DERS 3 MİKROİŞLEMCİ SİSTEM MİMARİSİ

1. DERS 3 MİKROİŞLEMCİ SİSTEM MİMARİSİ

2. İçerik • Mikroişlemci Sistem Mimarisi • Mikroişlemcinin yürüttüğü işlemler • Mikroişlemci Yol (Bus) Yapısı • Mikroişlemci İç Veri İşlemleri • Çevresel Cihazlarca Yürütülen İşlemler

3. Mikroişlemci Mimarisi ve İşlemleri • Mikroişlemciler kaydedici (kütük-register), flip-flop, ve zamanlama elemanları kullanılarak tasarlanmış programlanabilir lojik cihazlardır. • Verileri düzenlemek ve çevresel cihazlar ile haberleşmek üzere belirlenmiş komutlara (veya buyruk - instruction) sahiptirler. • Gerçekleştirdikleri fonksiyonlar üç temel kategoriye bölünür: • Mikroişlemci tarafından yürütülen işlemler • Mikroişlemci iç veri işlemleri • Çevresel cihazlarca başlatılan işlemler

4. Mikroişlemci Sistemleri Bellek (memory) Veri, Adres, Kontrol YOLU (BUS) Giriş/Çıkış (I/O) Ünitesi MİB (CPU)

5. I) Mikroişlemci Tarafından Yürütülen İşlemler Mikroişlemci dört temel işlevi yerine getirir: • Hafızadan bilgi okuma • Hafızaya bilgi yazma • G/Ç (giriş-çıkış) biriminden bilgi okuma • G/Ç (giriş-çıkış) birimine bilgi yazma

6. I) Mikroişlemci Tarafından Yürütülen İşlemler • Tüm bu işlemler CPU ile çevresel cihazlar (hafıza dahil) arası haberleşme olarak tanımlanabilir. • Bunun için CPU • Çevresel cihaz veya hafızayı belirleme (seçme) • Zamanlama veya senkronizasyon sinyallerini oluşturma • Veriyi transfer etme fonksiyonlarını gerçekleştirir. • CPU bu işlevleri üç adet yol (bus) vasıtasıyla gerçekleştirir.

7. Mikroişlemci Yol (Bus) Yapısı CPU MİB adres yolu veri yolu kontrol yolu Input Giriş Output Çıkış Memory Hafıza

8. Adres Yolu (Address Bus) • A0 ... An şeklinde ifade edilen bir grup bağlantı hattıdır • Adres yolu CPU’dan hafıza veya çevresel cihazlara doğru tek-yönlü bir bağlantı sağlar • CPU adres yolunu 1. işlevi olan çevresel cihaz veya hafızayı belirlemek (seçmek) için kullanır • Bilgisayar sistemlerinde her bir cihaz veya hafıza adres adı verilen (evlerin kapı numarası gibi) bir binary sayı ile tanımlanır.

9. Kontrol Yolu (Control Bus) • Çeşitli senkronizasyon sinyallerini taşıyan tek bağlantı hatlarıdır • CPU’dan hafıza veya çevresel cihazlara tek-yönlü bir bağlantı sağlar • CPU kontrol yolunu 2. işlevi olan senkronizasyon sinyallerini oluşturmak için kullanır

10. Veri Yolu (Data Bus) • D0 ... Dm şeklinde ifade edilen bir grup bağlantı hattıdır • Data yolu CPU ile çevresel cihazlar arasında çift-yönlü bir bağlantı sağlar • CPU adres yolunu 3. işlevi olan çevresel cihaz veya hafızayla arasında veri transferi için kullanır

11. HAFIZA ELEMANI • Belleğin temel birimi göze olarak adlandırılır. • Her bir göze ile bir bit bilgi depolanır. • Her göze veri yolunun bir bitini oluşturur. • Gözeler yan yana konarak bir bellek gözü oluşur. • Bellek gözlerinin üst üste konulmasıyla bellek (ya da bellek kırmıkları) oluşur. • Bellek kırmıkları birleştirilerek kullanıldığı sistemdeki toplam bellek kapasitesi arttırılır. • 8-bit (göze) 1 BYTE (1B) olarak adlandırılır • 1024 tane 8-bit bellek 1 KB olarak tanımlanır • 1KB gözeler düşünülürse  1024 x 8 bit (1Kbit) tanımlar

