Bilgisayar Yap s Bilgisayar verilen verileri, belirlenen bir - - PDF document

1

MİKROİŞLEMCİ SİSTEMLERİ

• Yrd. Doç. Dr. Şule Gündüz Öğüdücü

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Bilgisayar Yapısı

Bilgisayar verilen verileri, belirlenen bir

programa göre işleyen, istenildiğinde saklayabilen, gerektiği zaman geriye verebilen sayısal bir alettir.

Belleme yeteneği Hesaplama yeteneği Karar verme yeteneği Giriş-çıkış yeteneği www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Bilgisayar Temel Birimleri

Denetçi Bellek Adres Kütüğü (BAK) Bellek Veri Kütüğü (BVK) Akümülatör (ACC) Aritmetik Lojik Birim (ALB) Sistem Yolu: Adres Yolu, Veri Yolu, Denetim Yolu Bellek G/Ç Arabirimi Disk

Merkezi İşlem Birimi (MİB) Merkezi İşlem

Birimi (MİB)

Bellek Giriş-çıkış

arabirimi (G/Ç)

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

MİB Yapısı

Bellek Adres Kütüğü (BAK): MİB’den giden veya MİB’e

gelen verilerin gideceği veya geldiği yerin adresini

• belirtir. Adres yolunu bağlıdır.

Bellek Veri Kütüğü (BVK): MİB’den giden veya MİB’e

gelen verilerin alınıp verildiği bir iskele. Veri yoluna bağlıdır.

Akümülatör (ACC): BVK üzerinden gelen veriler

akümülatöre alınır.

Aritmetik Lojik Birim (ALB): ACC’deki veri üzerinde

yapılacak işlemler ALB tarafından yürütülür.

Denetçi (DEN): Tüm bilgisayarın yönetimi ile ilgili

bilgileri toplamak ve üretmekle görevlidir.

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Kütükler

Aynı saat işaretinin uygulandığı flip-flop’lardan

• luşur.

Çıkış Bit “3” Çıkış Bit “2” Çıkış Bit “1” Çıkış Bit “0”

D Q

> CK

D Q

> CK

D Q

> CK

D Q

> CK

Saat

Giriş Bit “3” Giriş Bit “2” Giriş Bit “1” Giriş Bit “0”

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Kütükler

MİB, ALB, denetçi ve MİB’nin diğer birimleri

tarafından çabuk erişilebilen saklama alanlarıdır.

Farklı mikroişlemcilerde kütüklerin sayısı ve

boyutu da farklı olabilir.

Genel Amaçlı kütükler: MİB’nin yürüttüğü

işlemlerde veri saklamak için kullanılırlar (Akümülatör).

Özel amaçlı kütükler: Her MİB işleminde gerekli

• lan veriyi saklamak için kullanılırlar. (BAK,

BVK).

2

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Aritmetik Lojik Birim

MİB tarafından yürütülen bütün işlemleri yerine

getirir.

Aritmetik Lojik

Bilgisayar mimarisi ALB’in boyunu belirler.

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Denetçi

MİB içindeki kontrol işlemleri

Komutların sıralanması ve yürütülmesi Veri yolu kontrolu MİB içindeki yolların kontrolu

:

MİB dışındaki kontrol işlemleri

Sistem yolunun kontrolu Kesme işlemleri Sistemin durumu Bellek yönetimi

:

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Bilgisayar Bağlantıları

MİB BELLEK G/Ç Adres yolu Veri Yolu Denetim Yolu

BVK BAK DEN

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Bilgisayarın Çalışma Düzeni

Örnek:X ve Y sayılarının 3000 ve 3001 nolu

bellek gözlerine yazılması, sayıların toplanması sonucun 3002 nolu bellek gözüne yazılması

Bellek Adresi İşlem

1001 X’i ACC’ye yükle 1002 ACC’nin içeriğini 3000 nolu bellek gözüne yaz 1003 Y’i ACC’ye yükle 1004 ACC’nin içeriğini 3001 nolu bellek gözüne yaz 1005 3000 sayılı bellek gözünün içeriğini ACC’ye yükle 1006 3001 sayılı bellek gözünün içeriğini ACC’ye ekle 1007 ACC’nin içeriğini 3002 nolu bellek gözüne yaz

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Buyruk Yürütülmesi

Buyruk Okuma Buyruk Çözme İşlenen Okuma Yürütme Sonucu Saklama Sonraki Buyruk

Bellekten buyruğun okunması

Buyruk uzunluğunu ve gerekli komutları belirleme İşlenenin adresini belirleme ve okuma İşlemi yürütme Daha sonraki kullanım için sonucu saklama Bir sonraki buyruğu yürütme

Getirme Çevrimi Yürütme Çevrimi

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Buyruklar

Bilgisayara bir işlem yaptırmak için kullanılan

adımlar

3+1 adresli buyruk kalıbı 3 adresli buyruk kalıbı 2 adresli buyruk kalıbı 1 adresli buyruk kalıbı 0 adresli buyruk kalıbı

