Microişlemci Nedir
Genel bir ifadeyle bir esas işi yapan kısmı olarak isimlendirilebilecekolan mikroişlemciler hakkında biraz daha ayrıntılı bir açıklama şuşekilde yapılabilir:
Bir dijital bilgisayar üç temel kısımdan oluşmaktadır.
Merkezi İşlem Birimi – MİB (Central Processing Unit – CPU)
Program ve Veri Hafızaları (Program and Data Memory)
Giriş – Çıkış Birimleri (Input – Output Units)
Merkezi İşlem Birimi (MİB / CPU), verileri işleme ve sistemi oluşturançeşitli birimler arasında bilgi akışı kontrolü işlemlerinigerçekleştirir. Veri işlemenin büyük çoğunluğu MİB de yer alanAritmetik Lojik Birim üzerinde gerçekleştirilir.
Ancak bu işlemlerin gerçekleştirilmesi sırasında Kod Çözme KontrolBirimleri ile çeşitli Saklayıcılar (Registers) da çok yoğun olarakkullanılır. İşte bu merkezi işlem birimini oluşturan çeşitli altbirimlerin tek bir entegre devre üzerinde gerçekleştirilmiş – üretilmişhaline Mikroişlemci (Microprocessor) adı verilir. Bir mikroişlemcikullanılarak hazırlanmış bilgisayarlara mikrobilgisayar denilmektedir.Hafıza ve giriş-çıkış birimlerinin miktarı, türü ve kapasitesiuygulamaya bağlı olarak değişir.
İsimlendirmede kullanılan mikro adı ise işlemcinin veya bilgisayarınyeteneğinin kısıtlılığını değil, boyutlarının küçüklüğünü belirtmekiçin kullanılır. Modern gelişmiş mikroişlemcilerde bir kaç milimetrekarelik alanda milyonlarca tranzistör yer almaktadır. Örneğin PentiumII işlemcisinde (ön hafıza, cache memory) hariç 7.5 milyon adettranzistör bulunmaktadır.
Mikroişlemcilerin tarihsel gelişimine kısaca bir göz atılacak olursailk mikroişlemcinin bir hesap makinesinde kullanılmak üzere INTELfirması tarafından 1971 de I4004 adıyla üretilen 4 bitlik bir işlemciolduğu görülür. Bu tarihten önce bilgisayarların MİB leri öncelerielektron tüpleri ve röleler daha sonraki dönemde ise tranzistörler veçeşitli elektronik devreler kullanılarak hazırlanıyordu.
Çok büyük yer kaplayan ve çok güç tüketen bu eski bilgisayarlar ortamşartlarına karşı da çok duyarlıydılar. İşlem kapasitelerinin çokkısıtlı olmasının yanı sıra sürekli bakım gerektiriyorlardı.
Bir fikir vermesi açısından 1945 de Pennsylvania Üniversitesindetamamlanan ENIAC isimli ilk bilgisayarın 30 metre boyu ve 30 tonağırlığı olduğunu söyleyebiliriz. 18,000 radyo tüpünden oluşan cihaz100 Kwatt güç harcamaktaydı. 1971 deki, bilgisayarın temel elemanıkabul edilen MİB ‘in tek bir entegre devre içine sığdırılarak üretimi,yarı-iletken teknolojisinde, tranzistörün keşfi gibi bir sıçramagerçekleştirmiştir.
INTEL, özel sipariş üzerine geliştirdiği 4 bitlik I4004 (1971) ve 8bitlik I8008 (1972) entegre devrelerine ilk müşterilerinden başka birilgi beklemediği için üretim hattını düşük kapasitede tutmuştu. Ancakaksine bu işlemciler büyük bir ilgi gördü ve 1974 de genel amaçlı ilk 8bitlik MİB olan I8080 işlemcisini üretti. Bu işlemciye büyük bir talepoldu ve kısa bir zamanda I8080 endüstri standardı oldu.
İki yıl sonra 1976 da daha gelişmiş bir model olan I8085 üretildi. Buarada 1975 yılında sektörün ikinci önemli ismi olan Motorola firması daMC6800 adındaki işlemciyi piyasaya sürerek o günden itibaren süre gelenbir yarışa katılmış oldu. Mikroişlemcilerin sınıflandırılmasında önemlibir ölçü olan bit sayısı işlemcinin üzerinde ilem yapabildiği en uzunverinin bit sayısını gösterir.
Kelime uzunluğu (word lenght) de denilen bu parametre 4 bit, 8 bit, 16bit, 32 bit gibi değerler alabilmektedir. Bu değer aynı zamandaişlemcinin saklayıcılarının ve veri yolunun genişliğini de gösterir.Ancak bazen harici ve dahili veri yolları farklı genişliklerdeolabilir. 1978 yılında ilk 16 bitlik işlemcisi olan 8086 yı üretenINTEL bir yıl sonra 1979 da harici veri yolu genişliği 8 bit olmanındışında 8086 ile aynı yapıya sahip olan 8088 i piyasaya sürdü. 8088,1981 de üretilmeye başlanan IBM PC (Personel Computer – KişiselBilgisayarların) ilk işlemcisi olmuştur.