12. HAFIZA ELEMANI Mikroişlemciler Mikrobilgisayarlar, Eşref Adalı, sayfa 75

13. HAFIZA ELEMANI Mikroişlemciler Mikrobilgisayarlar, Eşref Adalı, sayfa 84

14. I) Mikroişlemci Tarafından Yürütülen İşlemler • CPU bir cihaz ile haberleşmek için • Adres yoluna hangi cihazla (hafıza devreleri dahil) haberleşecekse onun bilgisini yollar • Bu bilgi ile ilgili hafıza veya çevresel cihaz aktif duruma geçirilir • Sonra okuma/yazma şeklindeki ilgili işlem için bir kontrol sinyali yollanır. Mesela MemoryRead sinyali. • Böylece ilgili veri data yoluna aktarılarak CPU ile cihaz arası transfer edilir • Elde edilen veri CPU tarafından işlenir

15. II) İç Veri İşlemleri • Mikroişlemciler veriler üzerinde şu işlemleri gerçekleştiriler: • Veriyi depolarlar • Aritmetik ve lojik işlemler yaparlar • Bazı koşulların oluşmasını test ederler • Komutlarım işletilme sırasını düzenlerler • Yığın (stack) adı verilen bir yapı yardımıyla geçici veri depolarlar • Tüm bu işlemleri gerçekleştirmek için mikroişlemciler kaydedici (register), ALU (aritmetik lojik birimi), kontrol lojik devresi ve için veri akışı için yollar (bus) içerirler

16. II) İç Veri İşlemleri • Register (kaydedici): • Bunlar mikroişlemci içerisindeki hafıza hücreleri gibi düşünülebilirler. • Kullanıcılar tarafından veri aktarma ve yüklemede kullanılabildikleri için programlanabilir özelliktedirler. • Bazı işlemcilerde olmayıp yerine hafıza elemanının kendisi kullanılır (PIC16F84 gibi). • Akümülatör (accumulator): • ALU’nun bir parçası olan register dır. • Data saklamak, aritmetik ve lojik işlemler yapmak için kullanılır. • PIC16F84 işlemcisinde W adlı register bu amaçla kullanılır

17. II) İç Veri İşlemleri • Durum Kütüğü (Bayrak-flag): ALU tarafından yapılan işlemler sonucu oluşan bazı özel durumların bilgisinin kaydedildiği özel bir register’dır. Bu bilgiler: • Sıfır: akümülatör değerinin sıfır oluşu • Negatif: akümülatördeki sayının negatif oluşu (7.bit) • Elde: toplama işlemi sonunda akü.’e sığmama durumu • Borç: çıkarmada çıkan sayının ana sayıdan büyük olması ile ortaya çıkan borç durumu • Taşma:işaretli sayılarla yapılan işlemlerde sonucun dinamik aralık dışına çıkması durumu PIC 16F84 işlemcisinde STATUS adı ile tanımlı kaydedici bu amaçla kullanılır.

18. II) İç Veri İşlemleri • Program Sayacı (program counter): • Bu bir hafıza göstergesidir. • İşletilecek bir sonraki hafıza hücresi bilgisi burada saklanır. • Mikroişlemci komutların işletilme sırasını bu şekilde belirler. • Yığın Göstergesi (stack pointer): • Yığın adı verilen bir hafıza bölgesinin farklı hücrelerini gösteren bir register’dır. • Bu üst-üste verilerin yığıldığı veya bu yığından verilerin geri alındığı bir kağıt tomarı gibi çalışır. • En son verinin saklandığı hafıza hücresi bu register ile saklanır

19. III) Çevresel/Harici Cihazlarca Yapılan İşlemler • Reset: • Tüm işlemler durdurulur. • Program işletimi başlangıç hafıza hücresine döner • Interrupt (kesme): • İşlemci normal komut işletimini keser • Bir servis işlemini yürütür,bitirir ve eksi görevine geri döner • Hazır (ready): • Mikroişlemciyi beklemeye sokan harici sinyal • Yavaş çevresel cihazlarla sonkronizasyonu sağlar • Hold: Yolların (bus) kontrolünü çevresel cihaza vermek üzere işlemci bu işlevini askıya alır

20. DERS 3 MİKROİŞLEMCİLER MİMARİSİ - SON- Kaynaklar: 1) Mikroişlemciler Mikrobilgisayarlar, Eşref Adalı, ISBN 975-511-175-1 2) Microprocessor Architecture, Programming and Applications with the 8085/8080A, Ramesh S. Gaonkar 3) Texas Instruments DSP Teaching Materials, Naim Dahnoun