3

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Buyruklar

Bir sonraki buyruğun adresi Sonucun adresi 2.İşlenen adresi 1.İşlenen adresi Komut Sonucun adresi 2.İşlenen adresi 1.İşlenen adresi Komut

• 2. İşlenen adresi
• 1. İşlenen adresi

Komut İşlenen adresi Kütük Adı Komut

3+1 Adresli buyruk kalıbı: TOP X,Y,Z,N 3 Adresli buyruk kalıbı: TOP X,Y,Z 2 Adresli buyruk kalıbı: TOP X,Y 1 Adresli buyruk kalıbı: TOP A,X 0 Adresli buyruk kalıbı: YIĞ A, ÇEK A www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Bellek

Bilgisayarın çalışmasına yön verecek programı

ve programın üzerinde çalışacağı verileri saklar.

Salt Oku Bellekler

Salt Oku Bellek (ROM) Programlanabilir Salt Oku Bellek (PROM) Silinebilir Programlanabilir Salt Oku Bellek (EPROM)

Oku/Yaz Bellekler (RAM)

Statik Oku/Yaz Bellek (SRAM) Dinamik Oku/Yaz Bellek (DRAM)

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Salt Okunabilir Bellek

Read Only Memory (ROM)

Yarı iletken malzeme kullanılır. Veriler üretim

sırasında yazılır.

Veri okunabilir ancak yazılamaz.

Kullanım alanları:

Özel amaçlı bilgisayarlar Sabit programla çalışan bilgisayarlar Sistem programları

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Programlanabilir Salt Oku Bellek (PROM)

Programmable ROM Her bellek gözesi için bir

sigorta

Üretildikleri zaman

bütün gözleri 1 veya 0

Üretim sonrasında özel

bir aletle sigorta konumu değiştirilerek programlanır.

Sadece bir kere

programlanabilir.

Veriler silinemez.

Vcc Sigorta

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Silinebilir Programlanabilir Salt Oku Bellek

Erasable PROM (EPROM) Üretildiklerinde tüm bellek gözleri 1 konumunda

Elektriksel olarak programlanabilir. Mor ötesi ışık ile silinir. Silme ve programlama tekrarlanabilir. (belli bir

sayıda)

Yazmadan önce tüm bellek silinir ve tekrar

yazılır.

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Elektriksel Silinebilir Programlanabilir Salt Oku Bellek

Electrically Erasable PROM (EEPROM) Daha önceki veri silinmeden programlanabilir. İstenen bellek gözlerine istenen değer

yazılabilir.

Programlama tekrarlanabilir. (belli bir sayıda)

4

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Flash Bellek

Programlarken hızlı olması nedeniye flash

bellek olarak adlandırılıyor.

Elektriksel olarak siliniyor. Veri bloklar halinde silinebilir. Her bit için bir tranzistor kullanılır.

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Oku/Yaz Bellek (RAM)

Random Access Memory (RAM) Okuma ve yazma işlemi elektriksel olarak

yapılır.

Güç kesildiği anda veriler kaybolur. İki tip RAM

Statik RAM Dinamik RAM www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Dinamik Oku/Yaz Bellek (DRAM)

Bir kapasite ve tranzistörden

• luşur.

Veri kapasitenin

doldurulması ile saklanıyor

Kapasite kaçak akımlar

nedeniyle boşaldığı için belleğin tazelenmesi gerekiyor.

satır bit

HIGH LOW Vc Vcc 1 yükleniyor tazeleniyor tazeleniyor tazeleniyor t

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Statik Oku/Yaz Bellek (SRAM)

Herbir göze bir flip-flop. Verinin kaybolmaması için belleğin tazelenmesi

gerekmemektedir.

Daha hızlı ve daha pahalıdır. Genellikle cep bellekler için kullanılır.

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Bellek Düzeni

Belleğin temel birimi göze (bit) Gözelerin yanyana gelmesiyle gözler oluşur Bellek gözlerinin üst üste gelmesiyle bellek

• luşur

NxM boyutunda matris

N: satır sayısı (göz sayısı) M: Sütun sayısı (göze sayısı)

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Belleğe Erişme

MİB’nin belleğe (RAM ya da ROM) erişme

(okuma ya da yazma işlemleri için) adımları :

Doğru bellek birimini seçmesi (adres yolundaki

hatların bir kısmını kullanarak)

Bellek içinde doğru gözü seçmesi (adres

yolundaki diğer hatları kullanarak)

Veriye erişme (veri yolunu kullanarak)

5

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Üç Konumlu Kapılar

Bellek birimlerinde yaygın olarak kullanılan bir

devre

Üç konumu bulunan lojik kapı

Lojik 0, lojik 1 ve yüksek empedans Yüksek empedans konumunda çıkıştan

tamamen yalıtılmış

Çıkış lojik 0 Çıkış lojik 1 Yüksek empedans www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Üç Konumlu Kapılar

İki girişi bir çıkışı bulunan bir devre

Lojik kapı girişi İzin girişi

Lojik 0 ise kapı girişine uygulanan girişin etkisi çıkışa

aktarılır

Lojik 1 ise çıkış yüksek empedans konumunda

Giriş Çıkış İzin Giriş Çıkış İzin

VEYA

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Temel Bellek Elemanı

Temel Bellek elemanı D tutucu

Giriş Çıkış İzin girişi Q D EN Veri girişi Veri çıkış İzin www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Temel Bellek Elemanı

Giriş ve çıkış veri yoluna bağlı

Girişte her zaman veri mevcut, çıkış her zaman

tutucunun içeriği ile yüklü

Girişe ve çıkışa üç konumlu kapılar bağlanarak

giriş ve çıkış istenildiği zaman veri yolundan yalıtılıyor.

