MİKROİŞLEMCİ SİSTEMLERİ Bilgisayar Yapısı Bilgisayar Temel

advertisement
Bilgisayar Yapısı
„
MİKROİŞLEMCİ SİSTEMLERİ
Bilgisayar verilen verileri, belirlenen bir
programa göre işleyen, istenildiğinde
saklayabilen, gerektiği zaman geriye verebilen
sayısal bir alettir.
„
Yrd. Doç. Dr. Şule Gündüz Öğüdücü
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
„
„
„
Belleme yeteneği
Hesaplama yeteneği
Karar verme yeteneği
Giriş-çıkış yeteneği
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Bilgisayar Temel Birimleri
MİB Yapısı
„
Bellek Adres Kütüğü (BAK)
Denetçi
Sistem Yolu: Adres Yolu, Veri Yolu, Denetim Yolu
Bellek Veri Kütüğü (BVK)
Akümülatör (ACC)
„
Aritmetik Lojik Birim (ALB)
Merkezi İşlem Birimi (MİB)
Disk
„
„
„
Merkezi İşlem
Birimi (MİB)
Bellek
Giriş-çıkış
arabirimi (G/Ç)
„
„
G/Ç
Arabirimi
Bellek
„
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Kütükler
„
Kütükler
Aynı saat işaretinin uygulandığı flip-flop’lardan
oluşur.
Giriş
Bit “3”
Giriş
Bit “2”
D Q
> CK
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.
Giriş
Bit “1”
D Q
> CK
Giriş
Bit “0”
D Q
> CK
„
„
D Q
> CK
Saat
„
„
Çıkış
Bit “3”
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Çıkış
Bit “2”
Çıkış
Bit “1”
Çıkış
Bit “0”
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
olan veriyi saklamak için kullanılırlar. (BAK,
BVK).
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
1
Aritmetik Lojik Birim
„
MİB tarafından yürütülen bütün işlemleri yerine
getirir.
„
„
„
Denetçi
„
MİB içindeki kontrol işlemleri
„
„
Aritmetik
Lojik
„
Komutların sıralanması ve yürütülmesi
Veri yolu kontrolu
MİB içindeki yolların kontrolu
:
Bilgisayar mimarisi ALB’in boyunu belirler.
„
MİB dışındaki kontrol işlemleri
„
„
„
„
Sistem yolunun kontrolu
Kesme işlemleri
Sistemin durumu
Bellek yönetimi
:
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Bilgisayar Bağlantıları
Bilgisayarın Çalışma Düzeni
Denetim Yolu
BVK
DEN
MİB
BAK
„
Veri Yolu
Adres yolu
Örnek:X ve Y sayılarının 3000 ve 3001 nolu
bellek gözlerine yazılması, sayıların toplanması
sonucun 3002 nolu bellek gözüne yazılması
G/Ç
Bellek Adresi
BELLEK
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
X’i ACC’ye yükle
1002
1003
1004
1005
1006
1007
ACC’nin içeriğini 3000 nolu bellek gözüne yaz
Y’i ACC’ye yükle
ACC’nin içeriğini 3001 nolu bellek gözüne yaz
3000 sayılı bellek gözünün içeriğini ACC’ye yükle
3001 sayılı bellek gözünün içeriğini ACC’ye ekle
ACC’nin içeriğini 3002 nolu bellek gözüne yaz
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Buyruk Yürütülmesi
Getirme Çevrimi
Buyruk
Okuma
Buyruk
Çözme
Buyruk uzunluğunu ve gerekli komutları belirleme
Buyruklar
„
Bilgisayara bir işlem yaptırmak için kullanılan
adımlar
„
„
İşlenen
Okuma
Yürütme Çevrimi
Bellekten buyruğun okunması
İşlenenin adresini belirleme ve okuma
Yürütme
İşlemi yürütme
Sonucu
Daha sonraki kullanım için sonucu saklama
Saklama
Sonraki
Buyruk
İşlem
1001
„
„
„
3+1 adresli buyruk kalıbı
3 adresli buyruk kalıbı
2 adresli buyruk kalıbı
1 adresli buyruk kalıbı
0 adresli buyruk kalıbı
Bir sonraki buyruğu yürütme
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
2
Buyruklar
„
3+1 Adresli buyruk kalıbı: TOP X,Y,Z,N
Komut
„
1.İşlenen
adresi
1.İşlenen adresi
Bir sonraki
buyruğun adresi
„
2.İşlenen adresi
Bilgisayarın çalışmasına yön verecek programı
ve programın üzerinde çalışacağı verileri saklar.
