MİkroİŞlemcİ Nedİr

+ Yorum Gönder
Elektronik ve Elektronik Bölümü Bölümünden MİkroİŞlemcİ Nedİr ile ilgili Kısaca Bilgi
  1. 1
    Mattet
    Usta Üye
    Reklam

    MİkroİŞlemcİ Nedİr

    Reklam



    MİkroİŞlemcİ Nedİr

    Forum Alev
    - MİKROİŞLEMCİ NEDİR Bir bilgisayarın en önemli parçası Mikroişlemcisidir. Hiçbir bilgisayar mikroişlemci olmadan çalışamaz. Bu nedenle Mikroişlemci için bilgisayarın beyni ifadesi kullanılmıştır.
    Çok küçük hacme sığdırılmış tek cip�ten oluşan elektronik işlem elemanlarıdır.
    Mikroişlemci bilgisayarlarda aritmetik ve mantık işlemlerinin yapıldığı ve bunların denetlendiği merkezdir. Bilgisayar sistemindeki tüm donanımı denetler. Dorudan veya dolaylı olarak ana devre kartı üzerindeki tüm parçalarla bağlantı halindedir. Bütün birimler buradan yönetilir. Bir bilgisayarın sınıfını belirleyen entegre devre mikroişlemcisidir. İşlemcinin performansını belirleyen en önemli etken onun saat frekansıdır. Saat frekansı 1 Mhz olan bir işlemci 1 saniyede 1.000.000 adet darbe üretir. Buda o işlemcinin bir işi saniyede bir milyon defa yapabildiği anl----- gelir. Örneğin Pentium II 350 işlemcisi bir işi saniyede 350.000.000 defa yapabildiği anl----- gelir.
    Mikroişlemciler 4 Bitten 64 Bite kadar olan verileri kolaylıkla ve hızlı bir şekilde işlerler.
    Mikroişlemcilerin Gelişimi
    İlk Mikroişlemci 1971 yılında Intel tarafından 4004 adıyla üretildi. Bu işlemci 4 Bitlik bir işlemciydi.
    1974 yılında Intel 8 Bitlik 8080 adını verdiği mikro işlemcisini üretti. Bu işlemcisinin içinde 5000 Adet transistör bulunmakta idi. Bu tarihten sonra ıntelde çalışan bazı mühendisler ayrılarak Zilog firmasını kurarak Z-80 adını verdikleri mikro işlemciyi ürettiler.
    1975 ile 1993 yılları arasında Intel sırasıyla 8085, 8088, 80186, 80286, 80386 ve Pentium adını verdiği mikroişlemcileri üretti.
    1995 yılında Intel 150 ve 200 MHz hıza sahip Pentium Pro işlemcilerini üretti. Bunların içerisinde 5.500.000 adet transistör bulunmaktadır.
    1997 yılında Pentium MMX ve Pentium II adını verdiği ve hızları 166, 200, 266 ve 300 MHz lik işlemcileri üretti. 1998 de ise 400 ve 700 MHz lik işlemciler üretildi.
    Günümüzde ise işlemci hızları 1 Giga Hz ve 1,4 Giga Hz gibi çok büyük rakamlara ulaştı. Halen de mikroişlemci üreten firmalar müthiş bir hız yarışı içindeler.
    Mikroişlemciler Türleri
    Mikroişlemcilerin tür ayrımı aynı anda işleyebildiği bit sayısına göre yapılır. Bunlar 8, 16, 32 64 bit�lerdir.
    Pentium Tabanlı Mikroişlemciler
    Pentium : 64 Bitlik veriyolu sayesinde 486 kodlu işlemcilere göre çok daha yüksek performansa sahiptir. 8 Kb komut ve 8 Kb veri içeren ön belleğe sahiptir.

    Pentium Pro : Bu işlemcinin mimarisi Pentiumlardan oldukça farklıdır.32 Bitlik programlarda pentiuma göre iki kat daha performanslıdır.









    Pentium MMX : Bu işlemcilerin içinde 16 Kb komut ve 16 Kb veri içerebilen ön belleği bulunmaktadır. Daha düşük gerilimle çalıştığı için ısınma sorunları daha azdır. En büyük özelliği multimedya uygulamalarını hızlandıracak bir çok yeni komut içermesidir.
    Pentium II : Bu işlemci Pentium Pro ile aynı mimari yapıya sahiptir. İlave olarak MMX teknolojisi ile 16 Bit uyumu eklendiğinden gücü hayli yüksektir. Ana karta Dik olarak takılırlar.
    Mikroişlemci çeşitleri
    1995 yılından bu yana üretilmekte olan AMD işlemcisi 200 Mhz lik frekans sınırını; Cyrix de 200 ve 233 Mhz lik işlemcileri ile Intelin 200 Mhz sınırını aşan işlemciler arasında yer aldılar. Intel ile birlikte bu üç kuşak işlemci üreticisi benzerliklerine rağmen bazı farklılıklara sahiptir.
    AMD nin K6 işlemcisi üzerinde 8,8 milyon transistör bulunmaktadır.
    Tanımlamalar
    Bit : Bilgisayarlar iki tabanlı saya sistemindeki 1 ve 0 esasına göre çalışırlar. Yani sadece 1 ve 0 durumlarını tanıyabilirler. Enerji ya vardır yada yoktur. Bunun üçüncü bir ihtimali yoktur. Buna göre gerilimin olduğu durum bilgisayarlar tarafından 1 , gerilimin olmadığı durum ise bilgisayarlar tarafından 0 kabul edilir.
    İşte bu 0 ve 1 lere bilgisayar dilinde Bit denir
    Bilgisayarı çalıştırabilmek için bu Bit�lerin Makine Dili adı verilen belirli bir kodlama ile yan yana sıralanarak elektronik devreleri etkilemesi gerekir.
    Makine Dili : Yukarıda belirtildiği gibi bilgisayar elektronik devreleri sadece 1(Gerilim Var) ve 0 (Gerilim Yok) işaretleriyle çalıştırmaktadır.
    Bu nedenle ilk dönemlerde programlar 1 ve 0� lar ile hazırlanıyordu.
    Bundan dolayı makineyi etkileyen program için Makine Dilinde Program deyimi kullanılmıştır.
    Daha sonra makine dilinde program hazırlamanın zorluğu nedeniyle �Mnemonic� adı verilen kısaltmalarla program hazırlama yoluna gidilmiştir. Bu tür programların oluşturduğu dile de ASSEMBLY DİLİ denmiştir.
    Kodlama : Bilgisayarlarda kodlama 0 ve 1 Bitlerinin konulmuş bazı özel veya uluslar arası kurallara göre belirli sayıda yan yana dizilmiş halidir.
    Kodlama yukarıda belirtilen çeviri programları ile yapılmaktadır. Çeviri programı kaynak programı Makine Diline çevrilmesini sağlamaktadır.
    Kodlama Sistemleri : Daha önce belirtildiği gibi tuşlara basıldıkça veya herhangi bir yolla bir program veya veri girildiğinde her bir harf, rakam veya işaretin karşılığı olan belirli bir 0 ve 1 Kod düzeni yani makine dili ile gerekli program veya veri belleğe kaydedilir. Bu kod düzeni dünyaca kabul edilmiş olan kodlama sitemlerine uygun olarak gerçekleştirilir.
    Byte : 8 Bitten oluşan diziye Byte adı verilir. 1 Byte = 8 Bit







