Mikroişlemciler

MİKROİŞLEMCİLER

Mikroişlemci Mimarisi

Mikroişlemci, işlemci ana işlem biriminin fonksiyonlarını tek bir yarı iletken tümdevrede birleştiren programlanabilir bir sayısal elektronik bileşendir. Mikroişlemci, ana işlem birimindeki kelime boyutunun 32 bitten 4 bite düşürülmesiyle doğmuştur. Böylece, ana işlem biriminin mantıksal devrelerinin transistörleri tek bir parçaya sığdırılabilmiştir. Bir veya daha çok mikro işlemci, tipik olarak bir bilgisayar sisteminde, gömülü sistemde ya da bir mobil cihazda ana işlem birimi olarak görev yapmaktadır. 1970’lerin ortalarından itibaren mikroişlemciler, mikrobilgisayarların doğuşunu mümkün kılmıştır. Bundan önce, tipik olarak elektronik ana işlem birimleri, sadece birkaç transistöre eşdeğer büyük, ayrık anahtarlama aygıtları kullanılarak yapılıyordu. İşlemciyi, bir ya da birkaç large-scale tümdevre içine gömmekle işlemci gücü fiyatı büyük ölçüde düşürüldü. 1970’lerin ortalarında tümdevrelerin doğuşuyla mikroişlemci, diğer bütün türleri değiştirip, ana işlem biriminin yapımında en yaygın yol oldu.

RISC Mimarisi

RISC mimarisi, CISC mimarili işlemlerin kötü yanlarını piyasanın tepkisi ve ona bir alternatif olarak, işlemci mimari tasarımlarında söz sahibi olan IBM, Apple ve Motorola gibi firmalarca sistematik bir şekilde geliştirilmiştir. RISC yapısının güzelliği, basit yapılar içermesinden dolayı bu yapıların kullanılarak çok farklı şekilde kompleks yapıların çözülmesindedir.

CISC Mimarisi

CISC mimarisinin karakteristik iki özelliğinden birisi, değişken uzunluktaki komutlar, diğeri ise karmaşık komutlardır. Değişken ve karmaşık uzunluktaki komutlar bellek tasarrufu sağlar. Karmaşık komutlar ili ya da daha fazla komutu tek bir komut haline getirdikleri için hem bellekleri hem de programın yer alması gereken komut sayısından tasarruf sağlar. CISC yapısının en çok kullanıldığı alan sinyal işlemede kullanılan DSP işlemcileridir.

EPIC Mimarisi

Çok uzun kelimeli bilgisayarlar, yazılımın paralelizme ilişkin kesin bilgi sağladığı mimari örneklerdir. Derleyici programdaki paralelliği tanımlar ve hangi işlemlerin bir başkasından bağımsız olduğunu belirterek donanıma bildirir. Bu bilgi, aynı çevrimde hangi işlerin başlatılabileceğiyle ilgili daha fazla denetim olmadan donanımla doğrudan değerlendirilir. EPIC tarzı mimari, VLIW tekniğinin geliştirilmiş bir modelidir denilebilir. Süperskalar işlemcilerin en iyi yönlerinin birçoğu EPIC felsefesine adapte edilmiştir. Çok belirgin RISC mimarileri olduğu gibi EPIC yapısı içinde bir komut kümesi mimarisinden fazlası vardır.

Intel 8086 Mikroişlemcisinin Özellikleri

8086 Intel tarafından geliştirilmiş, x86 mimarisi ’nin gelişmesine yol açan 16-bit mimarisinde bir mikroişlemci yongasıdır. 1976 yılı baharında başlanmış ve 1978 yılı yaz aylarında ilk çip piyasaya sürülmüştür. 1979 yılında piyasaya sürülen Intel 8088, daha ucuz ve az sayıda çevre bilimi kullanımına olanak veren, ayrıca IBM PC tasarımında kullanılan 8254 CTC; 8255 PIO ve 8259 PIC gibi 8080-ailesi çevre bilimleri ile uyumlu olacak şekilde 8-bitlik bir data bus eklenerek hafifçe modifiye edilmiş bir versiyondur. İlave olarak daha basit ve ucuz PCB tasarımı gerektirmekte ve daha az sayıda DRAM çipine gereksinim duymaktadır. Intel 8088 orijinal IBM PC tasarımında kullanılan işlemci olması özelliğiyle de kayda değerdir.

Adresleme Kipleri

Bir komut işlem kodu ve seçmeli olarak bir veriden oluşur. Beri ya da verinin adresi, ya bir neticenin yazılacağı hedef adresinden ya da yüklenecek verinin kendisinden oluşur. HC08 ailesi mikroişlemciler tek bir komut hariç, veri için tek bir etkin adres tanımlayan tek adres bilgisayardır. Örneğin, komutla 1000 adresli bellek gözündeki veri birikece yükleniyorsa, 1000 etkin adrestir. Adresleme kipi bu etkin adresin nasıl tanımlandığın belirtir ve işlem kodunun bazı bitlerinde saklı tutulur. Gerektiğinde komutun veri kısmında bulunan bilgi adresin belirlenmesine yarar. HC08 ailesi 7 değişik adresleme kipi kullanır.

