Etiket: Mikroişlemci nedir

Mikroişlemci nedir ? Yapısında bir CPU (Central Processing Unit / Merkezi İşlem Birimi), ön bellek ve input/output (giriş/çıkış) birimleri bulunan devrelere mikroişlemci ismi verilmektedir. Daha kısa bir şekli ile; mikroişlemci, aslında bir bilgisayardır. Mikroişlemciler, bulundukları elektronik mekanizmaların beynidir. İçerisinde yer aldıkları mekanizmanın kontrolünü sağlarlar.

  • LOJİK KAPILAR – LOJİK DEVRELER

    LOJİK KAPILAR – LOJİK DEVRELER

    Temel elektronik lojik devreler, modern teknolojinin temel taşlarından biridir. Bu devreler, elektrik sinyallerini kontrol etmek ve işlemek için tasarlanmıştır. Lojik kapılar olarak bilinen bu devreler, elektrik sinyallerinin belirli mantık işlemleriyle manipüle edilmesini sağlar.

    Lojik kapılar, giriş sinyallerini alır ve belirli bir çıkış sinyali üretir. Bu kapılar, elektronik devrelerin temel yapı taşlarıdır ve diğer daha karmaşık devrelerin oluşturulmasında kullanılır. Birçok lojik kapı türü vardır, bunlar arasında NOT, AND, OR, XOR, NAND, NOR ve XNOR kapıları bulunur. Her bir kapı farklı bir mantıksal işlem gerçekleştirir ve tasarımcılara çeşitli seçenekler sunar.

    Temel elektronik devrelerin önemi, günümüzde hemen hemen her elektronik cihazın temelinde yatmaktadır. Bilgisayarlar, cep telefonları, televizyonlar ve diğer pek çok elektronik cihaz, lojik kapılar sayesinde çalışır. Bu devreler, sinyallerin işlenmesini, verilerin depolanmasını ve kontrol edilmesini sağlayarak teknolojik ilerlemenin sağlanmasına yardımcı olur. Temel elektronik devrelerin çalışma prensiplerinin ve sınıflandırılmalarının iyi anlaşılması, modern dünyanın elektronik sistemlerinin tasarımı ve geliştirilmesinde vazgeçilmezdir.

    Lojik Devrelerin Çalışma Prensibi

    Mantık devrelerin çalışma prensibi, elektrik sinyallerinin lojik kapılar tarafından işlenmesine dayanır. Lojik kapılar, elektriksel sinyalleri alır, bu sinyalleri işler ve sonuç olarak çıkış sinyalini üretir. Bu kapılar, temel olarak gerçekleştirdikleri lojik işleme göre farklı isimler alır.

    Örneğin, AND kapısı, giriş olarak alınan sinyallerin tamamı 1 olduğunda çıkış sinyalini aktif hale getirir. Yani, iki veya daha fazla giriş sinyali alır ve bu sinyallerin hepsi 1 olduğunda çıkışa 1 sinyalini gönderir. Bu işlem, lojik devrelerin temel işlevlerinden biridir. Bir devrede birden çok AND kapısı kullanılabilir ve bu da daha karmaşık mantıksal işlemlerin gerçekleştirilmesini sağlar. AND kapısı dışında, OR kapısı, NOT kapısı, XOR kapısı gibi farklı işlevleri olan kapılar da mantık devrelerinde kullanılır.

    Lojik Devrelerin Tarihçesi

    Or kapısı 1938 yılında Amerikalı elektronik mühendisi Claude Shannon tarafından icat edildi. Shannon, Boole cebiri prensiplerini elektronik devrelere uygulayarak, gerçekleştirebilen bir lojik kapı tasarladı. Or kapısı, girişlerinden herhangi birinin 1 olduğu durumda çıkışının da 1 olmasını sağlar. Bu, elektronik cihazların karmaşık mantıksal operasyonlarını gerçekleştirebilmesini mümkün kıldı ve dijital devrelerin evriminde önemli bir dönüm noktası oldu.