    Word : Makine dilini oluşturan 4,8,16,32,64 Bitlik dizinlere Word(Kelime) adı verilmiştir.Bir bilgisayarın gücü mikroişlemcisinin kapasitesiyle ölçülür. Bir mikroişlemci aynı anda ne kadar çok Bit�lik kelimeyi işleyebiliyorsa kapasitesi o kadar büyüktür.
    Örneğin 8 Bitlik bir mikroişlemcinin işlem kapasitesi 4 Bitlik bir mikroişlemciye göre iki misli fazladır. 16 Bitlik bir mikroişlemci 4 Bitlik bir işlemciye göre işlem kapasitesi dört kat büyüktür.
    2000 Byte lık bir bilgiyi 8 bitlik bir mikroişlemci 2000 Kelime(Word) olarak işler. $ Bitlik bir işlemci ise 4000 Kelime olarak işler. Yani 8 Bitlik işlemciye göre iki kat daha geç zamanda işler.

    Bit � Byte �KiloByte � MegaByte � GigaByte
    1 Bit = 8 Byte
    1KB = 1024 Byte
    1MB = 1024 KB
    1GB = 1024 MB
    5000 MB = 4.88 GB
    2000 KB = 1,95 MB































    2- MİKROİŞLEMCİNİN İÇ YAPISI
    Hangi mikroişlemci olursa olsun temel yapısı şu bölümlerden oluşmaktadır.
    1. İletişim Yolları
    2. Kaydediciler ve Sayıcılar
    3. Aritmetik mantık Birimi (ALU)
    4. Kontrol Birimi
    5. Giriş Çıkış tampon Devreleri
    Yukarıda sıralanan bölümlere ait devre yapıları mikroişlemciden mikroişlemciye bazı değişiklikler göstermektedir.
    1 İLETİM YOLLARI
    İletim yolları mikroişlemciden başlayarak bilgisayar devre bağlantılarını sağlayan iletkenlerdir. İletim yolları bellekteki bir konumdan bir değer okumak veya bu konuma değer yazmak için amacıyla bellek birimi ve giriş çıkış birimi arasındaki iletişimde kullanılır. Bunlardan bir kısmı tek iletkenlerden oluştuğu halde çoğunluk kısmı taraklı kablo veya baskı devre şeklindeki yan yana dizilmiş izoleli çoklu iletkenlerden oluşmuştur.
    Bu çoklu iletkenlere görüntüsünden dolayı yol adı verilmiştir.
    İletim yolları şu üç gruba ayrılır.
    1. Veri Yolları
    2. Adres Yolları
    3. Kontrol Yolları

    Aşağıda bir mikroişlemcinin iletim yolları gösterilmiştir.












    Veri Yolları
    Veri yolları gerek bilgisayarın giriş birimlerinden gelen önbilgi ve komutların, gerekse de bilgisayar içerisinde işlem görmekte olan ve işlem görmüş bilgilerin ve komutların iletildiği iletim yollarıdır. Bu nedenle veri yollarından iki yönlü çalışma için yararlanılır.
    Veri yolları birbirine paralel izole edilmiş çoklu iletkenlerden oluşur. Mikroişlemci bu iletkenler aracılığı ile bilgisayarın ana belleğine ulaşır ve bir programın makine komutlarını okur. Ayrıca mikroişlemci bu yolla ana bellekte saklanan veriyi okuyabilir, değiştirebilir yada taşıyabilir. İletken sayısı kullanılan mikroişlemcinin tasarımına bağlı olarak 4, 8, 16, 32, 64 olabilmektedir.
    Daha önceki konularda da açıklandığı gibi mikroişlemci kapasitesini tanımlarken bu iletken sayısına göre tanım yapılmaktadır. 8 Bitlik, 16 Bitlik mikroişlemci gibi.
    Her iletken işlem sırasında 0 veya 1 bitlerinden birini taşımaktadır. Bu 0 ve 1 bitlerinin sıralanışı belirli kodlama sistemlerine göre olmaktadır. Böylece makine dili oluşmuştur.
    Veri hatları genelde 8 hattan oluşur. Mikro işlemci ile sistemin diğer bileşenleri arasında bilgi taşıma işlevini yerine getirir. Aynı zamanda bu hatlar üzerinden dış devreye bilgi yollanabilir veya alınabilir. Veri yolu bilgisayardaki merkezi iletişim sistemidir. Bu nedenle veri yolu sistemin performansında önemli bir etkiye sahiptir. 286, 386SX sistemlerinde 16, 386DX ve 486 sistemlerinde de 64 Bitlik veri yolu kullanılmaktadır.
    Bir mikroişlemcinin veri genişliğini değiştirmemiz mümkün değilse de veri yolu sisteminin frekansını artırmak mümkündür. BIOS ayarları ile birkaç veriyolu frekansı içinden seçim yapılabilir.
    Genişletme yuvaları veri yolu sistemine erişim amacıyla kullanılan soketler olarak tanımlanabilir. Veri yolu tipleri;
    • ISA veri yolu
    • MCA veri yolu
    • EISA veri yolu
    • VESA veri yolu
    • PCI veri yolu
    Adres Yolları
    Adres yolları mikroişlemci ile Bellek ve Giriş Çıkış kapıları arasındaki iletişimin hangi bellek gözü veya giriş çıkış kapısı ile yapılacağının belirlenmesini sağlayan bağlantı yollarıdır. Kısaca mikroişlemci tarafından hafızadan seçilecek bilginin bulunduğu yerin adresini taşıyan yoldur. Adresler bellekteki veri parçasının konumunu gösterir. Adres yolları bilgisayar kapasitesine göre değişen çoklu iletkenlerden oluşur. Adres yolu iletkenleri ya baskıdevre üzerinde yada taraklı izoleli kablolardan oluşur.