„
„
„
„
1 Adresli buyruk kalıbı: TOP A,X
Kütük Adı
„
Read Only Memory (ROM)
„
Yarı iletken malzeme kullanılır. Veriler üretim
sırasında yazılır.
„
„
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Programlanabilir Salt Oku Bellek (PROM)
„
„
„
„
Özel amaçlı bilgisayarlar
Sabit programla çalışan bilgisayarlar
Sistem programları
„
„
„
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
„
„
„
„
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/
Üretildikleri zaman
bütün gözleri 1 veya 0
Üretim sonrasında özel
bir aletle sigorta
konumu değiştirilerek
programlanır.
Vcc
Sigorta
Sadece bir kere
programlanabilir.
Veriler silinemez.
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Silinebilir Programlanabilir Salt Oku Bellek
Erasable PROM (EPROM)
Üretildiklerinde tüm bellek gözleri 1 konumunda
Programmable ROM
Her bellek gözesi için bir
sigorta
„
Veri okunabilir ancak yazılamaz.
Kullanım alanları:
„
„
Statik Oku/Yaz Bellek (SRAM)
Dinamik Oku/Yaz Bellek (DRAM)
0 Adresli buyruk kalıbı: YIĞ A, ÇEK A
Salt Okunabilir Bellek
„
Salt Oku Bellek (ROM)
Programlanabilir Salt Oku Bellek (PROM)
Silinebilir Programlanabilir Salt Oku Bellek (EPROM)
Oku/Yaz Bellekler (RAM)
„
İşlenen adresi
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
„
Salt Oku Bellekler
„
Sonucun adresi
1. İşlenen adresi 2. İşlenen adresi
Komut
„
Sonucun
adresi
2 Adresli buyruk kalıbı: TOP X,Y
Komut
„
2.İşlenen
adresi
3 Adresli buyruk kalıbı: TOP X,Y,Z
Komut
„
Bellek
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)
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
3
Flash Bellek
„
„
„
„
Oku/Yaz Bellek (RAM)
Programlarken hızlı olması nedeniye flash
bellek olarak adlandırılıyor.
Elektriksel olarak siliniyor.
Veri bloklar halinde silinebilir.
Her bit için bir tranzistor kullanılır.
„
„
„
„
Random Access Memory (RAM)
Okuma ve yazma işlemi elektriksel olarak
yapılır.
Güç kesildiği anda veriler kaybolur.
İki tip RAM
„
„
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Statik Oku/Yaz Bellek (SRAM)
Dinamik Oku/Yaz Bellek (DRAM)
„
„
„
Bir kapasite ve tranzistörden
oluşur.
Veri kapasitenin
doldurulması ile saklanıyor
Kapasite kaçak akımlar
nedeniyle boşaldığı için
belleğin tazelenmesi
gerekiyor.
1 yükleniyor
tazeleniyor
Statik RAM
Dinamik RAM
satır
„
„
„
bit
„
tazeleniyor
Herbir göze bir flip-flop.
Verinin kaybolmaması için belleğin tazelenmesi
gerekmemektedir.
Daha hızlı ve daha pahalıdır.
Genellikle cep bellekler için kullanılır.
