Mikroişlemci, ALU (Aritmetik Mantıksal Ünite) işlemlerini gerçekleştirebilen ve kendisine bağlı diğer cihazlarla iletişim kurabilen küçük bir yonga üzerinde üretilmiş mikro bilgisayarın kontrol birimidir. Mikroişlemci bir ALU, kayıt dizisi ve bir kontrol ünitesinden oluşur. ALU, bellekten veya bir giriş cihazından alınan veriler üzerinde aritmetik ve mantıksal işlemler gerçekleştirir. Kayıt dizisi B, C, D, E, H, L ve akümülatör gibi harflerle tanımlanan kayıtlardan oluşur. Kontrol ünitesi, bilgisayardaki veri akışını ve talimatları kontrol eder.
Bir Mikroişlemci Nasıl Çalışır?
Bir mikroişlemci şu sıralamayı izler: Al, Kod Çöz ve Çalıştır. Başlangıçta, talimatlar hafızaya sırayla kaydedilir. Mikroişlemci bu talimatları bellekten alır, daha sonra şifresini çözer ve STOP komutuna ulaşılıncaya kadar bu talimatları uygular. Daha sonra, sonucu ikili olarak çıktı portuna gönderir. Bu işlemler arasında, kayıt defteri geçici olarak veri depolar ve ALU hesaplama fonksiyonlarını yerine getirir. Bir Mikroişlemcide Kullanılan Terimler Listesi Aşağıda, bir mikroişlemcide sık kullanılan terimlerden bazıları listelenmiştir:
· Komut Seti: Mikroişlemcinin anlayabileceği komut setidir.
· Bant genişliği: Tek bir komutta işlenen bit sayısıdır.
· Saat Hızı: İşlemcinin yapabileceği saniye başına işlem sayısını belirler. Megahertz (MHz) veya gigahertz (GHz) olarak ifade edilir. Saat Hızı olarak da bilinir.
· Kelime Uzunluğu: Dahili veri yolu, yazmaç, ALU, vb. Genişliğine bağlıdır. 8 bitlik bir mikroişlemci bir seferde 8 bitlik verileri işleyebilir. Kelime uzunluğu, mikro bilgisayarın türüne bağlı olarak 4 bit ila 64 bit arasında değişmektedir.
· Veri Tipleri: Mikroişlemci, ikili, BCD, ASCII, imzalı ve imzasız numaralar gibi çoklu veri tipi formatlarına sahiptir.
Mikroişlemcinin Özellikleri
Bir mikroişlemcinin en belirgin özelliklerinden bazılarının listesi şöyle:
· Uygun maliyetli: Mikroişlemci yongaları düşük fiyatlardan temin edilebilir ve düşük maliyetle sonuçlanır.
· Boyut: Mikroişlemci küçük boyutlu bir yongadır, dolayısıyla taşınabilir.
· Düşük Güç Tüketimi: Mikroişlemciler, düşük güç tüketimine sahip metal oksit yarı iletken teknolojisi kullanılarak üretilmiştir.
· Çok yönlülük: Mikroişlemciler çok yönlüdür, çünkü aynı programı birçok programda yazılım programını yapılandırarak kullanabiliriz.
· Güvenilirlik: Bir IC’nin mikroişlemcilerdeki başarısızlık oranı çok düşüktür, bu nedenle güvenilirdir.
Mikroişlemcilerin Mimarileri
RISC İşlemci
RISC, Azaltılmış Komut Seti Bilgisayarı anlamına gelir. Bilgisayarın talimat setini basitleştirerek yürütme süresini azaltmak için tasarlanmıştır. RISC işlemcileri kullanarak, her komut tek tip uygulama süresi içinde sonuçları çalıştırmak için sadece bir saat döngüsü gerektirir. Bu, daha fazla kod satırı bulunduğundan verimliliği azaltır, bu nedenle talimatları saklamak için daha fazla RAM gerekir. Derleyici, üst seviye dil talimatlarını makine koduna dönüştürmek için daha fazla çalışmalıdır.
RISC işlemcilerine örnekler:
· Power PC: 601, 604, 615, 620
· DEC Alpha: 210642, 211066, 21068, 21164
· MIPS: TS (R10000) RISC İşlemci
· PA-RISC: HP 7100LC
RISC’ın Özellikleri:
· Basit talimatlardan oluşur.
· Çeşitli veri tipi formatlarını destekler.
· Boru hatları için basit adresleme modları ve sabit uzunluk talimatlarını kullanır.
· Herhangi bir bağlamda kullanmak için kayıt destekler.
· Bir döngü yürütme süresi.
· “LOAD” ve “STORE” komutları hafıza konumuna erişmek için kullanılır.
