Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

... konulu sunumlar: "Mikroişlemcili Sistem Tasarımı"— Sunum transkripti:

1 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
2. Hafta Bellek Birimleri ve Programlamaya Giriş Yrd.Doç.Dr. Kubilay TAŞDELEN

2 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
Bellekler Bellekler 0 veya 1 değerini alan bitlerin saklanabildiği entegre devrelerdir Dout Din D Q WR EN RD 1 Bit (0 veya 1) saklayabilen temel bellek ünitesi: D Flip Flop D Flip Flop için doğruluk tablosunu hatırlayınız. Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

3 Bellek ünitelerine erişim
Satır (Adres) Sütun (Veri) 1x1 Din Dout WR RD EN D Q 1 bitlik hafıza hücresi EN 1x2 EN D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1x8 1 Bayt EN A0 ? 2 Bayt 2x8 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

4 Mikroişlemci Sayı sistemi
ADDRES Bellek Hücreleri RAM/ROM Kullanılan tüm sayılar ikilik sayı sistemindedir, neden? Donanımın daha basit ve maliyetin az olması Bilgi depolamanın basitliği Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

5 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
Örnek Soru: 8 adet bellek ünitesine erişebilmek için kaç adet Adres hattına ihtiyaç duyulur? 2n=8 n=? A0 A1 A2 Bayt 4 Bayt 5 Bayt 6 Bayt 7 3→8 kod çözücü A2A1A0 Bayt 0 Bayt 1 Bayt 2 Bayt 3 Soru: adet bellek ünitesine erişebilmek için kaç adet Adres hattına ihtiyaç duyulur? 2n= n=16 (A A0) Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

6 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
Bellek Türleri Mikroişlemci iç bellek türleri (8051) Kayıtçılar (registers) Akümülatör (A) B Kayıtçısı R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7 ( Bank0..Bank3 ) SP (Yığın İşaretçisi) PSW (Program Durum Kaydedicisi) DPTR (16-bit) PC (16-bit) Diğer özel fonkisyon Kayıtçıları (Mikrodenetleyici) RAM ve ROM (Mikrodenetleyici) Dış Bellek türleri RAM ve ROM ile türevleri Manyetik disk, teyp CD vs. Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

7 CPU Sadeleştirilmiş iç yapısı (8051)
Komut Kayıtçısı Program Sayıcı (Instruction Register) (Program Counter) Kayıtçılar (Registers) IR PC Komut Çözme Ve Kontrol Ünitesi Aritmetik ve Lojik işlem Ünitesi Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

8 Mikroişlemcilerde Temel İşlevler
Komut Okuma Komut Çözme Çalıştırma Giriş işlemleri Çıkış işlemleri Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

9 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
Komut Yapsı Mnemonics Kayıtçı Adı İvedi Adresleme MOV A, #55h Anlamı: A←55h (74) (55) 2 Byte Opcode Operand Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

10 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
Örnek 8051 Komutları 8051 komut setleri bayt adedine göre üçe ayrılır: Tek baytlık komutlar İki baytlık komutlar Üç baytlık komutlar SORU: Komutun bayt sayısı çalıştırma hızını etkiler mi? Mnemonics Opcode + operand Anlam Cycle Bayt Adedi NOP İşlem Yok 1 INC A A=A+1 MOV A,#55h (74 55) A←55h 2 MOV A,#0xAA (74 AA) A←AAh MOV DPTR,#55AAh (90 55 AA) DPTR←55AAh 3 Tüm komutların listesi için: philips_80C51 Family Programmer's Guide .pdf Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

11 CPU Komut İşleme Senaryosu (MOV A,#55h)
Bayt 65535 FFFF Bayt 3 0003 Bayt 2 0002 0001 0000 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

12 CPU Komut İşleme Senaryosu (MOV A,#55h)
Program Sayıcı “Opcode”un adresini tutar Adres “Adres yolu” na verilir Operand adresi adres yoluna verilir Adres Yolu CPU PC Veri Yolu IR Bayt 65535 FFFF Kayıtçılar (Registers) Bayt 3 0003 Komut Çözme Ve Kontrol Ünitesi Bayt 2 0002 A 0001 Operanda ulaşılır ve bilgi “Veri yolu” na iletilir 74h 0000 55h Opcode çözülür ve “ MOV A,” olduğu anlaşılır Opcode’a ulaşılır ve Kod bilgisi “Veri yolu” na iletilir Veri yolundaki bilgi A kayıtçısına gönderilir Komut İşlemci içindeki “Komut Kaydedicisine aktarılır. Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

13 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
KAYITÇILAR Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

14 Accumulator, A Kayıtçısı
Verilerin bellek ve kayıtçılar arası transferinde Veri üzerinde mantıksal ve aritmetik işlemlerin gerçekleştirilmesinde kullanılır 8 Bit Uzunluğundadır Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

15 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
B Kayıtçısı Geçici verilerin depolandığı bir kaydedicidir MOV B, A ;B ← A (2 byte) MOV B,#55 ;B ←55 MUL AB ; A ve B kaydedicilerini çarp Sonuc 16-bit: Sonuc_L=A, Sonuc_H=B DIV AB ; A’yı B’ye böl Bölüm=A, Kalan=B Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

