Giri ş 1 Mikroişlemciler. İçerik 2 Tarihi geli ş im Tanımlar Mikroi ş lemci tabanlı sistemler Sayı sistemleri.

... konulu sunumlar: "Giri ş 1 Mikroişlemciler. İçerik 2 Tarihi geli ş im Tanımlar Mikroi ş lemci tabanlı sistemler Sayı sistemleri."— Sunum transkripti:

1 Giri ş 1 Mikroişlemciler

2 İçerik 2 Tarihi geli ş im Tanımlar Mikroi ş lemci tabanlı sistemler Sayı sistemleri

3 3 Tarihi gelişimi

4 Programlama gelişmeleri 4 Programlanabilir makineler geli ş tirilmeye ba ş lanınca, programlar ve programlama dilleri de geli ş meye ba ş ladı Ba ğ lantıların yeri de ğ i ş tirilerek programlama yapmak oldukça zor oldu ğ u için, bilgisayar dilleri geli ş meye ba ş ladı. İ lk makine dili, birler ve sıfırlar ile geli ş tirildi. – Hafızada program denilen bir grup komut biçiminde idi

5 Assembly dili 5 1950lerin ba ş larında, UNIVAC benzeri sistemlerin geli ş mesi ile, digital komutların girilmesini kolayla ş tıran assembly dilleri kullanılmaya ba ş landı. Assembler, kullanıcıların anla ş ılabilir kodlar yazmasına izin verdi… – Toplama için ADD komutu gibi Digital komutlar yerine – 0100 0111 gibi Assembly dili, programlama yapmak için kullanı ş lı bir araç haline geldi.

6 Yüksek seviye programlama dilleri 6 1957, FLOWMATIC, Grace Hopper 1957, FORTRAN, IBM 1958, ALGOL COBOL RPG BASIC, PASCAL, ADA C / C++ / C# / JAVA

7 Yüksek seviye programlama dilleri ve assembly 7 Bilimsel camia genellikle C/C++ kullanır. – Bazen PASCAL ve FORTRAN Güncel bir istatistik, gömülü sistem geli ş tiricilerinin yakla ş ık % 60’ının C programlama dilini kullandıklarını göstermektedir. – % 30 assembly dilini kullanır – Geri kalanlar ise genellikle BASIC ve JAVA

8 Assembly’nin önemi 8 C/C++, genellikle assembly dili kullanan dü ş ük seviye kontrol yazılımlarında kullanılmaya ba ş landı. Ancak, assembly dili hala önemli bir yere sahiptir. – Ço ğ u video oyunu, neredeyse tamamen assembly dilinde yazılır Assembly ayrıca, C/C++ ile entegre olarak, bazı kontrol fonksiyonlarının daha hızlı gerçekle ş tirilmesini sa ğ lar. – Pentium ve çift çekirdekli i ş lemcilerde kullanılan bazı paralel komutlar, sadece assembly dilinde yazılır.

9 İkili sayı sistemi 9 Bit: 1, 0 nibble: 4-bit Byte: 8-bit Word: 16-bit 1 KB = 1024 Byte = 2 10 Byte 1 MB = 1024 KB = 2 20 Byte 1 GB = 2 30 Byte, 1 TB = 2 40 Byte B: byte b: bit – 8 Mbps = 8 Megabits per second (Saniyede 8 Mb - ADSL hızı)

10 Mikroişlemci Çağı 10 1971, Intel 4004 ve 4040 – 4-bit mikroi ş lemciler – 4096 adetlik 4-bit hafıza bölümü – 45 komut – Ço ğ u hesap makinesi ve dü ş ük seviye uygulamalar (mikrodalga fırınlar gibi) hala 4-bitlik mikroi ş lemciler kullanır 1972, Intel 8008 – 8-bit mikroi ş lemci – 16K satırlık hafıza – 48 komut – Saniyede 50,000 komut

11 Mikroişlemciler (devamı) 11 1973, Intel 8080 64K hafıza satırı Saniyede 500,000 komut (komut ba ş ına 2  s) 1974, Motorola 6800 1974, İ lk ki ş isel bilgisayar 1977, Intel 8085 Saniyede 769,230 (komut ba ş ına 1.3  s) Dahili saat ve sistem yöneticisi

