Herkese merhaba Gömülü Sistem serimizin 3. bölümünde Mikroişlemci Birimleri Ve Görevleri başlıklı yazısıyla karşınızdayız. Bu yazıda Mikroişlemci Birimleri ve Görevleri ile ilgili en temel tanımlara yer vereceğiz.
MİKROİŞLEMCİ BİRİMLERİ VE GÖREVLERİ
Kaydediciler
Kaydediciler, genel ve özel amaçlı olmak üzere iki gruba ayrılır.
- Genel amaçlılarda akümülatör, indis kaydedicileri bulunmaktadır.
- Özel amaçlılar ise program sayacı (PC), yığın kaydedicisi (SP), durum kaydedicisi gibi kaydediciler bulunmaktadır.
Genel Amaçlı
Akümülatör, bilgisayarın aritmetik ve mantık işlemleri sırasında depo görevi yapan önemli bir kaydedicidir.
İndis kaydedicileri, X ve Y olarak tanımlanır. Hesaplamalarda;
- ara değerlerin geçici tutulmasında,
- program döngülerinde
- ve zamanlama uygulamalarında
bir sayıcı olarak ve bellekte depolanmış bir dizi verinin üzerinde bir indisçi olarak kullanılmaktadır.
Özel Amaçlı
Program sayıcı (PC), mikroişlemcinin yürütmekte olduğu program komutunun adres bilgisini tutan kaydedicidir. Bellekten alınan her komut kodundan sonra alınacak yeni komut kodunun adresi program sayıcıya otomatik olarak işlemci tarafından yüklenir. Komut çevrimi, PC’nin yeni adresi adres yoluna koyması ile başlar. Bunun ardından da ilgili kontrol sinyali gönderilir. Bellekten gelen her bilgiden sonra PC, kontrol devresinden aldığı işarete uyarak adres satırını 1 arttırır. Böylece bilgilerin bellekten işlemciye düzenli bir şekilde gelmesi sağlanır.
Durum kaydedicisinin, her bir biti ayrı ayrı anlam ifade eder. Mikroişlemci içinde veya dışarıdan yapılan herhangi aritmetiksel, mantıksal veya kesmelerle ilgili işlemlerin sonucuna göre bu bitler değer değiştirir. Programcı bu bitlerin aldığı değerlere göre programa yön verir.
- Carry (elde bayrağı-C): Elde / borç bayrağıdır. 8-bitlik bir işlem sonucunda dokuzuncu bit ortaya çıkıyorsa elde var (C=1) demektir.
- Zero (sıfır bayrağı-Z): Aritmetik ve mantık işlemi sonucunda kaydedici içeriği sıfır ise Z = 1’e kurulur. Aksi durumda sıfırlanır (Z = 0).
- Interrupt disable (kesme yetkisizleştirme bayrağı-I): Mikroişlemci normal durumda komutları işlerken bir kesme (IRQ) geldiğinde bu kesme bu bayrak biti ile engellenebilir.
- Overflow (taşma bayrağı-V): Bu bayrak aritmetik işlemlerde, eğer işlem +127 ile -128 aralığını geçiyorsa bir taşma meydana gelir ve V bayrağı 1 olur. Taşma bayrağı işaretli sayılarla işlem yapılırken devreye girer.
- Negative (negatif bayrağı-N): 8-bitlik bir işlemcide 7.bit MSB biti olarak bilinir. Eğer MSB biti bir işlem sonucunda 1 ise N bayrağı 1’e kurulur. Eğer MSB biti 0 ise kaydedicisindeki değer pozitif demektir ki N bayrağı 0 olur.
Yığın İşaretçisi (SP): RAM belleğin bir bölümü yığın olarak kullanılabilir. Yığın mikro işlemcinin kullandığı geçici bellek bölgesi olarak tanımlanır. Yığın işaretçisi, yığının adresini tutan özel amaçlı bir kaydedicidir.
Bu kaydediciye programın başında yığının başlangıç adresi otomatik olarak atanır ve artık belleğin bu bölgesi depo benzeri bir görev yürütür. Yığına her veri girişinde yığın göstericisinin değeri bir azalmakta, yığından her veri çekildiğin de ise yığın göstericisinin değeri otomatik olarak bir artmaktadır. Yığına gönderilen veri yığın göstericisinin işaret ettiği adresteki bellek hücresine yazılır.
Mikro işlemci işlediği ana programdan alt programa dallandığında veya bir kesme sinyali ile kesme hizmet programına dallandığında mevcut kaydedicilerin içeriklerini ve dönüş adresini saklayabilmek için otomatik olarak verileri ve adresleri yığına atanır.
Aritmetik ve Mantık Birimi
Mikro işlemcinin en önemli kısmını aritmetik ve lojik birimi (ALU) oluşturur. Bu ünite kaydediciler üzerinde toplama, çıkarma, karşılaştırma, kaydırma ve döndürme işlemleri yapar. Yapılan işlemin sonucu kaydediciler üzerinde saklanır. Bazen de yalnızca durum kodu kaydedicisini etkiler. ALU’daki bir işlem sonucunda durum kodu kaydedicisindeki bayrakların birkaçı etkilenebilir veya hiçbiri etkilenmez. Programcı için çoğu zaman ALU’da yapılan işlemin sonucunda etkilenen bayrakların durumu daha önemlidir. Gelişmiş mikro işlemcilerin içindeki ALU’lar çarpma ve bölme işlemlerini yapabilmektedir. ALU’nun işlem yapabileceği en büyük veri, mikro işlemcideki kaydedicilerin veri büyüklüğü ile sınırlıdır. 8 bitlik mimariye sahip bir mikro işlemcideki ALU en fazla 8 bitlik sayılar üzerinde işlem yapar.
ALU’nun yapabildiği işlemler iki grupta toplanır.
•Aritmetiksel işlemler: ALU’da yapılan aritmetiksel işlemler mikro işlemcinin yapısına göre çeşitlilik gösterebilir. 8-bitlik mimariye sahip bir mikro işlemcide toplama, çıkarma, çarpma, bölme işlemleri ve ondalıklı sayılarla matematiksel işlemler yapılabilmektedir. Gelişmiş işlemcilerde büyük ondalıklı sayılarla işlem yapmak için ayrıca matematik işlemci mevcuttur.
•Mantıksal işlemler: Mantıksal çarpma (VE), Mantıksal toplama (VEYA), Özel VEYA (XOR), Değil (NOT), Karşılaştırma (=, =<, =>, <> gibi), Sağa veya sola kaydırma ve döndürme, İçerik artırma veya azaltma işlemleri. Bütün bu işlemler teknolojik yapısı değişik kapı ve flip-flop’lardan oluşan bir sistem tarafından yürütülmektedir.
Kontrol Birimi
Kontrol birimi, sistemin tüm işleyişinden ve işlemin zamanında yapılmasından sorumludur. Kontrol birimi, bellekte program bölümünde bulunan komut kodunun alınıp getirilmesi, kodunun çözülmesi, ALU tarafından işlenmesi ve sonucun geri belleğe konulması için gerekli olan kontrol sinyalleri üretir.
Merkezi İşlemci Biriminde İletişim Yolları (Yazılmadı)