16 Program Status Word (PSW)
BIT SEMBOL ADRES BİT TANIMI PSW.7 CY D7H Elde bayrağı PSW.6 AC D6H Yardımcı elde bayrağı PSW.5 F0 D5H Bayrak 0 PSW.4 RS1 D4H Bank seçme 1 PSW.3 RS0 D3H Bank seçme 0 00 = bank 0; adres 00H-07H 01 = bank 1; adres 08H-0FH 10 = bank 2; adres 10H-17H 11 = bank 3; adres 18H-1FH PSW.2 OV D2H Taşma bayrağı PSW.1 - D1H PSW.0 P D0H Çift eşlik biti (Even Parity bit) Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

17 Program Status Word (PSW)
Aritmetik işlemler sonucundaki değişen bayraklar CY: Carry Flag (Elde Bayrağı) Aritmetik işlemlerde bir elde ortaya çıktığında kurulur AC:Auxillary Carry (Harici Elde Bayrağı) D3 bitinden D4 bitine elde geçtiğinde kurulur, BCD işlemlerde kullanılır P: Parity (Eşlik biti) Çift eşlik (even) biti P=1, Akümülatör tek sayıda birlere sahipse Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

18 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
Örnek Toplama örneği MOV A,#12h ADD A,#3Fh 12  3F  CY = 0 AC = 1 P = 1 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

19 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
Kayıtçı Deposu (R0..R7) R0’dan R7’ye kadar toplam 8 kaydedici MOV A,R0 ;R0 kaydedicisini A kayıtçısına kopyala (1 byte) R0-R7 kaydedici grubları (Bank0..Bank3) RS0 PSW.3 RS1PSW.4 RS1 RS0 R-BANK Bank 0 1 Bank 1 Bank 2 Bank 3 MOV PSW, #18h ; Bank 3 seçildi MOV PSW, #08h ; Bank 1 seçildi 4 kayıtçı deposu ardışık adreslerdedir 4 kayıtçı deposu toplam 32byte Bank 0 varsayılan (Reset sonrası seçilen) banktır. Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

20 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
Örnek Bit Adres Bayt Adres FF F0 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F0 F1 B E0 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E0 E1 ACC MOV A,R7 D0 D7 D6 D5 1 D4 1 D3 D2 - D0 PSW SETB RS0 SETB RS1 MOV A,R7 = MOV A,0x1F MOV A,R7 (1 byte) MOV A,0x07 (2 byte) 1F 18 BANK 3 17 10 BANK 2 0F 08 BANK 1 İlk Kayıtçı Bankası R0-R7 07 00 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

21 Veri İşaretçisi (DPTR)
adet 16-bit kaydedici içerir DPTR 16-bittir Harici belleğin veya kod alanının Adresini tutar Harici bellekten veya kod alanından veri transfer için kullanılır 16-bit veri depolama için de kullanılabilir Başvuru tablolarında (Look-up Tables) çok kullanışlıdır Dolaylı Adresleme MOV DPTR, #0xFFAA ; DPTR ←FFAAh MOVX ; ACU ← RAM (FFAA) MOVC Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

22 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
Program Sayacı (PC) PC her zaman bir sonraki erişilecek komut adresini tutar 16-bit Uzunluğundadır Bellekten getirilen bir komuttan (1 veya daha fazla bayt) hemen sonra, bir sonraki komutun adresine yükseltilir Sadece MOVC komutunda kullanılır Sadece okunabilir özelliktedir Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

23 SP (Yığın İşaretçisi, Stack Pointer)
Yığın hafızası FILO tipindedir 8051’de yığın adresi artarak büyür (düşük değerli adresten, yüksek değerli adrese doğru) SP, yığındaki son kullanılan adresi gösterir Pop veriyi alır daha sonra SP bir azalır PUSH SP’yi artırır, yeni adrese veriyi kopyalar SP, Reset işleminden sonra 07’ye kurulur Bank 1,2 ve 3 yığının normal depo alanıdır SP, başka bir adrese yönlendirilebilir PUSH ACC ;Akümülatörü yığına kopyala Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

24 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
8051 Komut Seti-1 Veri Transfer Komutları mov, movc, movx, push, pop, xch, xchd Mantıksal İşlem Komutları anl, orl, xrl, clr, cpl, rl, rlc, rr, rrc, swap Aritmetik İşlem Komutları add, addc, subb, inc, dec, mul, div Program Kontrol Komutları jmp, ajmp, ljmp, sjmp, jc, jnc, jb, jnb, jbc, jz, jnz, acall, lcall, cjne, djnz, ret, reti NOP Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

25 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
Önemli Assembly programı yazarken: Bütün komutları hatırlamak zorunda değilsiniz Sadece komutları mantıksal gruplara böl Komut setini önünüze koyarak, yapılmak istenen işi hangisinin hangi komutun veya komut grubunun yaptığını tespit et Her komutun farklı kaydedici ile çalıştırılması mümkün değildir MOV (DOĞRU) MOV (YANLIŞ) Mikroişlemcili Sistem Tasarımı

26 Mikroişlemcili Sistem Tasarımı
Çalışma Soruları Mikroişlemcileri farklı açılardan gruplandırınız. 8051 de kullanılan genel kaydediciler hangileridir? Komut seti nedir? Assembly dilinin genel özellikleri nelerdir? Mikroişlemcili Sistem Tasarımı