    Adres yolu iletken sayısı mikroişlemcinin adresleyebileceği bellek gözü veya giriş çıkış kapısı sayısını belirler. Adresleme kapasitesi özellikle bellek kapasitesini belirler.
    İlk çıkan mikroişlemcinin adres yolu 4 iletkenli idi .
    4 iletkenli bir adres yolu ile ;
    24=16 adet bellek gözü adreslenebiliyordu.
    Bu adet 0 veya 1 bitlerinin dörtlü kombinasyonu suretiyle oluşturulan farklı sayı kadardır.
    32 iletkenli bir adres yolu ile;
    232 =4,294,967,296 adet bellek gözü adreslenebilir.
    Her bir bellek gözünün 1 Byte( 8 Bit9 olduğu düşünülürse 32 bitlik adres yolu ile yaratılabilecek bellek kapasitesi 4.3 Gb olacaktır
    Kontrol yolları
    Kontrol hatları mikroişlemci içerisindeki birimler arasında ve mikroişlemci ile çevre birimleri arasında uyumlu çalışmayı sağlamak için kontrol sinyallerini taşıyan iletkenlere kontrol hatları denir. Mikro işlemcinin dış ortamla ilişki kurarak bazı işlemleri gerçekleştirebilmesi için kontrol sinyallerini taşıyan iletkenlere ihtiyacı vardır.
    Örneğin hafızadan seçilecek bir gözü ele alalım. Bu göze bilgi isteğe bağlı olarak ya yazılacaktır yada o gözdeki bilgi okunacaktır. Yani her iki işlem aynı anda gerçekleştirilemeyeceğinden bir kontrol sinyaline gerek vardır. Bu kontrol sinyalini iletebilmek içinde bir hat kullanılır. Bu hatta kontrol hattı denir.






























    2 KAYDEDİCİLER VE SAYICILAR
    KAYDEDİCİLER
    Gerek mikroişlemci içerisindeki gerekse mikroişlemci ile diğer devreler arasındaki işlemleri destekleyen devrelerdir. Mikroişlemci içinde meydana gelen en yaygın işlem ikilik bilgiyi bir kaydediciden diğerine aktarmaktır. Bir mikroişlemcinin içerdiği kaydedicilerin adetleri ve tipleri onun yapısının anahtar unsurları olarak kabul edilir. Farklı mikroişlemcilerin kaydedici yapıları üreticiden üreticiye değişir. Bununla beraber çeşitli kaydedicilerin yerine getirdikleri temel fonksiyonlar bütün mikroişlemcilerde aynıdır. Bunlar verileri, adresleri, talimat kodlarını ve çeşitli merkezi işlem birimi işlemlerinin durumu üzerindeki bilgiyi depolamak için kullanılır.
    Temel yapısında D ve J-K flip-flop�lardan oluşur. Kaydediciler iki grupta incelenebilir.
    1- Genel amaçlı kaydediciler.
    2- Özel Amaçlı Kaydediciler.
    Genel Amaçlı Kaydediciler
    Genel amaçlı kaydediciler tek tek çalıştırılıp 8 bit�lik kaydediciler olarak kullanılabildikleri gibi, ikişer - ikişer çalıştırılıp 16 bit�lik kaydediciler halinde de kullanılabilmektedir. Bu durum uygulanan programa bağlı olarak ayarlanır. Bilgisayarın çalışması sırasında, Mikroişlemci ile Bellek ve I/O kapıları arasındaki bilgi alış verişlerinin muhtelif safhalarında, bilginin geçici olarak depolanması için kullanılırlar.
    Böylece her işlemde Ram ana belleğe kadar gitme gereksinimini azaltmış olurlar. Dolayısıyla daha hızlı çalışma olanağı yaratılmaktadır.
    Özel Amaçlı Kaydediciler
    1- Talimat Kaydedicisi
    Bilgisayar tarafından tanımlanan adresle, hafızadan okunan komut, bir talimat kaydedicisine kaydedilir. Bu komutun belli bir sayıdaki bitler topluluğu çalıştırma kodunu oluşturur. Daha sonra bu kod, bir kod çözücü devresi tarafından çözülür ve execute (çalıştır fazı) anında yapılması gereken işlemler gerçekleştirilir. Mikroişlemcinin kelime uzunluğu neyse talimat kaydedicisinin de uzunluğu odur.
    2- Program Sayıcısı
    Yazılan programlar sıralı bir şekilde hafıza gözlerine yerleştirilir. Her hafıza gözü bir adresle tanımlanır. Bu adresin bulunduğu kaydedici program sayıcısı olarak adlandırılır. Program sayıcının tanımladığı adresteki komut hafızadan alındıktan sonra mikroişlemci sayıcıyı bir artırır. Yani bundan sonra kullanılacak komutun adresine getirir.
    3- Veri Adres Kaydedicisi
    Merkezi işlem biriminin hafızadan okuduğu yada hafızaya yazdığı
    Verinin adresini tutmak için kullanılır.








