DERS 3 MİKROİŞLEMCİ SİSTEM MİMARİSİ

DERS 3DERS 3

MİKROİŞLEMCİ SİSTEM MİMARİSİMİKROİŞLEMCİ SİSTEM MİMARİSİ

Dr. Emin Argun Oral, Atatürk Üniversitesi 2008Ders 3, Slayt 2

Mikroişlemci Sistem MimarisiMikroişlemci Sistem Mimarisi Mikroişlemcinin yürüttüğü işlemlerMikroişlemcinin yürüttüğü işlemler Mikroişlemci Yol (Bus) YapısıMikroişlemci Yol (Bus) Yapısı Mikroişlemci İç Veri İşlemleriMikroişlemci İç Veri İşlemleri Çevresel Cihazlarca Yürütülen İşlemlerÇevresel Cihazlarca Yürütülen İşlemler

İçerikİçerik


Mikroişlemciler kaydedici (kütük-register), Mikroişlemciler kaydedici (kütük-register), flip-flop, ve zamanlama elemanları flip-flop, ve zamanlama elemanları kullankullanıılarak larak tasarlanmış programlanabilir tasarlanmış programlanabilir lojik cihazlardır.lojik cihazlardır.

Verileri düzenlemek ve çevresel cihazlar ile Verileri düzenlemek ve çevresel cihazlar ile haberleşmek üzere haberleşmek üzere belbelirlenmiş komutlara irlenmiş komutlara (veya buyruk - instruction) sahiptirler. (veya buyruk - instruction) sahiptirler.

Gerçekleştirdikleri fonksiyonlar üç temel Gerçekleştirdikleri fonksiyonlar üç temel kategoriye bölünür:kategoriye bölünür:

I.I. Mikroişlemci tarafından yürütülen işlemlerMikroişlemci tarafından yürütülen işlemler

II.II. Mikroişlemci iç veri işlemleriMikroişlemci iç veri işlemleri

III.III. Çevresel cihazlarca başlatılan işlemlerÇevresel cihazlarca başlatılan işlemler

Mikroişlemci Mimarisi ve İşlemleriMikroişlemci Mimarisi ve İşlemleri


Mikroişlemci Mikroişlemci SSiistemstemlerileri

GirişGiriş//ÇıkışÇıkış

(I(I/O/O))

ÜnitesiÜnitesiMİBMİB

((CCPU)PU)

Bellek (memory)Bellek (memory)

Veri, Adres, Kontrol YOLU (BUS)Veri, Adres, Kontrol YOLU (BUS)


Mikroişlemci dört temel işlevi yerine getirir:Mikroişlemci dört temel işlevi yerine getirir: Hafızadan bilgi okumaHafızadan bilgi okuma Hafızaya bilgi yazmaHafızaya bilgi yazma GG//Ç (giriş-çıkış) biriminden bilgi okumaÇ (giriş-çıkış) biriminden bilgi okuma GG//Ç (giriş-çıkış) birimine bilgi yazmaÇ (giriş-çıkış) birimine bilgi yazma

I) Mikroişlemci Tarafından Yürütülen İşlemlerI) Mikroişlemci Tarafından Yürütülen İşlemler


Tüm bu işlemler CPU ile çevresel cihazlar Tüm bu işlemler CPU ile çevresel cihazlar (hafıza dahil) arası haberleşme olarak (hafıza dahil) arası haberleşme olarak tanımlanabilir. tanımlanabilir.

Bunun için CPUBunun için CPU

1)1) Çevresel cihaz veya hafızayı belirleme (seçme)Çevresel cihaz veya hafızayı belirleme (seçme)

2)2) Zamanlama veya senkronizasyon sinyallerini Zamanlama veya senkronizasyon sinyallerini oluşturmaoluşturma

3)3) Veriyi transfer etmeVeriyi transfer etme

fonksiyonlarını gerçekleştirir.fonksiyonlarını gerçekleştirir. CPU bu işlevleri üç adet yol (bus) vasıtasıyla CPU bu işlevleri üç adet yol (bus) vasıtasıyla

gerçekleştirir.gerçekleştirir.