tazeleniyor
Vc
Vcc
HIGH
LOW
0
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
t
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
oluşur
„
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)
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
4
Üç Konumlu Kapılar
„
„
Üç Konumlu Kapılar
Bellek birimlerinde yaygın olarak kullanılan bir
devre
Üç konumu bulunan lojik kapı
„
İki girişi bir çıkışı bulunan bir devre
Lojik kapı girişi
İzin girişi
„
„
Lojik 0, lojik 1 ve yüksek empedans
Yüksek empedans konumunda çıkıştan
tamamen yalıtılmış
„
„
„
„
Lojik 0 ise kapı girişine uygulanan girişin etkisi çıkışa
aktarılır
Lojik 1 ise çıkış yüksek empedans konumunda
Giriş
VEYA
Çıkış
Giriş
İzin
Çıkış lojik 0
Çıkış lojik 1
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Temel Bellek Elemanı
Temel Bellek Elemanı
Temel Bellek elemanı D tutucu
„
Giriş
Çıkış
İzin girişi
„
„
„
Giriş ve çıkış veri yoluna bağlı
Girişte her zaman veri mevcut, çıkış her zaman
tutucunun içeriği ile yüklü
„
„
Veri girişi
İzin
Yüksek empedans
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
„
D
Q
Veri çıkış
Girişe ve çıkışa üç konumlu kapılar bağlanarak
giriş ve çıkış istenildiği zaman veri yolundan
yalıtılıyor.
Veri Girişi
İzin
EN
D
YAZ
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Bellek Düzeni
4 tutucu birlikte bağlanırsa 4 bitlik bir bellek
gözü elde edilir
I1
I2
D3
I3
SEÇ0
D
Q
D
Q
EN
Q
EN
O0
O1
SEÇ1
O2
O3
G
SEÇ2
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
G
G
EN
İZİN
OKU
D1
D0
EN
Ç
G
Ç
G
Ç
G
EN
Ç
G
Ç
G
EN
Ç
G
Ç
G
Ç
G
EN
Ç
D
Q
EN
Veri Yolu
D2
Yön
YAZ
D
EN
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Bellek Gözü
I0
Veri Çıkışı
Q
OKU
İzin
„
Çıkış
EN
EN
EN
EN
Ç
G
EN
EN
EN
EN
Ç
Ç
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
5
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
Bellek Tasarımı
„
I0
YAZ
I1
I2
I3
Giriş Kapılar
SEÇ0
Bellek Gözü 0
SEÇ1
Bellek Gözü 1
SEÇ2
Bellek Gözü 2
SEÇ3
Bellek Gözü 3
OKU
Çıkış Kapıları
O0
O1
O2
giriş ve çıkışta üç konumlu kapılar bulunduğu
için bellek girişi ve çıkışı için aynı uçlar
kullanılabilir
YAZ
A1
A0
Giriş Kapıları
K
o
d
A
d
r
e
s
Ç
ö
z.
O3
D0
Bellek Gözü 1
D1
A1
D1
Bellek Gözü 2
D2
A0
D2
Bellek Gözü 3
D0
D3
D3
Çıkış Kapıları
OKU
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Bellek Gözü 0
OKU YAZ
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Bir Belleğin Dıştan Görünümü
Adresleme
Veri Yolu
Adres Yolu
„
Bellek
„
„
SEÇİCİ
OKU/YAZ
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.
„
Tek boyutlu adresleme
A2
Adres Yolu
„
Veri Yolu
„
A1
A0
3’e 8
Kod Çözücü
2 Boyutlu adresleme
8x8 Bellek
8x8 Bellek
A1
A0
2’ye 4
Kod Çözücü
1’e2
Kod çözücü
A3
Veri Yolu
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
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
Belleğe Erişme
„
Belleğe Erişme Zamanı:Bir bellek gözünün
içeriğinin okunması ve bir bellek gözüne veri
yazılması için gereken süre.
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/
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
6
Okuma İşlemi
„
Saat işaretinin 1’den 0’a inmesiyle adres yoluna adres
bilgileri konur.
Yazma İşlemi
„
SAAT
SAAT
ADRES
„
ADRES
SEÇ girişine lojik 0 uygulanarak bellek seçilir
„
Yazılacak veri veri yoluna aktarılır.
„
SEÇ girişine lojik 0 uygulanarak bellek seçilir
„
OKU/YAZ sinyali 0 konumuna getirilir.
VERİ
SEÇİCİ
„
Saat işaretinin 1’den 0’a inmesiyle adres yoluna adres
bilgileri konur.
OKU emrinin gönderilmesinin ardından bellek gözünün
içeriği veri yoluna aktarılır
OKU/YAZ
VERİ
SEÇİCİ
OKU/YAZ
Belleğe erişim süresi
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
www3.itu.edu.tr/~sgunduz/courses/mikroisl/
Belleğe erişim süresi
7
Download