    4- Akümülatör
    Merkezi işlem birimi , mikroişlemcinin türüne göre bir yada iki adet bağımsız Akümülatör içerir. Akümülatör aritmetik ve mantık işlemlerinin sonuçlarını saklayan ve AMB tarafından yerine getirilen işlemlerin çoğuna katılan bir kaydedicidir.
    5- Gösterici Kaydedicisi
    Bellek alanı içinde herhangi bir satıra ulaşmayı sağlayan bir adresleme kaydedicisidir.
    6- İşlemci Durum Kaydedicisi
    Bu kaydedici mikroişlemci tasarımları tarafından tayin edilmiş farklı anlamlardaki bireysel bitleri içermektedir. Bu bitler flags (bayraklar) olarak adlandırılır. Her bir bayrak belirli bir işlem durumunu göstermek için kullanılır.
    7- Yığın Göstericisi
    Yığın göstericisi , alt programlara atlandığında bu atlamadan önceki program sayıcısının içeriğini saklayan ve böylece atlanan yere geri dönüşü sağlayan bellek alanıdır.
    Kaydedicilerde ve Sayıcılarda Elektronik Devre Yapıları
    Kaydedicilerin ve Sayıcıların temel devre yapıları Flip-Flop�lardan oluşmaktadır. Sayıcılarda bir sayma ve zamanlama işlevi de bulunduğundan Flip-Flop�lar zincirleme çalışmaları ve gerektiğinde kayma (shifting) işlemlerini yerine getirmeleri gerekir.
    Kaydedici ve Sayıcı Devre Elemanları LATCH ve FLIP-FLOP�lar
    Latch (kilit) ve Flip-Flop devreleri yapı ve özellik bakımından birbirine benzerler ikisi de girişine verilen darbeli gerilim Puls karşılığında çıkışında daha değişik darbeli gerilim veren darbelerdir. Yani ikisi de Lojik0 ve Lojik1 olarak çalışan ve kaydedici özelliği gösteren devrelerdir.
    Kilit Devreleri
    1- Ve Değil Kilit Devresi (Nand Latch)

    _
    S o Q

    _ _
    R o Q a)





    S-L
    Q

    _
    R-L Q

    Function
    S R
    Q Q
    Invalid
    Set
    Reset
    Latch
    1. 0
    1. 1
    2. 0
    1 1
    . .
    1 0
    1. 1
    Q Q
    b)


    S R
    Q _ Q c)
    Doğruluk tablosunda görüldüğü gibi S=0 R=0 hali geçersizdir normalde 1 Nand devresi girişlerinden herhangi biri �0� ise çıkışı �1� olur.
    Burada S=0 R=0 iken q Invers (Q Değil) aynı anda bir olması gerekli bir durum olmaktadır. Ki buda Invers tanıma uygundur.
    Çalışması
    Başlangıç anında S1 ve R1 iken Q çıkışı 0�dır. Bir an için S�0� yapılırsa Q çıkışı �1� olur ve öylece kilitli kalır. Ta ki R girişi de biran için �0� yapılıncaya kadar.








    2- Enable Girişli Kilit Devresi (RS Latch)

    S-H Q Enable
    H
    _
    Q R-H


    G S R
    Q Q
    0 X X
    1 0 0
    1 0 0
    1 1 0
    1 1 1
    Q Q
    Q Q
    0 1
    1 0
    . .

    Ve Değil kilit devresinin iki sakıncası vardır.
      1. İki girişin birden �0� olmasına dikkat etmek gerekir.
      2. Devre Asenkron bir devredir yani kontrolsüz çalışır.
    Bu sakıncaları gidermek için işlerlik (Enable) kontrolü girişi bulunan bir devre
    daha uygundur.
    Bu devreler S ve K girişleri ne olursa olsun �G� girişi �0� ise Nand devresinin çıkışı daima �1� olur. �Q ve Q� konumunu korur. Ancak �S ve R� girişleri çıkışı etkileyebilmektedir. Bu devrelerinde sakıncası girişlerin üçünün de bir olması halinde belirsizliğin bulunması.











    D Latch Devresi


    D Q S
    _
    G Q


    D G
    Q Q
    X O
    0 1
    1 1
    Q Q
    0 1
    1 0


    D Q _
    G Q

    Normal bir GSR girişli kilit devresinde girişlerin üçünün de bir olması belirsizlik durumunu ortaya çıkarır. Bu sakıncayı ortadan kaldırmak için S ve R girişleri arasında bir Değil (Nat) devresi konur. Doğruluk tablosundan da görüldüğü gibi �G� kontrol girişi �1� olduğu sürece �G� çıkışı �D� girişini takip eder. Ancak �G� girişi �Q� veya düşük(Low) olduğunda devre kilitlenmektedir. �G� Enable girişine bazılarınca Strabe (İşlemci), bazılarınca Gate (Kapı) denilmektedir.
















    Flıp-Flop Devreleri
    D Flip-Flop�da Enable terimi yerine saat (Clock) terimi kullanılmaktadır. Ayrıca �D� Flip-Flop sisteminde Data (D) girişi ancak saat (Clock) darbelerinin pozitife geçişi anında �Q� çıkışına ulaşabilmektedir. Saat (Clock) darbelerinin yükselişi anında �D� girişi �1 veya Q� ise �Q� çıkışı da �1 veya Q� olmaktadır.
    D Flip-Flop�un diğer bir özelliği Clear�dır. (Clr) girişi �Q� (L) iken �Q� çıkışı (L), �q� değil çıkışı (L)�dir. Clr �Q� iken diğer girişlerin çıkışa herhangi bir etkisi yoktur.

    Vcc 4 Q 4 Q 4 D 3 D 3 Q 3Q CLOCK
    16 15 14 15 13 12 11 10 9

    1 2 3 4 5 6 7 8
    GND
    CLEAR


    a)











    INPUTS
    OUTPUTS
    RESET/
    CLEAR CK D
    _
    Q Q
    H I H
    H I L
    H H X
    H L X
    L X X
    H L
    L H
    Q Q
    Q Q
    L H
    b)
    CLR 1 CLK 1D 9 2 1Q 3 1Q 7 2Q 2D 4 6 2Q 10 3Q 3D 12 11 3Q 15 4Q 4D 13 14 3Q c)

























    SAYICILAR
    Sayıcılar ise işlemi yapılacak olan komut ve verilerin adreslerini belirlemektedir. Temel yapısı J-K flip-flop�lardan oluşur.
    Sayıcıların Elektronik Devre Yapıları
    Sayıcıların Kullanım Alanları
    1. Program Sayıcı (Programs Counters)
    2. Decoder (Kod Çözücü)
    3. Dijital saat
    4. Elekronik Ork
    5. Frekans Sayıcı
    Asenkron Sayıcı
    İç yapısı J-K ve D Flip-Flop�lar gibidir. Uygulama dış bağlantı ile sayıcı haline dönüştürülür.