    Or kapısı’nın icadı, lojik devrelerin tarihinde büyük bir etkiye sahipti. Bu yeni kapı, daha karmaşık mantık işlemlerini basitleştirdi ve diğer mantık kapılarıyla birleştirilerek daha karmaşık lojik devrelerin oluşturulmasına olanak tanıdı. Daha sonra, or kapısının yanı sıra başka lojik kapılar da icat edildi ve birleştirilerek bugün kullandığımız karmaşık lojik devrelerin temelleri atıldı. Lojik devrelerin tarihçesi, or kapısının icadıyla birlikte hız kazanmış ve bu teknolojinin gelişmesiyle birlikte daha da ilerlemiştir.

    Lojik Devrelerin Sınıflandırılması

    Lojik devreler, işlevlerine ve çalışma prensiplerine göre sınıflandırılabilir. Bu sınıflandırma, özellikle elektronik devrelerin tasarım ve analiz süreçlerinde büyük önem taşır. Sınıflandırmalar, devrelerin karmaşıklık düzeylerine, gerçekleştirdikleri işlemlerin doğası ve bileşenlerin çalışma prensiplerine dayanır.

    Birinci sınıflandırma, devrelerin karmaşıklık düzeylerine göre yapılan tasniftir. Basit lojik devreler, yalnızca temel bileşenlerle oluşturulan ve sınırlı sayıda fonksiyonu gerçekleştiren devrelerdir. Bu devreler, genellikle temel mantık kapılarından oluşur ve AND, OR, NOT gibi basit işlemleri gerçekleştirir. İkinci sınıflandırma ise, devrelerin gerçekleştirdikleri işlemlerin doğasına dayanır. Bu sınıflandırmaya göre, aritmetik lojik devreler, bellek devreleri, geçiş devreleri gibi farklı işlemleri gerçekleştiren devreler yer alır. Bu sınıflandırmalar, lojik devrelerin yapısını ve işleyişini anlamak açısından önemlidir.

    Fakat lojik kapılara giriş yapmadan önce bahsetmemiz gereken bir konu daha var Boole Cebiri.

    Boole Cebiri’nin Temel Kavramları ve İşleyişi

    Boole Cebiri’nin mantık tabloları ve doğruluk değerleri, bu matematiksel yaklaşımın temelini oluşturur. Mantık tabloları, Boole cebiri ile ifade edilen mantıksal ifadelerin değerlerini gösteren tablolardır. Bu tablolar, her bir değişkenin olası tüm kombinasyonlarını listeler ve bunlara karşılık gelen mantıksal ifade değerlerini belirtir.

    Doğruluk değerleri ise mantık tablolarında yer alan ifadelerin doğruluk durumunu belirleyen değerlerdir. Boole Cebiri’nde, doğruluk değerleri genellikle “0” veya “1” olarak ifade edilir. “0”, yanlış veya geçersiz bir değeri temsil ederken, “1”, doğru veya geçerli bir değeri ifade eder. Mantık tabloları ve doğruluk değerleri, Boole Cebiri’nin temel prensiplerini anlamak ve mantıksal ifadeleri değerlendirmek için kullanılır.

    Boole Cebiri’nin Mantıksal Operatörleri ve İşlevleri

    Mantıksal operatörler, Boole cebiri içinde temel bir rol oynar. Bu operatörler, mantıksal ifadelerde kullanılan sembollerdir ve belirli işlemleri ifade eder. Boole cebiri, üç temel mantıksal operatöre sahiptir: “ve” (AND), “veya” (OR) ve “değil” (NOT).

    “Ve” operatörü, iki farklı ifadenin aynı anda doğru olması durumunda sonucun doğru olacağını ifade eder. Bu operatör “•” sembolüyle temsil edilir. Örneğin, “A ve B” ifadesi, hem A’nın hem de B’nin doğru olması durumunda doğru sonucu verir.

    “Veya” operatörü ise en az bir ifadenin doğru olması durumunda sonucun doğru olacağını ifade eder. Bu operatör “+” sembolüyle temsil edilir. Örneğin, “A veya B” ifadesi, A’nın doğru olması ya da B’nin doğru olması durumunda doğru sonucu verir.

    “Değil” operatörü, bir ifadenin değilini alır ve tersini ifade eder. Bu operatör “¬” veya “!’ sembolüyle temsil edilir. Örneğin, “Değil A” ifadesi, A’nın doğru değilse doğru sonucu verir.

