MİKROİŞLEMCİLER

 Mikroişlemciler, bilgisayar sisteminin kalbidir. Bilgisayar operasyonlarını kontrol ederek veri işlemeişlevlerini yerine getirir. Kısaca işlemci veya CPU, kullanıcı ya da programcı tarafından yazılan programları meydana getiren komutları veya bilgileri yorumlamak ve yerine gelirmek için getekli olan tüm mantıksal devreleri kapsar.

İlk mikroişlemci 1971 yılında hesap makinası amacıyla üretilen Intel firmasının 4004 adlı ürünüdür.Bir defada işleyebileceği verinin 4‐bit olmasından dolayı 4‐bitlik işlemci denilmekteydi.

 Bir anda ele alabildiği bit sayısına bakılarak güçlü olup olmadığı anlaşılan işlemcilere daha sonra kısa bir süreç için sınırlı sayıda işlem yapabilen 8‐bitlik 8008 işlemcisi eklenmiştir. 1974 yılında Intel 8080 adlı işlemcisini, hemen ardından önceki işlemci ile pek farkı olamayan Motorola 6800 adlı işlemcisini piyasaya sürmüşlerdir. Birbirleri arasında küçük farklılıklar olan iki işlemci daha piyasaya sürülmüştür.
Bunlar, MOS Technology firması tarafından üretilen 6502 ve Zilog firması tarafından üretilen Z‐80 işlemcileridir.

8 bitlik popüler mikroişlemciler teknik özellikleri

 8‐bitlik 8080 ve Z‐80 mikroişlemcilerinde hesaplama yapmak maksadıyla bol miktarda kaydedici vardır. Bundan dolayı bu işlemcilere kaydediciye dayalı işlemciler denilmekledir.  Diğer 8 bitlik işlemciler 6800 ve 6502, anlaşılır komutlar ve daha fazla adresleme modu kullanmaları, kaydedicilerinin fazla olmamasından dolayı veri manevrasında sık sık belleği kullanmalarından dolayı belleğe dayalı işlemciler olarak anılırlar. Bu gruplar birbirlerinin bellek ve G/Ç yongalarını kullanabilmektedirler.

Mikroişlemci Esasları

 Bilgisayar terimi, daha önce sözü edildiği gibi, içerisinde bir mikraişlemci, bellek, G Ç birimi ve bunları birbirine bağlayan iletişim yollarının dahil olduğu bir sistemin tanımlanmasında kullanılmaktadır. Böylece bilgisayar, içerisinde büyük kapasiteli bellek ve disk bulunan geniş boyutlu çok‐kullanıcılı ve çok‐görevli sistemlerden (Mainframe) otomatik çamaşır makinaları gibi ev aletlerinin denetlenmesinde kullanılan tek‐yongalı işlemcilere kadar herşey olabilir.

 Bir bilgisayar sistemi fiziksel açıdan büyük ebatlı olduklarından sabit disk, CD‐ROM vb. hariç tutulursa; işlemci, bellek ve G/Ç birimleri ayrı ayrı yonga gruplarından meydana gelmektedir. Bu elemanların kapasite ve büyüklükleri kullanıldıkları sistemlere göre artış göstermektedir. Mikroişlemci sistemler genelde çok‐yongalı sistemler olarak anılırlar.

Çok‐yongalı sistemlere örnek bir bilgisayar sistemi

 Ev, işyeri, fabrika gibi çevre denetiminde ve bunlara benzer aletlerin işlevlerinin denetlenmesi söz konusu olursa, bir bilgisayarın bu işler için kullanılması kapasite ve maliyet yönünden uygun olmayacaktır. Bunun yerine yeterli miktarda bellek, kaç eleman denetlenecek ise ona göre G/Ç birimi ve hızı‐performansı yeterli bir işlemci bu aletlerin denetiminde yeterli olacaktır.  

 İşlemci, bellek, G/Ç ve bazı gerekli ek elemanlarında bulunduğu ve tek bir yonga içerisine yerleştirilmiş özel amaçlı yapıya tek‐yongalı mikroişlemciler denilmektedir.

Tek yongalı mikroişlemci sistemi ve yapısı

 Mikroişlemcinin çeşitli fonksiyonel birimlerinin tek bir birimde toplanmasıyla daha fazla performans artışı sağlanmak istenmiştir. Sistemin merkezinden verilerin alınıp getirilmesi ve tekrar dışarı gönderilmesi sırasında mikroişlemcili sistemlerde olduğu gibi hız düşmesi olur. İç iletişim yolları dış iletişim yollarına nazaran daha hızlıdır.  