    CK

    J � K TİPİ FLIP-FLOP D TİPİ FLIP-FLOP

    Şekilde görüldüğü gibi ya J-K Flip-Flop�da girişleri birleştirilip kaynağa (+5V) bağlanarak, yada �D� Flip-Flop�da �Q� değil çıkışı �D� girişine bağlanarak bir Asenkron sayıcı oluşturulur.
    Asenkron Sayıcı Uygulama Alanları
    Selector ve Decoder devrelerden yararlanılır. Elektronik Ork, Dijital Alarm saati; Endüstriyel iş tezgahı çalışmalarının zamanlandırılması, trafik lambaları vb. yerler.









    Asenkron Sayıcıların Sakıncaları
    En büyük sakıncası gecikmeli olmasıdır. Flip-Flop hatlarının seri çalışmaları nedeniyle geçişler gecikmeye neden olur.
    Senkron Saycılar
    Senkron sayıcılarda bütün Flip-Flop devrelerine aynı anda saat darbeleri verilmektedir. Bu nedenle bütün çıkışlarda da aynı anda çıkışmaktadır yani saat ile Flip-Flop senkron olarak çalışır dört gruba ayrılır.
    1. Yukarı Sayacı (Binary Up Counter)
    2. Aşağı Sayıcı (Binary Down Counter)
    3. Aşağı Yukarı Sayıcı (Up/Down Counter)
    4. Çevrimsel Sayıcı (Ring Counter)






































    3 ARİTMETİK VE MANTIK BRİMİ (ALU)
    Mikro işlemcinin birinci derecede önem taşıyan birimidir. Nasıl ki mikroişlemci için bilgisayarın beyni tabiri kullanılıyorsa Aritmetik ve mantık birimi içinde mikroişlemcinin kalbi tabiri kullanılabilir. Mikro işlemcinin işlem gücü ALU Aritmetik ve Mantık Birimi belirlemektedir. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte Aritmetik Mantık Birimi de hacim olarak küçülmekte, daha değişik işlemleri yapabilmekte ve hızları artmaktadır.
    Aritmetik mantık birimi başlangıçta yalnızca toplama ve çıkarma yapabilirken, giderek çarpma, bölme ve bilimsel işlemleri yapabilecek düzeye gelmiştir.
    AMB nin yapabildiği işlemler iki grupta toplanır.
    1- Aritmetiksel işlemler
    Dört işlem dışındaki matematiksel işlemler, programa bağlı olarak, daha gelişmiş bilgisayarlarda dört temel işlemden hareket edilerek yerine getirilmektedir.
    Bütün bu işlemler teknolojik yapısı değişik Kapı ve Flip-Flop�lardan oluşan bir sistem tarafından yürütülmektedir.
    2- Mantıksal işlemler
    Aritmetik � lojik işlem biriminin (ALU) ikinci önemli görevi Mantıksal işlemlerdir.
    Mantıksal işlem ikili sayılarda muhakeme prensibine bağlı olarak yapılan işlemlerdir.
    Mantıksal işlemler ikiye ayrılır.
    1. Boole Cebri kullanılarak yürütülen mantıksal işlemler.
    • Mantıksal çarpmaAND (ve) işlemi
    • Mantıksal toplamaOR (veya) işlemi
    • Özel Veya XOR işlemi
    • DeğilNOT işlemi
    1. İlişki (Kıyaslama) işlemlerinin mantıksal esasa uyup uymadığının kontrolü için yapılan Mantıksal işlemler.
    = , =< , => , <> gibi
    Aritmetik Mantıksal Biriminin İşlevi ve Yapısı
    Aritmetik Mantık birimi işlemleri ADDER (Toplayıcı) ve SHIFTER (Kaydırıcı) denilen iki esas devre ile gerçekleştirir. Ancak bilgileri depolayıcı ve değerlendirici bazı devrelerden de yararlanılır. Bu yardımcı devreler.
    1- Geçici kaydediciler
    Bellekten alınan işlem bilgilerinin ilk durak yeri Geçici kaydedicilerdir. Veri yolundan aldığı bilgileri geçici olarak kaydeder. Bunları AMB ne aktarır. Geçici kaydedici W ve Z harfleriyle gösterilen bir çift halindedir.
    2- Bayrak kaydedici
    AMB tarafından yapılan işlemlerin sonucunu gösteren ve bu sonuçları değerlendirme ortamı yaratan devrelerdir. Bazı mikroişlemcilerde Bayrak Kaydedicisi yerine Durum kaydedicisi veya Koşul kodu kaydedicisi deyimleri kullanılır.






    Aritmetik Mantık İşlem birimi ve bu yardımcı devrelerin tümüne birden Aritmetik Mantık Birimi grubu denilmektedir. AMB Grubu mikroişlemci kaç bitlik ise o kadar bit uzunluğundaki bir kelimeyi aynı anda işlemektedir.
    Yani AMB grubu program gereğince gerek giriş , gerek çıkış kapısından , gerekse bellekten Veri Yoluyla gelen verileri aritmetiksel veya mantıksal oluşuna göre gerekli işlemlere tabi tutarak sonuç bilgilerini yine veri yoluyla Belleğe ve Giriş Çıkış kapısına aktarır. Yönlendirme Kontrol Birimi tarafından gerçekleştirilir.
    Bayrak devresi AMB içindeki işlemin sonucunu gösteren bir bilgi ve yönlendirme devresidir.
    Bayrak devresi Flip�Flop�lardan oluşmaktadır. 8 Flip-Flop devresi bir araya getirilerek Bayrak Kaydedicisini oluşturmaktadır. Bayrak kaydedicisi aşağıda görüldüğü gibi 8 kare ile sembolize edilmektedir. Her bir kare bir Flip-Flop devresidir.