    Boole cebiri içindeki bu mantıksal operatörler, farklı ifadelerin kombinasyonlarının doğruluk değerlerini belirlemek için kullanılır. Bu sayede mantıksal ifadelerin analizi ve değerlendirilmesi daha sistemli bir şekilde gerçekleştirilir.

    Lojik Kapılar

    NOT Kapısı ve İşleyişi

    NOT kapısı, lojik devrelerin en temel kapılarından biridir ve lojik işlemlerde büyük öneme sahiptir. Bu kapı, tek bir giriş sinyali olan bir NOT işlevini gerçekleştirir. Girişteki sinyal 1 ise, çıkışta 0 üretilir ve tam tersi durumda girişteki sinyal 0 ise, çıkışta 1 üretilir. Bu temelde, NOT kapısı giriş sinyalinin tam tersini üretir.

    NOT kapısının işleyişi oldukça basittir. Giriş sinyali, NOT kapısının tek girişine bağlanır ve ardından bu sinyal, NOT kapısındaki transistörlerin durumuna bağlı olarak işlenir. Transistörlerin durumu, giriş sinyalinin durumuna bağlı olarak değişir ve işlenmiş sinyal, çıkış hattından elde edilir. Bu şekilde, NOT kapısı giriş sinyalini tersleyerek çıkışını üretir ve lojik devrelerdeki diğer kapılarla birlikte çalışarak daha karmaşık işlemleri gerçekleştirmeye olanak tanır.

    AND Kapısı ve İşleyişi

    Bir elektronik devrede OR (veya) kapısı, giriş sinyallerinden en az birinin “1” veya “yüksek” değerini alması durumunda çıkış sinyalini “1” yapar. OR kapısının işleyişi basittir ve birçok farklı devrede yaygın olarak kullanılır. Giriş sinyalleri bağımsız olduğu için OR kapısı, bağlı olduğu devrenin analizi ve tasarımında büyük önem taşır. OR kapısı, çeşitli elektronik parçaların bir araya gelerek daha karmaşık devrelerin oluşturulmasını sağlar.

    lojik kapilar - AND Kapısı

    OR kapısının işleyişi, giriş sinyallerinden en az birinin “1” olduğu durumlarda çıkış sinyalini “1” yapmasıyla gerçekleşir. Bu durum, birleşme işlemine benzer şekilde düşünülebilir. Eğer giriş sinyallerinden herhangi biri “1” ise, çıkış sinyali de “1” olacaktır. Ancak, tüm giriş sinyalleri “0” ise, çıkış sinyali de “0” olacaktır. OR kapısı, elektronik devrelerde genellikle çeşitli anahtarlamalar ve mantıksal karar mekanizmalarının tasarımında kullanılır. Ayrıca, bilgisayar bellekleri ve dijital hesaplama birimleri gibi birçok farklı uygulamada da OR kapısı önemli bir rol oynar.

    OR Kapısı ve İşleyişi

    Bir elektronik devrede OR (veya) kapısı, giriş sinyallerinden en az birinin “1” veya “yüksek” değerini alması durumunda çıkış sinyalini “1” yapar. OR kapısının işleyişi basittir ve birçok farklı devrede yaygın olarak kullanılır. Giriş sinyalleri bağımsız olduğu için OR kapısı, bağlı olduğu devrenin analizi ve tasarımında büyük önem taşır. OR kapısı, çeşitli elektronik parçaların bir araya gelerek daha karmaşık devrelerin oluşturulmasını sağlar.

    lojik devreler - OR Kapısı

    OR kapısının işleyişi, giriş sinyallerinden en az birinin “1” olduğu durumlarda çıkış sinyalini “1” yapmasıyla gerçekleşir. Bu durum, birleşme işlemine benzer şekilde düşünülebilir. Eğer giriş sinyallerinden herhangi biri “1” ise, çıkış sinyali de “1” olacaktır. Ancak, tüm giriş sinyalleri “0” ise, çıkış sinyali de “0” olacaktır. OR kapısı, elektronik devrelerde genellikle çeşitli anahtarlamalar ve mantıksal karar mekanizmalarının tasarımında kullanılır. Ayrıca, bilgisayar bellekleri ve dijital hesaplama birimleri gibi birçok farklı uygulamada da OR kapısı önemli bir rol oynar.