Mikroişlemci Yol (Bus) YapısıMikroişlemci Yol (Bus) Yapısı

InputInput

GirişGiriş

CCPUPU

MİBMİB

MemoryMemory

HafızaHafıza

veri yoluveri yolu

adres yoluadres yolu

kontrol yolukontrol yolu

OutputOutput

ÇıkışÇıkış


AA00 ... A ... Ann şeklinde ifade edilen bir grup şeklinde ifade edilen bir grup

bağlantı hattıdırbağlantı hattıdır Adres yolu CPU’dan hafıza veya çevresel Adres yolu CPU’dan hafıza veya çevresel

cihazlara doğru tek-yönlü bir bağlantı sağlarcihazlara doğru tek-yönlü bir bağlantı sağlar CPU adres yolunu 1. işlevi olan çevresel CPU adres yolunu 1. işlevi olan çevresel

cihaz veya hafızayı belirlemek (seçmek) için cihaz veya hafızayı belirlemek (seçmek) için kullanırkullanır

Bilgisayar sistemlerinde her bir cihaz veya Bilgisayar sistemlerinde her bir cihaz veya hafıza adres adı verilen (evlerin kapı hafıza adres adı verilen (evlerin kapı numarası gibi) bir binary sayı ile tanımlanır. numarası gibi) bir binary sayı ile tanımlanır.

Adres Yolu (Address Bus)Adres Yolu (Address Bus)


Çeşitli senkronizasyon sinyallerini taşıyan Çeşitli senkronizasyon sinyallerini taşıyan tek bağlantı hatlarıdırtek bağlantı hatlarıdır

CPU’dan hafıza veya çevresel cihazlara tek-CPU’dan hafıza veya çevresel cihazlara tek-yönlü bir bağlantı sağlaryönlü bir bağlantı sağlar

CPU kontrol yolunu 2. işlevi olan CPU kontrol yolunu 2. işlevi olan senkronizasyon sinyallerini oluşturmak için senkronizasyon sinyallerini oluşturmak için kullanırkullanır

Kontrol Yolu (Control Bus)Kontrol Yolu (Control Bus)


DD00 ... D ... Dmm şeklinde ifade edilen bir grup şeklinde ifade edilen bir grup

bağlantı hattıdırbağlantı hattıdır Data yolu CPU ile çevresel cihazlar arasında Data yolu CPU ile çevresel cihazlar arasında

çift-yönlü bir bağlantı sağlarçift-yönlü bir bağlantı sağlar CPU adres yolunu 3. işlevi olan çevresel CPU adres yolunu 3. işlevi olan çevresel

cihaz veya hafızayla arasında veri transferi cihaz veya hafızayla arasında veri transferi için kullanıriçin kullanır

Veri Yolu (Data Bus)Veri Yolu (Data Bus)


HAFIZA ELEMANIHAFIZA ELEMANI Belleğin temel birimi Belleğin temel birimi gözegöze olarak adlandırılır. olarak adlandırılır. Her bir göze ile bir Her bir göze ile bir bitbit bilgi depolanır. bilgi depolanır. Her göze veri yolunun bir bitini oluşturur.Her göze veri yolunun bir bitini oluşturur. Gözeler yan yana konarak bir Gözeler yan yana konarak bir bellek gözübellek gözü oluşur. oluşur. Bellek gözlerinin üst üste konulmasıyla Bellek gözlerinin üst üste konulmasıyla bellekbellek (ya (ya

da bellek kırmıkları) oluşur.da bellek kırmıkları) oluşur. Bellek kırmıkları birleştirilerek kullanıldığı Bellek kırmıkları birleştirilerek kullanıldığı

sistemdeki toplam bellek kapasitesi arttırılır.sistemdeki toplam bellek kapasitesi arttırılır. 8-bit (göze) 1 BYTE (1B) olarak adlandırılır8-bit (göze) 1 BYTE (1B) olarak adlandırılır 1024 tane 8-bit bellek 1 KB olarak tanımlanır1024 tane 8-bit bellek 1 KB olarak tanımlanır 1KB gözeler düşünülürse 1KB gözeler düşünülürse 1024 x 8 bit (1Kbit) 1024 x 8 bit (1Kbit)

tanımlar tanımlar


HAFIZA ELEMANIHAFIZA ELEMANI

Mikroişlemciler Mikrobilgisayarlar, Eşref Adalı, sayfa 75Mikroişlemciler Mikrobilgisayarlar, Eşref Adalı, sayfa 75