    S
    Z
    X
    AC
    X
    P
    X
    CY
    D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
    Kare içerisindeki harfler her bir FF un görevini belirten İngilizce kelimelerin kısaltmasıdır. Alttaki D harfleri ise FF sıra Sum arasını taşımaktadır.
    Her bir ff ilgili olduğu işlem sonucuna göre SET veya RESET konumuna geçer. Flip-Flop�ların çalışma konumunu belirtmek için de Bayrak 1 veya Bayrak 0 deyimleri kullanılır.
    Flip-Flop Set halindeyse BAYRAK 1 denir
    Flip-Flop RESET halindeyse BAYRAK 0 denir.
    3- Akümülatör
    Başlangıç ve sonuç bilgilerini depolamak için Akümülatör kullanılır. Bazı mikroişlemcilerde Akümülatör yerine veri kaydedici kullanılmıştır.
    Akümülatör bilgisayarın aritmetik ve lojik işlemleri sırasında depo görevi yapan önemli bir kaydedicidir. Başlıca iki görevi vardır.
    • AMB tarafından işlem sırasında kullanılacak iki rakam ve sayıyı kaydına almak.
    • AMB tarafından yapılan işlemlerin sonuç değerlerini kaydına alarak, belleğe ve gerekiyorsa oradan da çıkış birimine aktarılmasını sağlamak.
    İşleme başlandığında makineye Akümülatörü Yükle komutu verilince kontrol devresi akümülatöre boşalma sinyali gönderir ve işlem görecek sayı ve rakamın akümülatör kaydına geçmesi sağlanır.
    Bu birinci adımdan sonra bilgisayara topla komutu ile birlikte ikinci sayı verilirse AMB ikinci sayıyı geçici kaydedici aracılığı ile bellekten ve birincisini de akümülatörden alarak toplama işlemini gerçekleştirir. Toplama gerçekleştikten sonra sonucu yine akümülatöre veya doğrudan veri yoluna aktarır. Sonuç değeri duruma göre ya akümülatörde geçici olarak kalır veya doğrudan veri yoluna verilerek belleğe veya çıkış kapısına aktarılır.
    Bazı bilgisayarlarda tek bazılarında ise iki veya daha fazla akümülatör bulunur.









    AMB nin iç yapısını gösteren Aritmetik ve Mantık Grubuna ait Blok Diyagram.






















    ARİTMETİKSEL İŞLEMLER
    Sayı Sistemleri
    Günümüzde kullanılan sayı sistemleri kullanım yerine ve amacına göre farklılıklar göstermektedir. Sayı sistemleri tabanlarına göre isimlendirilir. En çok kullanılan sayı sistemi 10 tabanlı sayı sistemidir. Bu sayı sisteminde bütün işlemler 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 rakamları ile yapılır. Onluk (Desimal) sayı sistemi çok kullanılan kullanışlı bir sayı sistemi olmasına rağmen elektronik ve bilgisayar teknolojisinde çeşitli kısıtlamalar nedeniyle fazla kullanılamamaktadır. Bunun için dijital elektronikte ençok ikili(Binary), Sekizli(Oktal) ve Onaltılı (Heksadesimal) sayı sistemleri kullanılmaktadır.
    Onluk(Desimal) Sayı Sistemi
    Günlük hayatta kullandığımız sayı sistemi onluk sayı sistemidir. Sistemin tabanı 10 dur. Örneğin 465 sayısının onluk sistemdeki açılımı. 100 101 103 104 .... 10n şeklindedir.
    465 = 4*102 + 6*101 + 5*100
    1. = 4*100 + 6*10 + 5*1
    1. = 400 + 60 + 5
    1. = 465
    İkili (Binary) Sayı Sistemi
    İkili sayı sisteminin tabanı 2 dir. Bu sistemde sadece 1 ve 0 rakamları kullanılır. Her sayı Dijit(Bit) olarak ifade edilir. Basamaklar 2 nin kuvveti olarak yazılır.
    İkili Sayıların Onluk Sayı Sistemine Çevrilmesi
    (101011)2 = ( ? )10
    1*25 + 0*24 + 1*23 + 0*22 +1*21 + 1*20
    1*32 + 0*16 + 1*8 + 0*4 + 1*2 + 1*1
    32 + 0 + 8 + 0 + 2 + 1
    43
    (101011)2 = ( 43 )10
    Örnek : 1011100 2
    26 25 24 23 22 21 20
    1 0 1 1 1 0 0
    64 32 16 8 4 2 1
    1*64 0*32 1*16 1*8 1*4 0*2 0*1
    64 + 0 + 16 + 8 4 + 0 + 0 =92
    1011100 2 = 92 10 Eder







    Onluk Sayıların İkili Sayı Sistemine Çevrilmesi
    Onluk sayıları ikili sayılara çevirirken ikiye bölme metodu uygulanır. Çıkan sonuç tersinden yazılır.
    (43)10 = ( ? )2
    43/2 21 1 21/2 10 1 10/2 5 0 5/2 2 1 2/2 1 0 1/.2 0 1 1 0 1 0 1 1
    Desimal İçin Binary (BCD) Kodu
    Eğer binary sayı başka hiçbir işleme tabi tutulmamışsa saf binary sayı (Pure Binary) durumunda bulunuyor demektir. 10010 gibi.
    Saf binary sayıları yorumlanması yani ondalık sayıya çevrilmesi bazı zorluklar arz eder. Örneğin 10010110 sayısını onlu sayıya çevirelim 150 elde edilir. Ancak bu çevirme işlemi oldukça uzun ve sıkıcıdır. BCD kodu bu işlemleri kısaltmak için geliştirilmiştir. 8421 kodu olarakta adlandırılır.
    Desimal
    Binary
    Desimal
    Binary
    Desimal
    Binary
    0
    0000
    16
    10000
    32
    100000
    1
    0001
    17
    10001
    33
    100001
    2
    0010
    18
    10010
    34
    100010
    3
    0011
    19
    10011
    35
    100011
    4
    0100
    20
    10100
    36
    100100
    5
    0101
    21
    10101
    37
    100101
    6
    0110
    22
    10110
    38
    100110
    7
    0111
    23
    10111
    39
    100111
    8
    1000
    24
    11000
    40
    101000
    9
    1001
    25
    11001
    41
    101001
    10
    1010
    26
    11010
    42
    101010
    11
    1011
    27
    11011
    43
    101011
    12
    1100
    28
    11100
    44
    101100
    13
    1101
    29
    11101
    45
    101101
    14
    1110
    30
    11110
    46
    101110
    15
    1111
    31
    11111
    47
    101111






