NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ MİKROİŞLEMCİLER 2.HAFTA NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ © Mühendislik Mimarlık Fakültesi mmf.nisantasi.edu.tr

NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ © Bilgisayar Mimarisi Bilgisayar mimarisi, komut kümesinin, donanım elamanlarının ve sistem organizasyonunun dahil olduğu bir bilgisayarın tasarımıdır. Mimari iki farklı yaklaşımla tanımlanmaktadır: ISA - Komut kümesi mimarisi HSA - Donanım sistem mimarisi ISA, bir bilgisayarın hesaplama karakteristiklerini belirleyen komut kümesinin tasarımıdır. HSA; CPU, depolama ve G/Ç sistemlerinin dahil olduğu alt sistem ve bunların bağlantı şekilleridir. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Bilgisayar Mimarisi Komut kümesinin yazılım ve donanımla ilişkisi NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ © Bilgisayar Mimarisi Bilgisayar sistemlerinde bütün mesele, bu iki kavramı yerli yerine oturtmaktır. Mimari bir kavram olarak HSA’nın ne olduğu ve hangi elemanlardan meydana geldiği yukarıda açıklanmıştır. ISA ise, programcının bu elemanlara yön verecek programı yazması durumunda nasıl bir kabul göreceğidir. Farklı şirketler tarafından üretilen farklı bilgisayarların fiyat/performans açısından elbette farklı mimarileri olabilir. Bir makine için yazılan program aynı firma tarafından üretilse bile, ne aynı seride ne de başka seride çalışamayabilmektedir. Mesela, A makinası için yazılan bir oyun B makinasında veya C makinasında çalışmabilir. Programcı tarafından yazılan kodlar donanımı açma anahtarı olarak düşünülebilir . NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Bilgisayar Mimarisi Komut Kümesi mimarisinin yazılım ve donanımla ilişkisi NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ © Bilgisayar Mimarisi Yazılımsal Yaklaşım Bilgisayar sistemlerinde bütün mesele sistemi meydana getiren tüm elemanların bir komutla nasıl devreye sokulacağıdır. Ufak tefek ayrıcalıkları olsa da birbirine benzer yapıdaki bilgisayarlar için farklı programlar yazmak oldukça maliyetli olduğundan, programcının yazdığı komutların her bilgisayar tarafından algılanarak yürütülmesi esas hedeftir. Ortaya atılan ilk çözüm mikrokod yaklaşımı daha sonraları iki standarttan biri olmuştur. Donanımı devreye sokacak öz bilgilerin yani komut kümesinin yer aldığı bu yere (bölgeye) mikrokod motoru denilmektedir. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ © Bilgisayar Mimarisi Burası, CPU içinde CPU olarak da ifade edilebilir. Programcının yazdığı kodları işlemcinin daha çabuk anlayabileceği veya çalıştırabileceği küçük mikrokodlara dönüştüren bu mikrokod motoru, işlemci ROM bellek vasıtasıyla yerleştirilmiştir. Mikroprogram ve icra birimi tarafından meydana gelen mikrokod ROM’un görevi, özel komutlarını bir dizi kontrol sinyallerine çevirerek sistem elemanlarının denetlenmesini sağlar. Aynı zamanda, mikrokodun CISC tipi işlemcilerdeki temel işlevi, alt düzey komut kümesiyle programcının çalıştığı üst düzey komutlar arasında soyutlama katmanı oluşturmaktır. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Bilgisayar Mimarisi Bir mikrokod ROM’un sistemdeki yeri NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ © Bilgisayar Mimarisi Mikroişlemci üreticileri, sistem tasarımında iki yönlü düşünmek zorundadırlar. Birincisi, mimariyi meydana getiren elemanların işlevleri, ikincisi bu elemanların nasıl devreye sokulacağıdır. Elemanları devreye sokmak için program yazmak gerekecektir. Bu işin bir yanı; diğer yanı ise donanımdır. Donanımla tasarım mühendisleri ilgilenir. Fakat programcı öyle bir program yazmalı ki, sistem tarafından algılanarak doğru zamanda doğru eleman devreye sokulabilsin. Donanım mimarisini programcıya aktaracak en iyi yol ona kullanabileceği komut kümesini hazır vermektir. Bilgisayar sisteminin donanımsal tüm özelliklerini içeren sisteme komut kümesi mimarisi denildiğine göre, programcı bu kümeye bakarak veya bu kümeyi kullanabilen derleyicileri kullanarak hiçbir sorun yaşamaz. Programcının yazdığı bir komut işletildiğinde, mikrokod ROM bu komutu okur ve sonra o komuta karşılık gelen uygun mikrokodları yükler ve çalıştır. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ © Bilgisayar Mimarisi Donanımsal Yaklaşım Mikrokod kullanılarak ISA sisteminin yürütülmesinin başlıca sakıncası, komutları doğrudan çalıştıran sisteme göre yavaş olmasıdır. Mikrokod, ISA tasarımcılarına programcının ara sıra kullandığı komutların bile komut kümesine eklenmesini ister. Daha çok komut demek daha fazla mikrokod, çekirdek büyüklüğü ve güç demektir. ISA mimarisinde yaşanan aksaklıklarından dolayı ortaya çıkan bir başka model ise, komutların doğrudan donanım elemanları tarafından yorumlanarak sistemin denetlendiği diğer bir mimari yaklaşım olan donanımsal çalışma modelidir. Komutların anlaşılır standart bir boyuta getirilerek çalışıldığı sisteme RISC modeli denilmektedir. Yani komutların donanımsal çalışma modeline sahip RISC tipi bilgisayarlarda, komut kümesindeki komutların sayısı azaltılmış ve her bir özel komutun boyutu düşürülmüştür. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©