Mikroişlemciler ve Mimarileri hakkında bilgiler

Bu yazımızda bilgisayarın birnevi beyni olan temel mikroişlemcileri ve yapılarını tanıtarak, intel mikroişlemci mimarisini anlatmaya çalışacağız. Mikroişlemci, bellek ve I/O elemanlarının birleşiminden meydana gelir. Bu sebeple bilgisayarın temelidir.

Basit Mikroişlemci Mimarisi

Mikroişlemci, bellek ve I/O elemanlarının birleşiminden meydana gelen mikroişlemciye dayalı bilgisayar
sistemlerine mikrobilgisayar denir.

Mikroişlemci, bir mikrobilgisayarın merkezi işlem birimidir. İşlemcinin fonksiyonu, program komut
kodlarının bellekten alınıp getirilmesi, kodunun çözülmesi ve çalıştırılması ve giriş-çıkış işlemlerinde
kullanılan kontrol sinyallerinin üretilmesi ve senkronizasyonun sağlanmasıyla sonuçların gözlenmesi
işlemleridir. Bir mikroişlemcinin konfigürasyonuna kaydediciler, komut kod-çözücüsü, aritmetik ve mantık birimi, işlemlerde ardışıklığı sağlamak için frekans üretici, bölücü ve sayıcı gibi zamanlama ve kontrol elemanları dâhildir.

Mikroişlemciler bilgisayarın kalbidir, aynı zamanda Merkezi işlem Birimi (CPU) olarak anılır. CPU genel
olarak aşağıdaki işlemleri yapar.

• Sistemdeki tüm elemanlar ve birimlere zamanlama ve kontrol sinyali sağlar
• Bellekten komut alıp getirir.
• Komutun kodunu çözer.
• Komutun operandına göre, veriyi kendisine veya G/Ç birimine aktarır.
• Aritmetik ve mantık işlemlerini yürütür.
• Program işlenirken, diğer donanım birimlerinden gelen kesme taleplerine cevap verir.

Mikroişlemcinin Mimari Yapısı en basit şekliyle

• Aritmetik ve Mantık Birimi(ALU)
• Zamanlama ve Kontrol Birimi
• Kaydediciler

Birilerinden oluşur.

Aritmetik ve Mantık Birimi(ALU)

ALU, mikroişlemcide aritmetik ve mantık işlemlerinin yapıldığı yerdir. Bu birime giriş işlemleri, akümülatör kaydedicisiyle bellekten alınan veri arasında veya akümülatörle diğer kaydediciler arasında olabilir.

ALU’ da yürütülecek işlemler, Aritmetik işlemler olarak toplama, çıkarma, bölme ve çarpma, mantık
işlemleri denince, AND, OR, EXOR, ve NOT dır. ALU da yapılan bütün bu işlemler kontrol sinyalleri vasıtası ile, zamanlama ve kontrol biriminin gözetiminde eşzamanlı olarak yapılır.

ALU’ da basit matematik komutlar zorlanmadan işlenebilir fakat karmaşık aritmetik işlemleri
gerçekleştirmek için ayrı altyordam gruplarına veya e elektronik devrelere ihtiyaç duyulur. Eğer ek devre
konulmamışsa, mevcut devrelerle bu işlemleri gerçekleştirmek için birbiri ardına aynı komutu defalarca
işlemek gereklidir, bu da zaman kaybı demektir. Gelişmiş mikroişlemcilerde bu devreler yerleşik
vaziyettedir. Gelişmiş mikroişlemcilerde aynı zamanda, Kesirli sayılarla işlem yapmayı sağlayan FPU(
Floating Point Unit) denilen bir işlemci daha yerleştirilmiştir.

Zamanlama ve Kontrol Birimi

Sistemin tüm işleyişinden ve işlemin zamanında yapılmasını sağlar. Zamanlama ve Kontrol birimi, bellekte program bölümünde bulunan komut kodunun alınıp getirilmesi, kodunun çözülmesi, ALU tarafından işlenmesi ve sonucunun alınıp belleğe geri konulması için gerekli olan kontrol sinyallerini üretir. Bilgisayar sisteminde bulunan dahili ve harici bütün elemanlar bu kontrol sinyalleri ile denetlenir.

Kaydediciler

Bir işlemcinin tasarımında, mühendisler tamamıyla insanoğlunun günlük yaptığı iş ve davranışlara göre
düzen yapmışlardır. Buna göre, yapılan iş ham bilgi girdisinin hızlı bir şekilde işlenerek kullanılabilir çıktıya dönüştürmesi olacağına göre, bu sistemde mutlaka verileri Gerçekçi olarak üzerinde tutacak, bir grup veri saklayıcıya yani kaydediciye ihtiyaç olacaktır. İşlemci içerisinde bir program yürütülürken, işlemcinin içerisinde yani yanı başında, kaydedicilere gerek duyulur.