    Kesirli Desimal Sayıları Binary Sayıya Çevrilmesi
    5.625 10 ?
    Bölen Bölünen Kalan
    5 2 2 1
    2 2 1 0 5=101 2
    1 1
    0.625 10 ?
    0,625 * 2 1,25
    0,25 * 2 0,50 0,625 = 101 2
    0,50 * 2 1,00
    5,625 10 = 101.101 2 Eder
    Kesirli Binary Sayıların Desimal Sayıla Çevrilmesi
    1110.101 2 ?
    1 1 1 0
    8 4 2 1 = 14
    1.8 1.4 1.2 0.1
    8 4 2 0
    0.101 2 ?
    1 0 1
    ½ ¼ 1/8
    0,5 0,25 0,125 = 0.625 Eder
    1.0,5 0.0,25 1.0,125
    0,5 + 0 + 0,125
    1110.101 2 = 14,625 10 Eder
    Binary Sayılarda Dört İşlem
    1-Toplama Kuralı
    0 + 0 = 0
    0 + 1 = 1
    1 + 0 = 1
    1 + 1 = 0 elde 1








    Son satırda görüldüğü gibi elde 1 varsa bu bir soldaki sütuna taşınır.
    110 6 9=1001 11001 25
    (11)11 3 (11)1101 13
    1001 9 100110 38
    Diğer bir örnek
    1011001 89
    (1)11010 26
    1110011 115
    2-Çıkarma Kuralı
    0 � 0 = 0 Burada bir sonraki sütundan 1 alınır ve bu sütuna 2 olarak aktarılır.
    1 � 0 = 1
    0 � 1 = 1
    1 � 1 = 0
    Örnek
    10101 21 110011 51
    1. 3 10010 18
    10010 18 100001 33
    3-Çarpma Kuralı
    0 * 0 = 0 101 5
    0 * 1 = 0 10 2
    1 * 0 = 0 1 * 1 = 1 000 10
    101
    1010
    4-Bölme Kuralı
    1001 11
    11 11 11
    11
    00






    Alu Tarafından Temel Aritmetiksel İşlemlerin Gerçekleştirilmesi
    Alu bir takım kapı devrelerinde ve Flip-Flop�lardan oluşmaktadır. Kapı devreleri işlemlerin yürütülmesini sağlamaktadır. Flip-flop devrelerde sonuç bilgilerinin depolamakta veya kaydetmektedir. Klavyeden işlemi yapılacak sayılar belirli bir programa göre 16 tabanlı veya 10 tabanlı sayı olarak girildiğinde programda yer alan topla, çıkar, çarp ve böl gibi komutlara göre makine dilinde yani iki tabanlı sayı sistemine göre gerekli işlemler yapılarak sonuç bilgileri ekrana verilmektedir. Bu işlemler
    • Toplama (Addition)
    • Çıkarma (Subtraction)
    • Çarpma (Multiplication)
    • Bölme (Dividing)
    • Kıyaslama (Compare)
    • Artırma (Increment)
    • Eksiltme (Decrement)
    • Tümleme (Complement)
    • Sağa kaydırma (Shift Right)
    • Sola kaydırma (Shift Left)
    • Sağa döndürme (Rotate Right)
    • Sola döndürme (Rotate Left)
    AlLU Tarafından Bir Aritmetiksel İşlemin Yerine Getirilmesindeki Esaslar
    Örneğin saat ücreti 5 $ lan bir işçinin, 20 saatlik çalışması sonucu, % 10 vergi
    kesintisi yapıldıktan sonra eline geçecek olan toplam ücretin hesaplanması
    a)- 06 Program adresindeki CLA 01 komutu gereğince ALU�daki daha önceden kalan bütün bilgiler temizlenir ve 01 adresindeki Veri (20 saat) Akümülatöre yazılır.
    b)- 07 Adresindeki MUL 02 komutu gereğince, 02 adresindeki, Veri ($5) kaydediciye (Register) alınır.
    c)- Yine 07 adresindeki komut gereğince, Akümülatördeki 20 sayısı ve kaydedicideki 5 sayısı Adder�e alınarak çarpılır. Sonuç (100$) yine Akümülatöre yüklenir.
    d)- 08 Adresindeki STO 15 komutu gereğince Akümülatördeki bilgi (100$), 15 Nolu adrese depo edilir. Ancak Akümülatördeki sonuç yine Akümülatörde saklı kalır.
    e)- 09 Adresindeki MUL 03 komutu gereğince, 03 adresindeki bilgi de %10 kaydediciye alınır ve Adder�e aktarılır.
    f)- Yine 09 komutu gereğince, Akümülatördeki bilgi (100$) Adder�e alınır ve iki sayı çarpılır (%10) sonuç yine Akümülatöre kaydedilir.
    g)-10 Numaralı adresteki komut (SUB 15), 15 nolu adresteki bilgi kaydediciye yükler, Adder�den iki sayının farkı alınır, sonra 90$ Akümülatöre kaydedilerek çıkış birimlerine gönderilir.




    Aritmetiksel İşlemlerin Gerçekleştirilmesinde Yöntemler
    1. Sayıların işaret ve büyüklük olması gösterilmesi yoluylaBu sistemde sayıların en sonundaki bit en yüksek değerli bit (+,-) işaretini
      gösterir. Bu nedenle en soldaki bite işaret biti denir. Buna göre pozitif sayıların işaret biti �0� negatif sayıların işaret biti �1� dir. Sayıların değerini gösteren kısım her ikisinde de aynıdır. Uygulamada bir takım güçlükler oluşturduğu için pek kullanılmaz.
      Desimal
      Sayı
      Binary sayı
      İşaret Biti
      Büyüklüğü
      + 28
      0
      0011100
      - 28
      1
      0011100
    2. 1�e Tümleme Yöntemi İle İşlem
      Desimal
      Sayı
      Binary sayı
      İşaret Biti
      Büyüklüğü
      + 28
      0
      0011100
      - 28
      1
      1100011
      (1�e tümleme)

