyumlu olan diğerlerinin ortak bir yönü var. Bu ortak yönler ortak program kodların olması ve mikroişlemcilerinin temel mimarileri birbirinin aynı olmasıdır.
x86 mimarisi kaydediciler 14 farklı kaydedici vardır. 5 tane genel amaçlı kaydedicisi 4 tane segment kaydedicisi 3 tane işaret kaydedicisi 2 tane indis kaydedicisi Bayrak kaydedici
x86 mimarisi kaydediciler
x64 mimarisi kaydediciler 64 bit işlemcilerde kaydedici sayısı daha fazladır.
x86 mimarisi kaydediciler Segment kaydediciler Büyük kapasiteli belleklerde bilginin yönetimi (yüklenmesi, saklanması ve sırasını beklemesi) oldukça karmaşıktır. Bu sebeple büyük bellekler belli amaçlarla 64Kbaytlık küçük gruplara (segmentlere) ayrılarak daha kolay yönetilirler.
x86 mimarisi kaydediciler Segment kaydediciler Bellekte bu bölümlerin başlangıç adresi segment kaydedicileri tarafından tutulurlar. Bu bölümdeki verilerin adresleri ise, segment kaydedici içeriğine uzaklığıdır ve ofset adres olarak anılırlar. Örnek: Bir okulda bulunan A,B,C bloklarındaki 5 numaralı sınıfı bulmak. A- segment 5- ofset
x86 mimarisi kaydediciler Segment kaydediciler Kod segment kaydedicisi: Kod segment bellekte çalıştırılacak komutların sıralı bir şekilde bulunduğu bölümdür. Data Segment Kaydedicisi: Normalde işlenecek verinin depolandığı bellek alanının başlangıç adresini gösterir. Diğer segment kaydedicileri gibi tam adresin segment tarafını gösterir.
x86 mimarisi kaydediciler Segment kaydediciler Ekstra segment kaydedicisi: ES olarak adlandırılan bu kaydedici, programcı tarafından tanımlanmadıkça işlemci bunu kullanmaz. Genellikle string işlemlerinde hedef adresi olarak algılanır. Yığın Segment Kaydedicisi: Kısaca SS olarak bilinen bu kaydedicinin gösterdiği bellek alanına verilen ad adından da anlaşılabileceği gibi bir takım veri işlenirken yer yokluğundan veya kaydedici yetersizliğinden dolayı verinin geçici olarak yerleştirildiği yerdir.
x86 mimarisi kaydediciler Genel amaçlı kaydediciler Genel amaçlı kaydedici sembolleri A,B,C,D AX kaydedicisi:Akümülatör AX koduyla tanımlanır ve verilerin ilk ele alınmasında başrol oynadığından baş kaydedici olarak düşünülebilir.8,16 ve 32 bitlik verilerle çarpma, bölme bazı I/O işlemlerinde ve bazı harf dizi işlemlerinde etkin bir biçimde kullanılmaktadır. BX kaydedicisi: Taban adres kaydedicisi olarak bilinen ve BX koduyla tanımlanan kaydedici, bellekteki veri gruplarının ofsetinin tutulmasında bir indisçi gibi davranır. Ayrıca hesaplamalarda ve 32 bitlik işlemcilerde bellekteki verinin adreslenmesinde de kullanılmaktadır.
x86 mimarisi kaydediciler Genel amaçlı kaydediciler CX Kaydedicisi: Sayaç kaydedicisi olarak bilinen CX, string işlemlerinde bir sayaç elemanı veya döngü işlemlerinde tekrarlama sayıcısı gibi işlevleri yerine getirir. DX kaydedicisi: Data kaydedicisi diye tanımlanan DX kaydedicisi, genellikle akümükatöre yardımcı olan bütün işlemlerde bir tampon gibi davranan kaydedicidir.
x86 mimarisi kaydediciler İşaretçi ve İndis Kaydedicileri: Mikroişlemcili sistemlerde bellekteki ara adresleri gösteren kaydedicilere işaretçi (pointer) adı verilir.
Teşekkürler Sorular? Aslı Eyecioğlu Özmutlu aozmutlu@bartin.edu.tr