Herkese merhaba Gömülü Sistem serimizin 2. bölümünde Mikroişlemci Nedir? Özellikleri Nelerdir? başlıklı yazısıyla karşınızdayız. Bu yazıda Mikroişlemci ve özellikleri ile ilgili en temel tanımlara yer vereceğiz.
Mikroişlemci Nedir?
Mikroişlemci, bilgisayarın değişik birimleri arasında veri akışı ve veri işleme görevlerini yerini getiren çok büyük ölçekli entegre devredir. Mikroişlemci entegre devresi, yazılan programları meydana getiren makine kodlarını yorumlamak ve yerine getirmek için gerekli olan tüm mantıksal devreleri içerir.
Mikroişlemciler; genellikle bilgisayarlarda merkezi işlem birim (CPU) olarak kullanılır. CPU üzerinde RAM, ROM, I/O (giriş/çıkış) yoktur. Bir mikroişlemci görevini yerine getirebilmesi için verilerin saklanacağı bellek birimine, dış dünyadan veri alışverişinin düzenli yapılmasını sağlayan giriş/çıkış birimine ihtiyaç duyar.
Mikroişlemci Özellikleri
Kelime Uzunluğu: Mikro işlemcinin her saat darbesinde işlem yapabileceği bit sayısına kelime uzunluğu denir. İşlemciler bu süre zarfında komutları yorumlar veya bellekteki veriler üzerinde işlem yapar.
İşlenen veriler işlemcinin özelliğine göre 4-bit, 8-bit, 16-bit, 32-bit ve 64-bit uzunluğunda olabilir. Kelime uzunluğu veri yolu uzunluğuna eşittir. İşlemci, her saat darbesinde işleyebildiği kelime uzunlu ile tanımlanır. Intel 8086 işlemcisinin kelime uzunluğu 16-bit olduğu için 16-bitlik mikroişlemci denir. İşlemciler dört, sekiz, on altı, otuz iki ve altmış dört bit olarak sınıflandırılır.
Komutlar veya veriler küçük gruplar halinde işlenirse hızda azalma meydana gelir. İşlenen veri sayısı artarsa aynı sürede yapılan işin miktarı artmakta ve yapılan işin süresi azalmaktadır.
Örneğin; 16 bitlik bir işlemci ile 16-bitlik iki sayının toplanması, karşılaştırılması vb. işlemler bir adımda yapılırken 8-bitlik işlemci ile daha fazla adımda gerçekleşir.
Komut İşleme Hızı: Mikroişlemcilerin çalışması için saat sinyallerine ihtiyaç vardır. İşlemci (CPU) her saat sinyalinde bir sonraki işlem basamağına geçer. İşlemcinin hızını incelerken saat frekansına ve komut çevrim sürelerine bakmak gerekir.
- Saat frekansı mikroişlemciye dışarıdan uygulanan yada işlemcinin içinde bulunan osilatörün frekansıdır.
- Komut çevrim süresi ise herhangi bir komutun görevini tamamlayabilmesi için geçen süredir.
Her işlemcinin komut çevrim süresi farklı sayıda saat çevrimleriyle tanımlanır. Aşağıdaki tabloda farklı işlemcilerin komut çevrim süreleri karşılaştırılmıştır
Görüldüğü üzere sadece saat frekansına bakmak doğru olmaz. Saat frekansı her zaman gerçek çalışma frekansını yansıtmasa da mikro işlemcinin hızını doğrudan etkiler.
Adresleme Kapasitesi: Bir işlemcinin adresleme kapasitesi, adresleyebileceği veya doğrudan erişebileceği bellek alanının büyüklüğüdür. Bu büyüklük işlemcinin adres hattı sayısına bağlıdır. Bu hattın sayısı tasarlanacak sistemde kullanılabilecek bellek miktarını da belirlemektedir. Bir mikroişlemci 16 adres hattına sahipse, bu mikroişlemcinin sahip olabileceği maksimum adres büyüklüğü 216 =65536 olabilir. Bu miktar 64KB ile ifade edilir.
Güncel örnek vermek gerekirse 32bit bir işlemci 2^32 = 4294967296 yani 4GB bellek desteklemektedir. Daha önceden 32bit işletim sistemi kullananlar bilir 4GB RAM üstünü sistem görmüyordu
Kaydedici Sayısı: Bir programcının assembly diliyle program yazımı sırasında en çok ihtiyaç duyduğu geçici bellek hücreleri kaydedicilerdir. Kaydediciler;
- genel amaçlı kaydediciler
- ve özel amaçlı kaydediciler olmak üzere iki grupta toplanır.
Bu kaydediciler 8, 16, 32 ve 64-bitlik olabilir. Kaydedicilerin sayısının programcının işinin kolaylaştırmasının yanında programın daha sade ve anlaşılır olmasını da sağlar. Her mikroişlemcinin kendine has yapısı ve kaydedici isimleri vardır. Herhangi bir mikroişlemciyi programlamaya başlamadan önce mutlaka bu kaydedicilerin isimlerinin ve ne tür işlevlere sahip olduklarının iyi bilinmesi gerekir.
Farklı Adresleme Modları: Bir komutun işlenmesi için gerekli verilerin bir bellek bölgesinden alınması veya bir bellek bölgesine konulması ya da bellek–kaydedici veya kaydedici–kaydedici arasında değiştirilmesi için farklı erişim yöntemleri kullanılır. Mikroişlemcinin işleyeceği bilgiye farklı erişim şekilleri, ‘adresleme yöntemleri’ olarak ifade edilir. Kısaca adresi tarif yollarıdır. Herhangi bir bellek bölgesindeki veriye çok farklı şekillerde erişilebilmek için farklı yolların olması programcıya esneklik sağlar.
- Derhal Adresleme: Bu kipte veri buyruğun içinde verilmiştir. Bu buyruklar yazaçlara başlangıç değeri verilmesi ve sabit değer yazılması için kullanılır.
- Yazaç Adresleme: Bu buyruğun adres alanı bir yazacı işaret etmektedir.
- Yazaç Dolaylı Adresleme: Bu kipte, adres alanında yazaç, yazacın içerisinde ise verinin bellekteki adresi bulunur.
- Otomatik Artma veya Azalmalı Adresleme: Bu kipte, yazaç dolaylı kipine çok benzer tek farkı yazaç içerisindeki adres her seferinde bir artırılır veya azaltılır.
- Doğrudan Adresleme: Bu kipte verinin adresi buyrukta verilmiştir. Yani veri bellekte, adres buyruğun içindedir.
- Dolaylı Adresleme: Bu kipte buyruğun gösterdiği adreste, verinin adresi yer almaktadır.
- Göreceli Adresleme: PC’nin değeri bir artırılır ve o değer ile buyruğun adres değeri toplanır. Elde edilen değer verinin adresidir.
- İndislenmiş Adresleme: Bu kipte buyruğun adresi ile İndis Yazacının (XR) içeriği toplanır ve verinin adresi bulunur.
Farklı Adresleme Modları ile İlgili Örnek;