Mikrodenetleyicilerin tarihi birbirine paralel iki aşamalı gelişimi izlenmektedir.Bunlardan birisi Intel diğeri Texas Instruments firmalarındandır. Intel 4004 ile başlayan denemesini 4040, 4048 ve daha sonra popüler 8051 mikrodenetleyici ile sürdürürken, aslında ilk mikrodenetleyici TMS1000 ile Texas

tarafından üretilmiştir.  

 Bu tek yongaya, dahili saat, işlemci, RAM, ROM ve G/Ç dahil edilmiştir. İçerisindeki farklı birimler, kullandığı bit ve çalışım frekansları üreticiden üreticiye değişebilmektedir. Gömülü mikroişlemci de denilen bu denetleyicilerin amacı, belirli bir çevrede ve çoğunlukla özel bir görev için süreci denetlemektir. Ana elemanlarının dışında, zamanlama sayacı, iletişim hatları, analog‐digital

dönüştürücüler ve bazı özelleştirilmiş çıkışlar yerleştirilmiştir. 

 Mikrodenetleyicilerin yüksek entegrasyon yapısı, düşük enerji tüketimi ve özelleşmeyi sağlayabilmesi yerleşik sistem süreçlerinin görevleri kolaylaştırmaktadır. Watchdog zamanlayıcısı ve suspend mod özellikleri artırıldığında güvenirlik ve kesin başarı istenen denenmemiş makinalarda önemli arızaların bulunmasında kullanılabilir.

 Mikrodenetleyiciler, karşılıklı denetleme işlemlerinin avantaj sağladığı robotik uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Tek bir sistemle çok sayıdaki kontrol arasında belirlenecek özel bölümler sağlar.

 Bilgi bitleri mikroişlemcinin tipine göre sekizlik, onaltılık otuzikilik veya günümüzde altmışdörtlük gruplar halinde işlenir. Normal bilgisayarlarda bütün bilgiler sekiz bit (Bayt), onaltı bit (Word) veya otuziki bit (Doubleword) olarak işlenirler.

 Kelime uzunluğu büyük olan işlemcide yapılan aritmetik işlemlerde doğruluk oranları kısa uzunluklu kelimelere nazaran çok yüksektir (4‐bit %6, 8 bit %0.4 ve 16 bit %0.001).

Mikroişlemcinin tek bir komutu işleme hızı

Bir mikroişlemcinin hızı saat frekansıyla doğrudan ilgilidir.Fakat saat frekansı her zaman gerçek çalışma frekansını yansıtmaz. İşlemci hızını belirleyen bir çok yol vardır. Bunlar, çalışma çevriminin uzunluğudur ki , bu ölçüm fazla kullanışlı değildir. Başlıca mikroişlemci hızları mikrosaniye olarak 1, 66, 100 MHz veya MIPS'tir(Saniyede Milyom Adet Komut İşleme).

Bir mikroişlemciyi diğerinden daha hızlı yapan unsurlar şunlardır:

• CPU'nun devre teknolojisi ve planı.

•  İşlemcinin bir defada işleyebileceği kelime uzunluğu. Daha uzun kelime daha hızlı işlem demektir

•  İşlemci komut kümesi. Bir işlemcide bir işlem tek bir komutla yapılırken diğerinde daha çok komutla yapılabilir.

• Genel olarak denetim düzeni.

• Kesme altyordam çeşitleri.

• Bilgisayar belleğine ve G/Ç cihazlarına erişim hızı.

Mikroişlemcinin doğrudan adresleyebileceği bellek büyüklüğü

 Bilgisayar sistemlerindeki ana bellek mikroişlemci tarafından adres yolu vasıtasıyla adreslenir. Adres yolu hattı ne kadar çoksa adresleme kapasitesi de ona göre büyük olur. İşlemci içerisindeki adres işaretçisi kaydedicilerin büyüklüğü, işlemcinin adres çıkışında bir kaydıran kaydedici yardımıyla artırılabilirken ve adres yolu da çoğaltılmış olur.

 XT tipi bilgisayarlarda adres kaydedicisi (MAR) 16‐bitlik olmasına rağmen adres bilgisi dört bit sola kaydırılarak 20‐bitlik hatta verilirken 1 MB'lık bellek adreslenebilmektedir. AT tipi bilgisayarlarda 24 ve 32‐bitlik adres hattı kullanılarak 4 GB'lık bellek adreslenebilmektedir.