    XOR Kapısı ve İşleyişi

    XOR kapısı, mantıksal devrelerde önemli bir işlevi yerine getiren bir lojik kapıdır. Bu kapı, iki girişin durumuna bağlı olarak çıkışı belirler. XOR kapısı için girişlerden sadece biri ‘1’ ise çıkış ‘1’ olurken, her ikisi birden ‘1’ veya her ikisi birden ‘0’ ise çıkış ‘0’ olur. XOR kapısı, iki girişin farklı durumlarını tespit etmek veya mantıksal bir geçiş yapmak için kullanılır.

    XOR Kapısı

    XOR kapısı, diğer mantıksal kapılardan farklı olarak, eşsiz bir işleyişe sahiptir. Bu kapı, özellikle veri işleme ve bilgi işlem sistemlerinde kullanımı yaygındır. XOR kapısı kullanılarak, veri şifreleme, hata düzeltme, bellek erişimi gibi birçok önemli işlev gerçekleştirilebilir. Bunun yanı sıra, diğer mantıksal kapılarla birleştirilerek daha karmaşık devrelerin tasarımı da mümkündür. XOR kapısı ve işleyişi, elektronik devrelerdeki lojik düzenlemelerin temel bir parçasıdır ve günümüzdeki teknolojik gelişmelerde önemli bir rol oynamaktadır.

    NOT Kapısı ve İşleyişi

    NOT kapısı, lojik devrelerin en temel kapılarından biridir ve lojik işlemlerde büyük öneme sahiptir. Bu kapı, tek bir giriş sinyali olan bir NOT işlevini gerçekleştirir. Girişteki sinyal 1 ise, çıkışta 0 üretilir ve tam tersi durumda girişteki sinyal 0 ise, çıkışta 1 üretilir. Bu temelde, NOT kapısı giriş sinyalinin tam tersini üretir.

    NOT Kapısı

    NOT kapısının işleyişi oldukça basittir. Giriş sinyali, NOT kapısının tek girişine bağlanır ve ardından bu sinyal, NOT kapısındaki transistörlerin durumuna bağlı olarak işlenir. Transistörlerin durumu, giriş sinyalinin durumuna bağlı olarak değişir ve işlenmiş sinyal, çıkış hattından elde edilir. Bu şekilde, NOT kapısı giriş sinyalini tersleyerek çıkışını üretir ve lojik devrelerdeki diğer kapılarla birlikte çalışarak daha karmaşık işlemleri gerçekleştirmeye olanak tanır.

    NAND Kapısı ve İşleyişi

    NAND kapısı, elektronik devrelerde önemli bir bileşen olarak kabul edilir. Kapı, lojik devrelerde kullanılan en temel mantıksal işlemci elemanıdır. NAND kapısı, NOT ve AND kapılarının birleşimi olarak çalışır. Bu kapıda, girişlerdeki sinyaller hem NOT işlemine tabi tutulur hem de AND işlemine sokulur. Ardından, çıkan sonuç NAND işlemi ile elde edilir. NAND kapısı, hem basit hem de karmaşık mantık fonksiyonlarının gerçekleştirilmesi için kullanılabilir.

    NAND Kapısı

    NAND kapısının işleyişi oldukça basittir. Kapının en temel işlevi, giriş sinyallerinin yanması veya sönmesine göre çıkış sinyalini belirlemektir. Eğer giriş sinyallerinden herhangi biri veya her ikisi aktif konumdaysa, yani sinyaller “1” veya “doğru” konumundaysa, kapı çıkışında “0” veya “yanlış” bir sinyal üretir. Diğer bir deyişle, NAND kapısı, “ve” ve “değil” işlemlerini birleştirerek karmaşık mantık fonksiyonlarını gerçekleştirebilir. Bu özelliği nedeniyle NAND kapısının yaygın olarak kullanıldığı çeşitli elektronik uygulamalar bulunmaktadır.

