MİKROİŞLEMCİLER

Resim

Mikroişlemci bir bilgisayar sisteminde programların işletilmesinden sorumlu olan ve tüm bileşenleri merkezi şekilde kontrol eden tümleşik devredir. Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi, temel dört birimden oluşur: 

Resim

 

Bu 4 birimi kısaca tanımlayalım.

ALU: Aritmetik ve mantıksal hesaplamalardan, transferlerden, kaydırmalardan 

sorumlu olan işlemcinin en önemli birimidir. ALU içerisindeki yazmaçlar ile
mikroişlemcinin kaç bitlik bir işlemci olduğu belirlenir.

Kontrol birimi: Tüm işlemlerin sırasını belirler ve gerekli denetim işaretlerini
üretir. Aynı zamanda bellekten okunan kodların çözümü de bu birimde yapılır

Kaydediciler: Hesaplama ve transfer için gerekli olan değerlerin tutulduğu
kaydedicilerdir. Sayıları her mikroişlemci ailesi için farklı olabilir.

Dahili Yollar: Mikroişlemci içindeki tüm birimlerin veri alışverişini ve birimlerin
kontrolünü sağlamak için birimleri birbirine bağlayan yollara denir. Adres, veri ve
kontrol yolları olarak üç tiptir. Yolların bit genişliği mikroişlemcilere özeldir.
Bununla birlikte, günümüz mikroişlemcileri cep bellek (cache), grafik hızlandırma
birimleri (MMX), matematik işlemci birimi (FPU) ve diğer birimleri de
içermektedir.

İlk Mikroişlemci : 4004

Resim

İlk mikroişlemci 1971 yılında üretilen intel firmasının 4004 adlı ürünüdür.

 

Hesap makinası amacıyla üretilmiştir.

 

 4 bit veriyolu, 16 pinli soket, 2300 transistör, 740KHz saat hızı, 640 byte hafıza gibi özelliklere sahip 4004 modeli 1981 yılına kadar faal olarak kullanıldı. 1972 yılında uzaya fırlatılan Pioneer 10 uzay aracında da Intel 4004 işlemcileri vardı.

 

Bugünkü standartlara göre hayli büyük boyutlarda olan Intel 4004 donanım dünyasında yeni bir devrin de başlangıcı oldu.

BİLGİSAYAR MİMARİLERİ

 

Mikroişlemci tarafından kullanılan komut yapısı ve sayısı, yani komut seti ve komut setinde bulunan komutların özellikleri bakımından iki tür mimari ön plana çıkmıştır:

 

•Karmaşık komut kümeli mikroişlemciler (Complex Instruction Set Computers – CISC)

 

•Azaltılmış komut kümeli mikroişlemciler (Reduced Instruction Set Computers – RISC)

 CISC MİMARİSİ

Bellek gereksiniminin en aza indirilmesini sağlar.

Programlama işlemlerini basit hale getirmektedir.

Mikroişlemci çok sayıda komut içerir ve her eylem için bir komut tanımlanmıştır.

«donanım yazılımdan hızlıdır» prensibi uygulanmıştır.

•1960’larda geliştirilen  ilk mimari yapıdır.
•CISC tasarım felsefesi ile geliştirilen mikroişlemcili sistemlerde, ‘kademeli komut işleme’ tekniği olarak adlandırılan ve aynı anda yalnızca bir komut üzerinde işlem yapılan komut işleme tekniği kullanılır. 
CISC mimarisinde oldukça çeşitli olan komutları çalıştırmak için mikro-kod kullanılmaktadır. Farklı uzunlukta olan bu komutların çözümünde oldukça karmaşık devrelere (kod çözücülere) ihtiyaç vardır. 
RISC MİMARİSİ
•RISC işlemcilerde işlemler, az sayıda basit komut ile gerçekleştirilir
•RISC işlemlerde işlemcinin performansını artıran önemli bir etken, Kanal Komut İşleme Tekniği (pipelining) olarak isimlendirilen ve aynı anda birden fazla komutun işlenmesini sağlayan teknolojidir.
•Bu teknolojinin kullanımı, daha fazla bellek ve daha gelişmiş derleme tekniği gereksinimlerini ortaya çıkarır. Bu gereksinimleri tam anlamıyla karşılayabilen çok geniş ölçekli entegre (VLSI) teknolojisinin 1990’larda geliştirilmesi ile RISC işlemciler büyük sistemlerin yanı sıra PC’lerde kullanılmaya başlandı. 
RISC mimari, daha basit komutlar kullanarak tüm devre karmaşıklığını azaltmaktadır. Ancak RISC komutlarının daha kısa olması belirli bir görevin tamamlanabilmesi için daha fazla komuta gereksinim duyulmasına yol açabilir.
 Ayrıca RISC mimariler için üretilen derleyiciler daha önce CISC mimarisinde bulunan donanım birimlerinin görevini üstlenmek üzere ekstra komutlar kullanmaktadır. 
Resim
Resim

Transistör

Transistör üç kutuplu bir devre elemanıdır. Devre sembolü üzerinde orta kutup beyz (B), okun olduğu kutup emiter (E), diğer kutup kollektör (C) olarak adlandırılır. Beyz akımının şiddetine göre kollektör ve emiter akımları ayarlanır. Bu ayar oranı kazanç faktörüne göre değişir. Transistörler elektronik cihazların temel yapı taşlarındandır. Günlük hayatta kullanılan elektronik cihazlarda birkaç taneden birkaç milyara varan sayıda transistör bulunabilir.
ResimResim
Entegre Teknolojisi ve Üretim Teknolojileri
Üçüncü nesilde transistörler yerlerini bir çok transistörü üzerinde barındıran entegre devrelere bıraktı .Bu dönemde bir entegre devrenin üzerine konulabilecek transistör sayısı inanılmaz bir sürat ile artmaya başladı. Bunun ile ilgili önemli entegre devre üretilecilerinden intel’in kurucularından olan Gordon Moore’un ifade ettiği ‘‘Moore” kuralı günümüze kadar geçerliliğini korumuştur
ResimResim