12 Modern Mikroişlemciler 12 1978, Intel 8086 ve 8088 16 bit mikroi ş lemciler Komut ba ş ına 400 ns. Saniyede 2,5 milyon komut 1M satırlık hafıza Çarpma ve bölme komutları 20,000’den fazla komut çe ş itlili ğ i Komut sayısı çok fazla olan mikroi ş lemcilere CISC (complex instruction set computers – Karma ş ık komut setli i ş lemci) ismi verilir

13 Modern Mikroişlemciler 13 1983, Intel 80286 – 16M büyüklü ğ ünde hafıza – Arttırılmı ş saat hızı (8 MHz) – Bazı komutların sa ğ lanması 250 ns. alır 1986, Intel 80386 – 32 bit mikroi ş lemci – 4GB büyüklü ğ ünde hafıza 1989, Intel 80486 – 80386 gibi. Ancak, komutların çalı ş tırılması, iki de ğ il tek saat çevriminde yapılır – 8 KB önbellek

14 Pentium Mikroişlemci 14 1993, Intel Pentium (P5 veya 80586) Giri ş verisyonları, 60 & 66 MHz saat frekanslarında ve 110 MIPS hızında çalı ş makta idi 16 KB önbellek 30 Hz ve üzerinde video gösterimine olanak tanımakta idi.

15 Modern Mikroişlemciler 15 Pentium Pro Pentium II Pentium III Pentium IV Core2 Quad Core 64-bit mikroi ş lemciler …

16 16 Tanımlar

17 Entegre Devre 17 Di ğ er adıyla IC, mikrodevre, mikroçip, silikon çip, veya çip İ nce bir tabaka halindeki yarıiletken materyal üzerinde olu ş turulmu ş olan minyatür elektronik devre genellikle yarıiletken ve pasif devre elemanlarından olu ş ur

18 Mikroişlemci 18 Merkezi i ş lemci ünitesi (CPU) fonksiyonlarını tek bir entegre devre üzerinde toplayan programlanabilir sayısal elektronik bile ş en. 8-bit, 16-bit, 32-bit, ve 64-bit mikroi ş lemci: Tek bir seferde manipüle edilen bit sayısı. Programların çalı ş tırılabilmesi için harici bir hafızaya ihtiyaç duyabilir.

19 Mikroişlemci ve Mikrodenetleyici 19 Mikrobilgisayar: CPU olarak bir mikroi ş lemci kullanan bir bilgisayar. Mikrodenetleyici (veya MCU): Bir çipin üzerindeki bilgisayar. Kendine yetebilirlik ve maliyet dü ş üklü ğ üne önem veren bir mikroi ş lemci. Mikrodenetleyici ile mikroi ş lemci arasındaki tek fark: Mikroi ş lemcide sadece ALU, kontrol ünitesi ve register’lar bulunur. Mikrodenetleyicide ise ROM, RAM, harici üniteler (zamanlayıcı, Girdi/Çıktı portları ve benzeri) bulunur.

20 20 Mikroişlemci tabanlı kişisel bilgisayar sistemi

21 Mikroişlemci tabanlı bilgisayar sistemi 21

22 Temel bileşenler 22

23 23

24 Mikroişlemci 24 Mikroi ş lemciye aynı zamanda Merkezi İş lem Ünitesi (Central Processing Unit - CPU) de denilir. CPU, bilgisayar sistemini kontrol eden elemandır. CPU hafızayı ve girdi/çıktıları bus denilen ba ğ lantılar sayesinde kontrol eder. – Bus: Girdi/çıktı veya hafıza ünitesini seçer, farklı bile ş enler arasındaki veri akı ş larını gerçekle ş tirir. Hafıza ve Girdi/Çıktı üniteleri, hafızada bulunan ve mikroi ş lemci tarafından çalı ş tırılan komutlar sayesinde kontrol edilir.