16 bitlik işlemcilerde endüstri standardı olan 8086 / 8088 günümüzekadar gelen çeşitli ürünlerle X86 ailesi diye isimlendirilenmikroişlemci ailesinin çekirdeği (core) olmuştur.
Bir mikrokontrolör, komple bir bilgisayarın (MİB, hafıza ve giriş -çıkışlar) tek bir entegre devre üzerinde üretilmiş halidir. Kısıtlımiktarda olmakla birlikte yeterince hafıza birimlerine ve giriş – çıkışuçlarına sahip olmaları sayesinde tek başlarına (stand alone)çalışabildikleri gibi donanımı oluşturan diğer elektronik devrelerleirtibat kurabilir, uygulamanın gerektirdiği fonksiyonlarıgerçekleştirebilirler.
Mikrokontrolörler çoğunlukla, yer aldıkları uygulama devresinin içinegömülmüş, sadece oraya adanmış olarak kullanılırlar. Bu özelliklerinedeniyle bilgisayarlardaki kullanıcı uygulama programlarını çalıştırmagibi esneklikleri olmamakla birlikte kontrol ağırlıklı uygulamalardaalternatifsiz seçenek olarak karşımıza çıkarlar.
Onları böyle cazip kılan, çok düşük boyutlu olmaları (az yerkaplamaları), düşük güç tüketimleri, düşük maliyetlerine karşın yüksekperformansa sahip olmaları gibi özellikleridir. Motor kontrolündenfotoğraf makinesi ışık ve fokus ayarına, cep telefonlarından merkeziklima sistemlerine, faks ve fotokopi makinelerinden radyo teyp ve TVlere, fabrika otomasyonundan hayat kurtaran biyomedikal cihazlara,oyuncaklardan askeri cihazlara, cebinizdeki elektronik biletuygulamasından cüzdanınızdaki banka kartlarına varıncaya kadar aklagelebilecek her yerde mikrokontrolörler yer almaktadır.
Bu tür uygulamalarda kullanıldıkları için hafıza ve paralel/serigiriş-çıkış birimlerinin yanı sıra zamanlayıcılar (timers), sayıcılar(counters), kesme kontrol birimleri (Interrupt Control), Analog-Sayısaldönüştürücüler (A/D Converters) gibi çeşitli çevre birimleri demikrokontrolör entegre devrelerinin içinde yer almaktadır. Ayrıcagenellikle gerçek zamanlı uygulamalarda çalışmalarıylamikrokontrolörler, mikroişlemcilerden ayrılmaktadırlar.
Gerçek zamanlı uygulamalarda dış dünyadan (işlemcinin dışındakielektronik ortamdan) gelen işaretler çok hızlı değişim gösterebilir vebunları işleyip gereken çıkışları aynı hızlılıkta dış dünyaya uygulamakgerekebilir. Böyle bir performansı, çok küçük boyutlarda ve çok daha azgüç tüketerek sadece mikrokontrolörler aracılığıyla gerçekleştirmekmümkündür. Diğer taraftan matematik işlem yapma yeteneklerinin kısıtlıoluşu, çok çeşitli on-chip çevre birimlerine sahip olmakla birli
ktebunların kapasitelerinin de sınırlı olması nedeniyle birmikroişlemcinin kullanıldığı (örn: bir kişisel bilgisayar gibi) yerleriçin uygun bir seçenek oluşturmazlar.
Sonuç olarak mikroişlemciler ve mikrokontrolörler temelde aynı alt yapıçalışma mantığına sahip olmakla birlikte kullanım yeri ve amacına göreiki ayrı grup ürün olarak değerlendirilebilir. Mikroişlemciler vemikrokontrolörler günlük hayatta kullanılan sayısız cihaz ve sisteminiçinde yer almakta olup, bu ürünleri kullanarak gerçekleştirilebilecekuygulamalar insanın hayal gücü ile sınırlıdır. Günümüzde Mikroişlemcive mikrokontrolörler üreten irili ufaklı pek çok firma bulunmaktadır.
Bunlara örnek olarak INTEL, MOTOROLA, AMD, PHILIPS, SIEMENS, TEXASINS., DALLAS, ATMEL, MICROCHIP, HITACHI, MITSUBISHI, SGS-THOMSON,ANALOG DEVICES, NATIONAL gibi firmalar sayılabilir. Bu firmalarınbazıları sadece kendilerine özgü işlemcileri piyasaya sürerken bazılarıda ilk üretimi ve patenti bir başka firmaya ait olmakla birlikte,orijinal işlemci ile uyumlu fakat çeşitli başka ek özelliklere de sahiptürev ürünler (derivatives) üretebilmektedir.