Mikrodenetleyiciler Hakkında Bilgi

[perigibi55]

Mikroişlemciler

Intel'in ürettiği mikroişlemcilerin adları yakın zamana kadar 80286, 80386, 80486 gibi rakamlardan oluşuyordu. Bu rakamların belli bir mantığı da vardı. Daha gelişmiş işlemciler daha yüksek rakamlarla gösteriliyordu. Örneğin, 80386 kodu, 80286 işlemcisinden daha sonra üretilmiş ve daha güçlü bir işlemciyi gösteriyordu. Amerikan yasaları rakamlardan oluşan adları başka şirketlerin de kullanmasına olanak tanıdığı için Intel'in rakiplerinin ürettikleri işlemciler de bu kodları rahatlıkla taşıyabiliyorlardı. Bu durum üzerine Intel 486’dan sonra ürettiği mikroişlemcinin adını Pentium olarak duyurdu ve rakam kullanmaya son verdi. Pentium’dan sonraki işlemci de Pentium Pro olarak adlandırıldı.

Bilgisayar dünyasında bizim bildiğimiz sayılar, harfler, resimler bulunmaz. Orada geçerli olan tek şey 0 ve 1 rakamlarıdır. Bildiğimiz, gördüğümüz her şey bilgisayar dünyasında 0 ve 1'lerin çeşitli kombinasyonları ile gösterilir. Son derece basit ama bir o kadar da güçlü bir dünya. Mikroişlemciler bu 0 ve 1'leri belli gruplar halinde değerlendirir. Örneğin, 8088 işlemcisi bilgileri sekizerlik gruplar halinde alıp işleyebilir. 0 ve 1'lerin her birine de 1 bit denir. 8088, bilgileri sekiz bitlik gruplar halinde alıp işlediği için 8 bitlik bir mikroişlemci olarak sınıflandırılır. 80286 Işlemcisi 16 bitlik, 80386 ve 80486 işlemcileri ise 32 bitlik işlemcilerdir. Pentium ve Pentium Pro 32/64 bitlik işlemciler olarak değerlendirilir.. Mikroişlemciler, dışlarındaki devrelerle bağlantı sağlamak için belli sayıda bağlantı kullanır. Bu bağlantılara, mikroişlemcilerin iki yanından sarktıkları ve bacağa benzedikleri için bacak denilir. 8088'in veri alıp vermek için kullandığı 8 bacağı vardır. 80386'nın ise tam 32 bacağı veri alıp vermek için kullanılır. Pentium ve Pentium Pro işlemcilerinin 64 adet veri bacağı vardır ama veriler 64 bacak üzerinden alındıktan sonra içerde işlemlerin önemi bir bölümü 32 bit üzerinden yapılır. Pentium ve Pentium Pro’nun 32/64 bitlik işlemciler olarak tanımlanmasının nedeni budur.

Mikroişlemciler, bilgileri bilgisayarın belleğinden alıp işler ve bilgileri tekrar belleğe kaydeder. Bellekte bilgiler 8 bitlik gruplar şeklinde saklanmaktadır (her sekiz bitlik gruba 1 byte denmektedir; 1000 küsur byte 1 KB ve 1000 küsur KB da 1 MB eder). Bellekte bu sekiz bitlik gruplardan (byte'lardan) milyonlarca bulunabilir. Bu milyonlarca byte'lık bellek birimlerinin her birinin bir adresi vardır. Mikroişlemci ya da başka bir devre belleğe erişirken hep bu adresleri kullanır. Mikroişlemcinin adresleme için kullandığı bacaklar adres bacağı adını alır. Bu bacaklar ne kadar çok olursa mikroişlemci o kadar çok miktarda belleği adresleyebilir, yani kullanabilir. Örneğin, 8088'in 20 adet adres bacağı vardır ve 1 milyon küsur byte'ı adresleyebilir. 80386'nın ise tam 32 adres bacağı vardır ve 4 Gigabyte'lık (4000 MB) bir belleği adresleyebilir. Aşağıda bilgisayarlarda kullanılan mikroişlemcilerin veri ve adres bacak sayılarını göreceksiniz:

veri bacakları adres bacakları

8086 16 20

8088 8 20

80286 16 24

80386DX 32 32

80386SX 16 24

80486 32 32

80486SX 32 32

PENTIUM 64 32

PENTIUM PRO 64 32

PENTIUM II 64 32

PENTIUM III 64 32

PENTIUM IV 64 32

ITANIUM 64 64



Yukarda mikroişlemcileri üretim tarihleri sırası ile verdik. Bazı işlemcilerin yanında DX ve SX harflerini görüyorsunuz. Bunları da kısaca açıklayalım. 80386SX işlemcinin 80386DX işlemcisinden farkı, tabloda da görüldüğü gibi, adres ve veri bacak sayısının daha düşük olması. Bu yapı, 80386SX'i kendisinden önce gelen 80286'ya yaklaştırıyor. Zaten üretiliş amacı da 80286 tasarımlarını çok az değiştirerek 80386'nın getirdiği avantajları kullanmak. Adres ve veri bacaklarının sayıca az olmasının dışında 80386SX'in iç yapısı tamamıyla 80386DX'in aynısı. 80486DX ve 80486SX'de ise şöyle bir durum var: 80486DX'in iç yapısında bir matematik işlemci içeriliyor. 80486SX'in içinde ise bir matematik işlemci yok. Tek farklılık bu. Matematik işlemciler, mikroişlemciler gibi her işi yapan devreler değildir. Yalnızca matematik işlemleri, çok üstün bir duyarlık ve hızla yapan özel işlemcilerdir. 80486DX'e kadar ayrı bir devre olarak satılan bu matematik işlemciler 80486DX ile mikroişlemcinin yapısına dahil edilmişti. Ama özel olarak matematik işlem yoğunluklu işlerle uğraşmayanların yine de 486'nın getirdiği avantajlardan yararlanması için 80486SX işlemcisi üretilmişti.

Mikroişlemcilerin adres ve veri bacak sayıları kadar önemli olan bir başka şey de çalışma frekanslarıdır. Çalışma frekansı bir mikroişlemcinin işlem yapma hızının bir göstergesidir. Aynı işlemcinin değişik frekanslarda çalışan birden çok uyarlaması bulunabilir. Örneğin, 80486'nın 20, 25, 33, 40, 50, 66, 75 ve 100 MHz'de çalışan sekiz değişik uyarlaması bulunmaktadır. Pentium’un ise şu anda 60, 66, 75, 90, 100, 120, 133, 150 ve 166 MHz’de çalışan uyarlamaları bulunuyor. Çalışma frekansı ne kadar yüksek olursa işlemleriniz o kadar hızlı yapılır.80486, PENTIUM ve PENTIUM PRO işlemcilerinde bir iç tampon bellek de bulunmaktadır. Mikroişlemci mümkün olduğunca bu iç belleği kullanıyor ve bu durum da işlemcilerin perfermansını arttıran bir başka etmen oluyor. 80486 serisi işlemcilerin dış dünya ile daha az ilişki kurmak için kullandığı iç tampon belleğin büyüklüğü 8 KB (8000 küsur byte). Pentium’ların iç tampon belleği 16 KB. Pentium’dan sonraki işlemci Pentium Pro’da da 16 KB’lık bir iç tampon belleğin yanısıra tam 256 KB’’lık bir başka tampon bellek de yer alıyor.



* Mikroişlemcinin hız birimi olarak verilen MHz teriminin anlamı nedir?