HAFIZA ELEMANIHAFIZA ELEMANI

Mikroişlemciler Mikrobilgisayarlar, Eşref Adalı, sayfa Mikroişlemciler Mikrobilgisayarlar, Eşref Adalı, sayfa 8484


CPU bir cihaz ile habeCPU bir cihaz ile haberrleşmek içinleşmek için

Adres yoluna hangi cihazla (hafıza devreleri Adres yoluna hangi cihazla (hafıza devreleri dahil) haberleşecekse onun bilgisini yollardahil) haberleşecekse onun bilgisini yollar

Bu bilgi ile ilgili hafıza veya çevresel cihaz aktif Bu bilgi ile ilgili hafıza veya çevresel cihaz aktif duruma geçirilirduruma geçirilir

Sonra okumaSonra okuma/yazma /yazma şeklindeki ilgili işlem için şeklindeki ilgili işlem için bir kontrol sinyali yollanır. Mesela MemoryRead bir kontrol sinyali yollanır. Mesela MemoryRead sinyali.sinyali.

Böylece ilgili veri data yoluna aktarılarak CPU Böylece ilgili veri data yoluna aktarılarak CPU ile cihaz arası transfer edilirile cihaz arası transfer edilir

Elde edilen veri CPU tarafından işlenirElde edilen veri CPU tarafından işlenir



Mikroişlemciler veriler üzerinde şu işlemleri Mikroişlemciler veriler üzerinde şu işlemleri gerçekleştiriler:gerçekleştiriler: Veriyi depolarlarVeriyi depolarlar Aritmetik Aritmetik vve lojik işlemler yaparlare lojik işlemler yaparlar Bazı koşulların oluşmasını test ederlerBazı koşulların oluşmasını test ederler Komutlarım işletilme sırasını düzenlerlerKomutlarım işletilme sırasını düzenlerler Yığın (stack) adı verilen bir yapı yardımıyla geçici Yığın (stack) adı verilen bir yapı yardımıyla geçici

veri depolarlar veri depolarlar

Tüm bu işlTüm bu işleemleri gerçekleştirmek için mleri gerçekleştirmek için mikroişlemciler kaydedici (register), ALU mikroişlemciler kaydedici (register), ALU (aritmetik lojik birimi), kontrol lojik devresi ve (aritmetik lojik birimi), kontrol lojik devresi ve için veri akışı için yollar (bus) içerirleriçin veri akışı için yollar (bus) içerirler

II) İç Veri İşlemleriII) İç Veri İşlemleri


Register (kaydedici): Register (kaydedici): Bunlar mikroişlemci içerisindeki hafıza hücreleri Bunlar mikroişlemci içerisindeki hafıza hücreleri

gibi düşünülebilirler. gibi düşünülebilirler. Kullanıcılar tarafından veri aktarma ve yüklemede Kullanıcılar tarafından veri aktarma ve yüklemede

kullanılabildikleri için programlanabilir kullanılabildikleri için programlanabilir özelliktedirler.özelliktedirler.

Bazı işlemcilerde olmayıp yerine hafıza elemanının Bazı işlemcilerde olmayıp yerine hafıza elemanının kendisi kullanılır (PIC16F84 gibi).kendisi kullanılır (PIC16F84 gibi).

Akümülatör (accumulator): Akümülatör (accumulator): ALU’nun bir parçası olan register dır.ALU’nun bir parçası olan register dır. Data saklamak, aritmetik ve lojik işlemler yapmak Data saklamak, aritmetik ve lojik işlemler yapmak

için kullanılır. için kullanılır. PIC16F84 işlemcisinde W adlı register bu amaçla PIC16F84 işlemcisinde W adlı register bu amaçla