25 Mikroişlemci 25 Mikroi ş lemcinin üç temel i ş levi bulunur: – Kendisi ile hafıza ve girdi/çıktı sistemleri arasındaki veri akı ş ını kontrol eder. – Temel aritmetik ve mantık operasyonlarını gerçekle ş tirir. – Temel karar mekanizmaları ile program akı ş ını kontrol eder. CPU a ş a ğ ıdaki bile ş enlerden olu ş ur: – Aritmetik Mantık Ünitesi: Arithmetic Logic Unit (ALU) – Register’lar – Kontrol Ünitesi

26 ALU 26 Aritmetik ve mantık operasyonlarını gerçekle ş tirir. Ana hafızadan ve/veya register’lardan verileri alır ve sonuçların bu ünitelere yazılmasını sa ğ lar. Mikroi ş lemci, bir sayının sıfır mı, pozitif mi … ve benzeri durumlarını kontrol eder. Bu durumları da göz önüne alarak olu ş turulan program akı ş ı sayesinde, sistem ile ilgili temel kararlar verilmesine olanak tanır.

27 Aritmetik ve mantık operasyonları 27 OperasyonYorum Addition Subtraction Multiplication Division ANDMantıksal çarpma ORMantıksal toplama NOTMantıksal de ğ illeme NEGAritmetik de ğ illeme Shift Rotate

28 Kararlar 28 KararYorum ZeroSayının sıfır olup olmadı ğ ını test eder SignSayının pozitif mi negatif mi oldu ğ unu test eder CarryToplamadan dolayı olu ş an eldeyi ve çıkarmadan dolayı olu ş an ödünç alma i ş lemlerini test eder ParitySayının çift mi tek mi oldu ğ unu test eder OverflowToplama veya çıkarma sonucunda olu ş an sayının geçerlili ğ ini kontrol eder

29 Register’lar 29 CPU’nun ikili sayıları hızlı okumaları ve yazmaları için özelle ş mi ş bölgeler. Veri veya adres de ğ erlerini tutabilirler. Sayıları ve tipleri, CPU dizaynına ba ğ lıdır. CPU ve girdi/çıktı alt sistemi tarafından kullanılabilirler.

30 Kontrol Ünitesi 30 Mikroi ş lemcinin çalı ş masını kontrol eden merkezi ünite. A ş a ğ ıdaki i ş lemleri sırası ile gerçekle ş tirir: – Fetch: Makine dili komutlarını hafızadan okur – Decode: Komutları tanımlar – Execute: Komutların kar ş ılanmasını sa ğ lar Gerekli verileri register’lardan veya hafızadan alır Gerekli i ş lemlerin yapılmasını sa ğ lar Sonuçları register’lara veya hafızaya yazar

31 Hafıza 31 Aynı büyüklükteki (genellikle byte) verilerin tutuldu ğ u sayısal bölgeler. Genellikle ardı ş ık byte’lar word (2 byte) ve double word (4 byte) olu ş turur. Hafızadaki her satırın ayrı bir adresi bulunur. 16-bit adres, 65,636 (64K) hafıza satırının tanımlanmasına olanak tanır. Dikkat: Bilgisayardaki adres büyüklü ğ ü ile hafızadaki toplam büyüklü ğ ü birbiri ile karı ş tırmayın. Hafızadan veri transferi read (okuma) operasyonudur. Hafızaya veri transferi write (yazma) operasyonudur.

32 Bus 32 Bilgisayar sisteminde bile ş enleri ba ğ layan kablolar grubu Mikroi ş lemci, hafıza ve girdi/çıktı üniteleri arasındaki adres, veri ve kontrol bilgilerini transfer eder. Bazı cihazlar aynı ortak yolu kullanabilirler. Ancak bir zaman diliminde sadece bir tanesi veri yolunu kullanıyor olabilir.

33 Bus (devam) 33 Address bus: CPU tarafından, halihazırdaki komutun gereksinim duydu ğ u okuma ve yazma operasyonlarının hangi adres ile ili ş kili oldu ğ u bilgisini iletmede kullanılır. Data bus: Mikrobilgisayarın farklı parçaları arasındaki veri akı ş larında kullanılır. – data bus width (bit olarak): Mikrobilgisayar sistemindeki verilerin büyüklü ğ ünü tanımlar. Control bus: Mikrobilgisayar içerisindeki olayların kontrolünde ve senkronizasyonunda kullanılan sinyallerin iletiminde kullanılır.

34 Bus Yapısı 34