Bir mikroişlemci işlemleri belli adımlarla yapar. Her işlemin kaç adımda yapılacağı bellidir. Örneğin, iki sayıyı toplamak üç adım, çarpmak otuz adım sürebilir. Bu adımlara çevrim (cycle) denir. Bir saniyede gerçekleşen çevrimlerin sayısı mikroişlemcinin hızını belirler. Örneğin, 10 MHz’de çalışan bir mikroişlemci saniyede 10 milyon çevrim gerçekleştirebilir. Bu da, örneğin, 300 bin toplamaya ya da 30 bin çarpmaya karşılık gelir. Tabii mikroişlemcinin hızı 100 MHz’e çıkarsa çevrim sayısı on kat artacak ve sonuçta 300 bin yerine 3 milyon toplama ile 30 bin çarpma yerine 300 bin çarpma işlemi işlemi gerçekleşecektir.
MİKROİŞLEMCİ NEDİR?
Çok genel bir ifadeyle bir bilgisayarın beyni, esas işi yapan kısmı olarak isimlendirilebilecek olan mikroişlemciler hakkında biraz daha ayrıntılı bir açıklama şu şekilde yapılabilir: Bir dijital bilgisayar üç temel kısımdan oluşmaktadır.
Merkezi İşlem Birimi - MİB (Central Processing Unit – CPU)
Program ve Veri Hafızaları (Program and Data Memory)
Giriş – Çıkış Birimleri (Input – Output Units)
Merkezi İşlem Birimi (MİB / CPU), verileri işleme ve sistemi oluşturan çeşitli birimler arasında bilgi akışı kontrolü işlemlerini gerçekleştirir.Veri işlemenin büyük çoğunluğu MİB de yer alan Aritmetik Lojik Birim üzerinde gerçekleştirilir. Ancak bu işlemlerin gerçekleştirilmesi sırasında Kod Çözme Kontrol Birimleri ile çeşitli Saklayıcılar (Registers) da çok yoğun olarak kullanılır.
İşte bu merkezi işlem birimini oluşturan çeşitli alt birimlerin tek bir entegre devre üzerinde gerçekleştirilmiş – üretilmiş haline Mikroişlemci (Microprocessor) adı verilir.Modern gelişmiş mikroişlemcilerde bir kaç milimetre karelik alanda milyonlarca transistör yer almaktadır. Örneğin Pentium II işlemcisinde (ön hafıza, cache memory) hariç 7.5 milyon adet transistör bulunmaktadır.
Mikroişlemcilerin tarihsel gelişimine kısaca bir göz atılacak olursa ilk mikroişlemcinin bir hesap makinesinde kullanılmak üzere INTEL firması tarafından 1971 de I4004 adıyla üretilen 4 bitlik bir işlemci olduğu görülür. Bu tarihten önce bilgisayarların MİB leri önceleri elektron tüpleri ve röleler daha sonraki dönemde ise transistörler ve çeşitli elektronik devreler kullanılarak hazırlanıyordu.İşlem kapasitelerinin çok kısıtlı olmasının yanı sıra sürekli bakım gerektiriyorlardı. Bir fikir vermesi açısından 1945 de Pennsylvania Üniversitesinde tamamlanan ENIAC isimli ilk bilgisayarın 30 metre boyu ve 30 ton ağırlığı olduğunu söyleyebiliriz. 18,000 radyo tüpünden oluşan cihaz 100 Kwatt güç harcamaktaydı.1971 deki, bilgisayarın temel elemanı kabul edilen MİB ‘in tek bir entegre devre içine sığdırılarak üretimi, yarı-iletken teknolojisinde, transistörün keşfi gibi bir sıçrama gerçekleştirmiştir.INTEL, özel sipariş üzerine geliştirdiği 4 bitlik I4004 (1971) ve 8 bitlik I8008 (1972) entegre devrelerine ilk müşterilerinden başka bir ilgi beklemediği için üretim hattını düşük kapasitede tutmuştu. Ancak aksine bu işlemciler büyük bir ilgi gördü ve 1974 de genel amaçlı ilk 8 bitlik MİB olan I8080 işlemcisini üretti.
Bu işlemciye büyük bir talep oldu ve kısa bir zamanda I8080 endüstri standardı oldu. İki yıl sonra 1976 da daha gelişmiş bir model olan I8085 üretildi. Bu arada 1975 yılında sektörün ikinci önemli ismi olan Motorola firması da MC6800 adındaki işlemciyi piyasaya sürerek o günden itibaren süre gelen bir yarışa katılmış oldu.
Mikroişlemcilerin sınıflandırılmasında önemli bir ölçü olan bit sayısı işlemcinin üzerinde ilem yapabildiği en uzun verinin bit sayısını gösterir. Kelime uzunluğu (word lenght) de denilen bu parametre 4 bit, 8 bit, 16 bit, 32 bit gibi değerler alabilmektedir. Bu değer aynı zamanda işlemcinin saklayıcılarının ve veri yolunun genişliğini de gösterir. Ancak bazen harici ve dahili veri yolları farklı genişliklerde olabilir.16 bitlik işlemcilerde endüstri standardı olan 8086 / 8088 günümüze kadar gelen çeşitli ürünlerle X86 ailesi diye isimlendirilen mikroişlemci ailesinin çekirdeği (core) olmuştur.
MİKROKONTROLÖRLER
Bir mikrokontrolör, komple bir bilgisayarın (MİB, hafıza ve giriş - çıkışlar) tek bir entegre devre üzerinde üretilmiş halidir. Kısıtlı miktarda olmakla birlikte yeterince hafıza birimlerine ve giriş – çıkış uçlarına sahip olmaları sayesinde tek başlarına (stand alone) çalışabildikleri gibi donanımı oluşturan diğer elektronik devrelerle irtibat kurabilir, uygulamanın gerektirdiği fonksiyonları gerçekleştirebilirler.
Mikrokontrolörler çoğunlukla, yer aldıkları uygulama devresinin içine gömülmüş, sadece oraya adanmış olarak kullanılırlar. Bu özellikleri nedeniyle bilgisayarlardaki kullanıcı uygulama programlarını çalıştırma gibi esneklikleri olmamakla birlikte kontrol ağırlıklı uygulamalarda alternatifsiz seçenek olarak karşımıza çıkarlar.
Gerçek zamanlı uygulamalarda çalışmalarıyla mikrokontrolörler, mikroişlemcilerden ayrılmaktadırlar. Gerçek zamanlı uygulamalarda dış dünyadan (işlemcinin dışındaki elektronik ortamdan) gelen işaretler çok hızlı değişim gösterebilir ve bunları işleyip gereken çıkışları aynı hızlılıkta dış dünyaya uygulamak gerekebilir.
Sonuç olarak mikroişlemciler ve mikrokontrolörler temelde aynı alt yapı çalışma mantığına sahip olmakla birlikte kullanım yeri ve amacına göre iki ayrı grup ürün olarak değerlendirilebilir.
Günümüzde Mikroişlemci ve mikrokontrolörler üreten irili ufaklı pek çok firma bulunmaktadır. Bunlara örnek olarak INTEL, MOTOROLA, AMD, PHILIPS, SIEMENS, TEXAS INS., DALLAS, ATMEL, MICROCHIP, HITACHI, MITSUBISHI, SGS-THOMSON, ANALOG DEVICES, NATIONAL gibi firmalar sayılabilir. Bu firmaların bazıları sadece kendilerine özgü işlemcileri piyasaya sürerken bazıları da ilk üretimi ve patenti bir başka firmaya ait olmakla birlikte, orijinal işlemci ile uyumlu fakat çeşitli başka ek özelliklere de sahip türev ürünler (derivatives) üretebilmektedir.

Kaynak: Alper ÜZGEÇ – 2005