Q D EN Veri Girişi Veri Çıkışı İzin YAZ OKU www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Bellek Gözü

4 tutucu birlikte bağlanırsa 4 bitlik bir bellek

gözü elde edilir

YAZ OKU İZİN

Q D EN Q D EN Q D EN Q D EN

I0 I1 I2 I3 O0 O1 O2 O3

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Bellek Düzeni

Veri Yolu

G Ç EN G Ç EN

D0 D1 D2 D3 Yön SEÇ0 SEÇ1 SEÇ2

G Ç EN G Ç EN G Ç EN G Ç EN G Ç EN G Ç EN G Ç EN G Ç EN G Ç EN G Ç EN

6

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Bellek Adresleme

OKU ve YAZ işaretleri ile verinin

yönü belirlenir: bellekten okunur ya da belleğe yazılır

uygun SEÇ girişi kullanılarak

istenilen bellek gözü seçilir

aynı anda sadece tek bir SEÇ

girişi aktif hale getirilir

bellek kırmığına gelen adres yolu

sayısını azaltmak için SEÇ işareti kodlanarak oluşturulur

Giriş Kapılar Çıkış Kapıları Bellek Gözü 0 Bellek Gözü 1 Bellek Gözü 2 Bellek Gözü 3

I0 I1 I2 I3 O0 O1 O2 O3 YAZ SEÇ0 SEÇ1 SEÇ2 SEÇ3 OKU www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Bellek Tasarımı

giriş ve çıkışta üç konumlu kapılar bulunduğu

için bellek girişi ve çıkışı için aynı uçlar kullanılabilir

Giriş Kapıları Çıkış Kapıları Bellek Gözü 0 Bellek Gözü 1 Bellek Gözü 2 Bellek Gözü 3

YAZ OKU A d r e s K

• d

Ç ö z. A1 A0 D0 D1 D2 D3 D0 D1 D2 D3 A1 A0 OKU YAZ www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Bir Belleğin Dıştan Görünümü

Veri Yolu: Bellek gözlerinin

bağlantısını sağlar.

Adres Yolu: Bellek

gözlerinin seçilmesi için adres bilgilerini taşır.

Oku/Yaz: Veri akışını

belirler.

Seçici: Etkin olduğu

durumda belleğin seçilmesini sağlar.

Bellek

Veri Yolu

Adres Yolu

SEÇİCİ OKU/YAZ

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Adresleme

Tek boyutlu adresleme 2 Boyutlu adresleme

3’e 8 Kod Çözücü Veri Yolu Adres Yolu 8x8 Bellek A0 A1 A2 2’ye 4 Kod Çözücü A0 A1 1’e2 Kod çözücü A3 Veri Yolu 8x8 Bellek

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Bellek Boyutu

bellek boyutu boyu ve eni ile ölçülür (boy x en)

bellek gözü sayısı: boy her gözdeki göze sayısı: en

bellek boyutu bellek kırmığına gelen adres yolu

sayısının bir fonksiyonu

bellek gözü sayısı = 2(adres yolu sayısı)

adres yolu sayısı 10 olan bir bellekteki göz sayısı

210 = 1024 bellek gözü (1K)

bellek gözü sayısı 4096 olan bir belleği adres yolu

sayısı Log2 4096=12 adres yolu

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Belleğe Erişme

Belleğe Erişme Zamanı:Bir bellek gözünün

içeriğinin okunması ve bir bellek gözüne veri yazılması için gereken süre.

7

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Okuma İşlemi

Saat işaretinin 1’den 0’a inmesiyle adres yoluna adres

bilgileri konur.

SAAT ADRES

SEÇ girişine lojik 0 uygulanarak bellek seçilir

SEÇİCİ

OKU emrinin gönderilmesinin ardından bellek gözünün

içeriği veri yoluna aktarılır

OKU/YAZ VERİ Belleğe erişim süresi

www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/

Yazma İşlemi

Saat işaretinin 1’den 0’a inmesiyle adres yoluna adres

bilgileri konur.

SAAT ADRES

Yazılacak veri veri yoluna aktarılır.

VERİ

SEÇ girişine lojik 0 uygulanarak bellek seçilir

SEÇİCİ

OKU/YAZ sinyali 0 konumuna getirilir.

OKU/YAZ Belleğe erişim süresi