      1�e Tümleme yönteminde çıkarma işlemi toplama işlemine dönüştürülerek sonuç bulunmaktadır. 1�e tümleme işlemi için sayının her bir bitinin tersi alınarak yazılır. Bu yöntemle �0� ın bir normal �0� halinde gösterilişi ve bir de negatif sıfır olarak (1) gösterilişi bulunduğunda sorunlar oluşturmaktadır.Günümüzde pek kullanılmaz.
    3. 2� Tümleme Yöntemi İle İşlem
    Desimal
    Sayı
    Binary sayı
    İşaret Biti
    Büyüklüğü
    + 28
    0
    0011100
    - 28
    1
    1100100
    (2�e tümleme)
    Günümüzde kullanılan sistemdir. Bu yöntemde çıkarma işlemi haline dönüştürülmektedir. Bunun için çıkan sayının 1�e tümleyenine 1 ekleyerek elde edilen 2�e tümlenmiş sayı çıkarılan ile toplanır.
    Bazı Tanımlamalar
    1. Elde Biti (Carry bit)İşlem sırasında elde edilen birler için kullanıldığı gibi işlem sonucunda
      kaydedicilerden taşarak işlem türüne göre tekrar işleme katılan veya dikkate alınmayan birler için kullanılan Penel deyimdir. Carry veya taşıma (Ower Flow) biti olarak kaydedilir.







    2. Ödünç Alma Biti (Barrow bit) Çıkarma işlemi sırasında bir sonraki basamaktan ödünç alınarak çıkarmanın
      yapılmasını gerçekleştiren bit�lerdir. Bunlarda bayrak kaydedicilere elde biti gibi kaydedilir.
    3. İşlem sonu Çevrim Elde Biti (End-around carry bit)Çıkarma işlemi sırasında pozitif sayı negatif sayılardan büyük olduğunda ilk
      işlem sonunda ortaya çıkan elde biti bulunan sonuca eklenerek doğru sonucu oluşturulması sağlanır.
    4. Taşma Biti (Ower flow)
    İşlem sonunda kaydedicilere sığmayan değerler elde edildiğinde oluşan bir bitidir.
    ALU Tarafından Toplama İşleminin Yapılışı
    Desimal
    Sayı
    Binary Karşılığı
    Bilgisayardaki kaydı ve İşlem
    7 + 5
    + 12
    0111
    + 0101
    + 1100
    0.0111
    - 0.0101
    0.1100
    Toplam sonuç sayısı kaydedicinin kapasitesini geçmediği takdirde normal binary sayı sistemindeki toplama işlemi makine dilinde de gerçekleştirilir. Yalnızca sayıların önüne işaret biti konur. Toplama sırasında elde bitleri Adder�le kaydedilir ve bu birim tarafından işleme sokulur.
    Toplama Devreleri
    Toplama işleminin temel devresi tam toplayıcı (full adder) devresidir. Bu devrelerde iki basamaklı ve eldesi olan Binary sayıların toplamı yapılmaktadır. 2 Adet yarım toplatıcı Half Adder bir araya getirilerek tam toplayıcı oluşturur.
    Yarım Toplayıcı
    Yalnızca iki bitin toplamını yapar. Binary aritmetik devrelerin temel birimidir.
    Girişler
    Çıkışlar
    X
    Y
    S
    C
    0
    0
    1
    1
    0
    1
    0
    1
    0
    1
    1
    0
    0
    0
    0
    1
    S = XY + XY
    C = XY







    1. Anahtarda X testi alınır çarpılır.
    2. Anahtarda Y�nin testi alınır çarpılır. Çıkan sayı sonuç 4. Anahtarda toplanır.
    3. Anahtardaki aynen yazılır.
    X Y X Y X Y

    1 2 3

    S C

    Tam Toplayıcı (Full Adder)
    İki bitin toplamı yapılır. Ancak burada bir önceki bit toplamlarına oluşan elde biti işleme dahil edilmektedir.
    1011
    + 0110
    0101 Kısmi toplam
    11 Elde biti
    11001 Tam toplam
    Sum
    X Y

    CIN COUT







    Girişler
    Çıkışlar
    A
    B
    CIN
    SUM
    COUT
    0
    0
    0
    0
    0
    0
    0
    1
    1
    0
    0
    1
    0
    1
    0
    0
    1
    1
    0
    1
    1
    0
    1
    0
    1
    1
    1
    0
    0
    1
    1
    1
    0
    0
    1
    1
    1
    1
    1
    1
    S = A + B + CIN
    COUT = A * B + CIN (A+B)
    S = X YCİ + XYCİ + XY Cİ + XYCİ
    CO = XYCİ + X YCİ + XY Cİ + XYCİ
    X Y Ci

    CO
    S


















    Paralel Binary Toplayıcı
    X3 Y3 X2 Y2 X1 Y1 X0 Y0 End Around
    Carry arold Line
    CO CO CO CO
    Add Line




    S3 S2 S1 S0

    Giriş Sayıları
    X = X3 X2 X1 X0
    Y = Y3 Y2 Y1 Y0
    Çıkış Sayıları
    S = S3 S2 S1 S0
    0111
    + 0011
    1010











    Seri Binary Toplayıcı

    Starage Register
    Most Significont Byte

    Last Significont Byte
    CK
    Starage Register
    Most Significont Byte

    Last Significont Byte


    Paralel toplayıcılara göre biraz daha yavaş çalışmakla beraber daha az sayıda toplayıcı kullanarak daha uzun kelimelerin işlevini yapabilme bakımından da avantaja sahiptir.
    İşleme en küçük değerden başlayarak en yüksek değerli byte�a kadar götürmektedir. Bu tür uygulamanın bir seri işlem olması nedeniyle seri toplayıcı adı verilmiştir.




  2. 2
    rainman33
    Yeni Üye

    --->: MİkroİŞlemcİ Nedİr

    Reklam



    teşekk&#252;rler paylaşım i&#231;in.







  3. 3
    Yarasa
    Üye
    paylaşımın için sag ol bende yıllık ödevim için bunu arıyordum çok tşk







+ Yorum Gönder
5 üzerinden | Toplam : 0 kişi