· Daha fazla sayıda kayıttan oluşur.
· Daha az sayıda transistörden oluşur.
CISC İşlemci
CISC, Karmaşık Komut Seti Bilgisayarı anlamına gelir. Program başına komut sayısını en aza indirecek ve komut başına döngü sayısını göz ardı edecek şekilde tasarlanmıştır. Vurgu, doğrudan donanıma doğrudan karmaşık talimatlar oluşturmaktır. Derleyici, üst seviye bir dilin montaj seviyesi diline (makine kodu) çevrilmesi için çok az çalışma yapmak zorundadır çünkü kodun uzunluğu nispeten kısadır, bu nedenle talimatları saklamak için çok az RAM gereklidir.
CISC İşlemcilerinden bazıları:
· IBM 370/168
· VAX 11/780
· Intel 80486
CISC Mimarisi
Mimarisi, bellek maliyetini düşürmek üzere tasarlanmıştır, çünkü daha büyük programlarda daha fazla belleğe ihtiyaç duyulur ve bu da daha yüksek bellek maliyeti sağlar. Bunu çözmek için, program başına komut sayısı, işlem sayısı tek bir komut içerisine gömülerek azaltılabilir.
CISC’nin Özellikleri
· Adresleme modlarının çeşitliliği.
· Daha fazla talimat sayısı.
· Öğretim biçimlerinin değişken uzunluğu.
· Bir talimatı uygulamak için birkaç döngü gerekebilir.
· Talimat-kod çözme mantığı karmaşıktır
· Birden fazla adresleme modunu desteklemek için bir talimat gerekir.
Özel İşlemciler
Bunlar, bazı özel amaçlar için tasarlanmış işlemcilerdir. Özel işlemcilerden birkaçı kısaca tartışılıyor:
Yardımcı İşlemci
Bir işlemci, sıradan mikroişlemciden çok daha hızlı bir şekilde kendi işlevini yerine getirebilen özel olarak tasarlanmış bir mikroişlemcidir.
Örneğin:
Matematiksel İşlemci. Bazı Intel matematik işlemcileri:
· 8087-8086 ile birlikte kullanılır
· 80287-80286 ile birlikte kullanılır.
· 80387-80386 ile birlikte kullanıldı.
Giriş / Çıkış İşlemcisi
Minimum CPU katılımı ile I / O cihazlarını kontrol etmek için kullanılan yerel bir belleğe sahip, özel olarak tasarlanmış bir mikroişlemcidir. Örneğin:
· DMA (doğrudan Bellek Erişimi) denetleyicisi
· Klavye / fare denetleyicisi
· Grafik ekran denetleyicisi
· SCSI bağlantı noktası denetleyicisi
Transputer (Transistör Bilgisayarı)
Bir alıcı, kendi yerel hafızasına sahip ve işlemciler arası iletişim kurmak için bir alıcıyı başka bir alıcıya bağlamaya yarayan bağlantıları olan özel olarak tasarlanmış bir mikroişlemcidir. İlk kez 1980 yılında Inmos tarafından tasarlandı ve VLSI teknolojisinin kullanılması hedefleniyor. Bir verici, tek bir işlemci sistemi olarak kullanılabilir ya da yapım maliyetini düşüren ve performansı artıran dış bağlantılara bağlanabilir.
Örneğin:
16 bit T212, 32 bit T425, kayan nokta (T800, T805 ve T9000) işlemciler.
DSP (Dijital Sinyal İşlemcisi)
Bu işlemci, analog sinyalleri dijital bir forma sokmak için özel olarak tasarlanmıştır. Bu, voltaj seviyesini düzenli zaman aralıklarında örnekleyerek ve o andaki voltajı dijital forma dönüştürerek yapılır. Bu işlem, dijital dönüştürücü, A’dan D’ye dönüştürücü veya ADC’ye analog adı verilen bir devre ile gerçekleştirilir.
Bir DSP aşağıdaki bileşenleri içerir:
· Program Belleği: DSP’nin verileri işlemek için kullanacağı programları saklar. ·
· Veri Belleği: İşlenecek bilgileri saklar.
· Hesaplama Motoru: Programa program hafızasından ve veri hafızasından gelen verilere erişerek matematiksel işlemleri gerçekleştirir.
· Girdi / Çıktı: Dış dünyaya bağlanır.
Uygulamaları:
· Ses ve müzik sentezi
· Ses ve video sıkıştırma
· Video sinyal işleme
· 2D ve 3d grafik ivmesi.
Örneğin: Texas Instrument’ın TMS 320 serisi, örneğin, TMS 320C40, TMS320C50