kullanılırkullanılır



Durum Kütüğü (Bayrak-flag): ALU tarafından Durum Kütüğü (Bayrak-flag): ALU tarafından yapılan işlemler sonucu oluşan bazı özel yapılan işlemler sonucu oluşan bazı özel durumların bilgisinin kaydedildiği özel bir durumların bilgisinin kaydedildiği özel bir register’dır. Bu bilgiler:register’dır. Bu bilgiler: Sıfır: akümülatör değerinin sıfır oluşuSıfır: akümülatör değerinin sıfır oluşu Negatif: akümülatördeki sayının negatif oluşu (7.bit)Negatif: akümülatördeki sayının negatif oluşu (7.bit) Elde: toplama işlemi sonunda akü.’e sığmama durumu Elde: toplama işlemi sonunda akü.’e sığmama durumu Borç: çıkarmada çıkan sayının ana sayıdan büyük Borç: çıkarmada çıkan sayının ana sayıdan büyük

olması ile ortaya çıkan borç durumu olması ile ortaya çıkan borç durumu Taşma:işaretli sayılarla yapılan işlemlerde sonucun Taşma:işaretli sayılarla yapılan işlemlerde sonucun

dinamik aralık dışına çıkması durumudinamik aralık dışına çıkması durumu

PIC 16F84 işlemcisinde STATUS adı ile tanımlı PIC 16F84 işlemcisinde STATUS adı ile tanımlı kaydedici bu amaçla kullanılır.kaydedici bu amaçla kullanılır.



Program Sayacı (program counter): Program Sayacı (program counter): Bu bir hafıza göstergesidir.Bu bir hafıza göstergesidir. İşletilecek bir sonraki hafıza hücresi bilgisi burada İşletilecek bir sonraki hafıza hücresi bilgisi burada

saklanır. saklanır. Mikroişlemci komutların işletilme sırasını bu Mikroişlemci komutların işletilme sırasını bu

şekilde belirler. şekilde belirler.

Yığın Göstergesi (stack pointer):Yığın Göstergesi (stack pointer): Yığın adı verilen bir hafıza bölgesinin farklı hücrelerini Yığın adı verilen bir hafıza bölgesinin farklı hücrelerini

gösteren bir register’dır.gösteren bir register’dır. Bu üst-üste verilerin yığıldığı veya bu yığından verilerin Bu üst-üste verilerin yığıldığı veya bu yığından verilerin

geri alındığı bir kağıt tomarı gibi çalışır.geri alındığı bir kağıt tomarı gibi çalışır. En son verinin saklandığı hafıza hücresi bu register ile En son verinin saklandığı hafıza hücresi bu register ile

saklanır saklanır



ResetReset: : TTüüm m işişlemler durdurulurlemler durdurulur.. Program işletimi başlangıç hafıza hücresine dönerProgram işletimi başlangıç hafıza hücresine döner

Interrupt (kesme):Interrupt (kesme): İşlemci normal komut işletimini keserİşlemci normal komut işletimini keser Bir servis işlemini yürütür,bitirir ve eksi görevine geri dönerBir servis işlemini yürütür,bitirir ve eksi görevine geri döner

Hazır (ready): Hazır (ready): Mikroişlemciyi beklemeye sokan harici sinyalMikroişlemciyi beklemeye sokan harici sinyal Yavaş çevresel cihazlarla sonkronizasyonu sağlarYavaş çevresel cihazlarla sonkronizasyonu sağlar

Hold: Yolların (bus) kontrolünü çevresel cihaza Hold: Yolların (bus) kontrolünü çevresel cihaza vermek üzere işlemci bu işlevini askıya alırvermek üzere işlemci bu işlevini askıya alır

III) ÇevreselIII) Çevresel//Harici Cihazlarca Yapılan İşlemlerHarici Cihazlarca Yapılan İşlemler

DERS DERS 33

MİKROİŞLEMCİLER MİMARİSİ MİKROİŞLEMCİLER MİMARİSİ

- SON- SON ---KaynaklarKaynaklar::-1) Mikroişlemciler Mikrobilgisayarlar, Eşref Adalı, ISBN 975-511-175-11) Mikroişlemciler Mikrobilgisayarlar, Eşref Adalı, ISBN 975-511-175-1-2) Microprocessor 2) Microprocessor AArchitecture, rchitecture, PProgramming and rogramming and AApplications with the pplications with the 80858085/8080A, Ramesh S. Gaonkar/8080A, Ramesh S. Gaonkar-3) Texas Instruments DSP Teaching Materials3) Texas Instruments DSP Teaching Materials, Naim Dahnoun, Naim Dahnoun

Documents

DERS 3 MİKROİŞLEMCİ SİSTEM MİMARİSİ