1.       İçsel

2.       Hemen

3.       Genişletilmiş

4.       Doğrudan

5.       Dizinli veya İndeksli

6.       Göreceli

7.       İki Adresli

Mikroişlemci Programlama

Mikroişlemci, bir komut dizisini ardışıl olacak şekilde yerine getiren, dışarıdan sağlanan girdileri işleyip sonuçlarını aktaran sayısal bir elektronik cihaz olarak tanımlanabilir. Bir mikroişlemcide temel olarak bulunan mantık kapıları, flip-floplar, sayıcı ve saklayıcılar kullanılır. Günümüzde kullanılan teknolojik cihazların hemen hepsi bir şekilde bilgisayarla kontrol edilebilir durumdadır. Bunlar arasında öyle cihazlar var ki nerdeyse hepsi de günlük yaşamımızın bir parçası durumuna gelmişlerdir. Birkaç örnek verecek olursak akıllı telefonlar, tarayıcı ve faks makineleri, beyaz eşyalar ve dijital saat bunlar arasında gösterilebilir.

Veri Yapısı

Veri yapısı, bilgisayar ortamında verilerin etkin olarak saklanması ve işlenmesi için kullanılan yapı. Veri yapıları, verilerin düzenlenme biçimini belirleyen yapıtaşlarıdır. Bir yazılım değişkeni bile basit bir veri yapısı olarak kabul edilebilir. Değişik algoritmalarda verilerin diziler, listeler, yığıtlar, kuyruklar, ağaçlar ve çizgiler gibi veri modellerine uydurularak düzenlenmesi gerekebilir. Veri, yapı ve algoritma bir yazılımın birbirinden ayrılmaz bileşenlerdir. Algoritması hazırlanmış her yapı için verilerin düzenli bir şekilde kullanımı önemlidir. Çünkü yapı kurulduğunda, etkin, doğru, anlaşılır ve hızlı çalışıp az kaynak kullanan algoritma geliştirmek kolaylaşır.

DOS – BIOS İlişkisi

DOS

DOS, bilgisayarlar için ufak ve basit bir işletim sistemi türü olup, ana görevi disket ve sabit disk gibi saklama ortamlarının yöntemidir. Bilgisayarların diğer işlevleri; grafik, ses, yazdırma, ağda gezinme, bellek yönetimi, çoklu kullanıcı ve çoklu işlem özellikleri, DOS tarafından üstlenilebilir. Bu özellik ve görevler çeşitli kullanım yazılımlarının yardımı ile olur. DOS sistemleri 90’lı yılların ortasına kadar hemen hemen her PC’de işletim sistemi olarak görev yapmışlardır. Bugün çoğu alanda yerini grafik arabirimli işletim sistemleri almış ise de, DOS basit ve ufak oluşundan bir gömülü sistem olarak çeşitli kumanda ve denetleme sistemlerinde hayatını sürdürmektedir. DOS’un tarihi, bilgisayarların tarihiyle başlar ve çoğunlukla da pek hayırla anılmaz. Çünkü DOS’ta grafiksel bir kullanıcı arabirimi yoktur, her şey komutlarla ve çok sayıda parametre ile yapılır. DOS, tüm x86 tabanlı bilgisayarlarda çalışır. Çok görevli bir işletim sistemi olmayan DOS, grafik kullanıcı arabirimini kullanmaz. Üstünde kolay yazılması, bellek ve sabit diskte az yer kaplaması, kolay ve çabuk öğrenilmesi, düşük donanımlı bilgisayarlarda çalışması gibi avantajları olmakla birlikte, etkin bir bellek yönetiminin olmaması, eski teknoloji kullanması ve grafik kullanıcı arabirimi olmaması önemli kısıtlamalarıdır.

BIOS

BIOS, bilgisayarın ilk açılma işlevini yerine getiren yazılımdır. BIOS yazılımı bilgisayarda kuruludur ve bilgisayar açılırken bilgisayar tarafından işletilen ilk koddur. BIOS’un temel işlevi işletim sistemini yüklemek ve başlatmaktır; bilgisayarı diğer donanım ve yazılımların çalışmasına hazır hale getirmektedir. Bilgisayar başlatıldığında BIOS’ un ilk işi klavye, hard disk, CD/DVD sürücüsü, fare gibi sistem aygıtlarını tanımlamak ve kullanıma hazırlamaktır. BIOS yazılımı geçici olmayan ROM yongası üzerinde depolanır. Sistemin tamamlayıcı yonga setini oluşturan çeşitli aygıtların işleyişinin bilgisine sahip olması dâhil olmak üzere, BIOS yazılımı söz konusu sistemin belirli tipi ile çalışması için özel olarak dizâyn edilmiştir. Modern bilgisayar sistemlerinde, BIOS yazılımının yükseltilmesine izin verecek şekilde yeniden yazılabilir.

Disk Organizasyonu

İkincil bellek olarak kullanılan bir disk veya disket kullanılmadan önce kullanıma hazır hale getirilmesi gerekir. Bu işleme format adı verilir. Bir disketin ilk kullanıma hazırlanması arasında fark vardır. Format işlemine geçmeden önce bilinmesi gereken en önemli şey disketinizin ve disketinizi kullanacağınız disk sürücünüzün hem birbirleri ile fiziksel olarak uyuşması hem de kullanılabilir depolama alanı olarak uyuşması gerekir. Sabit disklerde ise durum farklıdır. Günümüzde satıcıdan alınan bir bilgisayarda genellikle standart olarak 1.2 GB kapasiteli bir disk ve 1.44 MB kapasiteli bir disket sürücü takılı olarak gelmektedir. Sabit disklerin kapasiteleri 20 MB-DOS olacak ise bilgisayarı kullanıma hazır hale getirmek için işletim sisteminin kurulumunu yapmak gerekir.