    NOR Kapısı ve İşleyişi

    NOR kapısı, diğer lojik kapılarından farklı bir işlevi gerçekleştiren önemli bir elektronik devredir. Bu kapı, iki veya daha fazla giriş sinyalinin tersini alır ve çıkış sinyalini bu girişler üzerinden oluşturur. Diğer bir deyişle, girişlerden herhangi biri ya da tümü yüksek sinyal seviyesine sahip olduğunda NOR kapısı çıkışını düşük seviyeye indirir. Ancak, tüm girişler düşük seviyede olduğunda, NOR kapısı çıkışını yüksek seviyeye getirir. Bu işleyiş sayesinde NOR kapısı, diğer kapılardan farklı olan bir mantıksal işlem yapar ve elektronik devrelerde önemli bir rol oynar.

    NOR Kapısı

    NOR kapısının işleyişi, elektronik devrelerin tasarımında ve uygulamalarında çeşitli avantajlar sağlar. Özellikle, bu kapı, mantıksal bir bağıntının değil, koşullu bir ifadenin gerçekleştirilmesinde kullanılır. Yani, NOR kapısı, bir koşulun sağlanıp sağlanmadığını kontrol etmek veya verilen durumu kabul etmek için kullanılabilir. Ayrıca, birden çok NOR kapısının birleştirilmesiyle daha karmaşık lojik işlevler gerçekleştirilebilir. Bu nedenle, NOR kapısı elektronik devrelerin çok yönlü bir elemanıdır ve işlevselliği açısından büyük öneme sahiptir.

    XNOR Kapısı ve İşleyişi

    XNOR kapısı, mantıksal devrelerde sıkça kullanılan önemli bir bileşendir. Bu kapı, iki giriş sinyalini alır ve çıkış olarak sadece iki girişin aynı olduğu durumda “1” değerini üretir. Eğer giriş sinyalleri farklı ise XNOR kapısı “0” olarak işaretlenir. Bu özelliği sayesinde XNOR kapısı, iki giriş arasındaki eşitlik durumunu kontrol etmek için ideal bir seçenektir. Mantıksal bir denkleme dönüştürüldüğünde, XNOR kapısı eşitlik operatörünün sembolik bir temsilidir.

    XNOR Kapısı

    XNOR kapısının çalışma prensibi oldukça basittir. İki giriş sinyali, kapının içerisinde bulunan ve işlem gerçekleştiren transistörler tarafından işlenir. Kapının çıkışı, transistörlerin üzerinde bulunan bağlantı noktaları aracılığıyla oluşur. Eğer giriş sinyalleri eşit ise, transistörler aynı şekilde tepki verir ve çıkış “1” değerini alır. Farklı giriş sinyalleri ise transistörlerin farklı şekilde tepki vermesine ve çıkışın “0” olarak belirlenmesine neden olur. Bu basit ve etkili çalışma prensibi sayesinde XNOR kapısı, elektronikte çeşitli lojik devrelerin tasarlanması ve uygulanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır.

    FLİP-FLOP DEVRELERİ

    Flip-Flop devreleri, dijital elektronikte yaygın olarak kullanılan önemli bileşenlerdir. Temel olarak, bellek veya depolama işlevi gören bu devreler, giriş sinyali değiştiğinde durumlarını değiştirerek bir çıkış üretirler. Flip-Flop devrelerinin temel tasarım ilkeleri, girişler, çıkışlar ve geri besleme mekanizmaları üzerine odaklanır.

    Flip-Flop devrelerinde, gecikme zamanları oldukça önemlidir. Bu gecikme zamanları, giriş sinyalinin değişiklik göstermesi ile çıkış sinyalindeki değişimin arasındaki süreyi ifade eder. Gecikme zamanları, devrenin hızını ve stabilitesini etkileyebilir. Bu nedenle, Flip-Flop devrelerinin tasarımında gecikme zamanlarının minimize edilmesi veya kontrol altında tutulması önemlidir. Tasarımda, devrenin çalışacağı frekans, sinyal geçiş süreleri ve işlem hızı gibi faktörler dikkate alınmalıdır.

    flip-flop devre semasi

    S-R Flip-Floplar

    S-R flip-floplar, flip-flop devreleri arasında en temel ve yaygın kullanılanlardan biridir. Bu tür flip-flop devreleri, S (Set) ve R (Reset) girişlerinin kombinasyonuna göre çalışır. S-R flip-floplar, bir çıkış değerinin korunmasını sağlar.

    S-R flip-floplar, elektronik devrelerde bellek elemanı olarak kullanılır ve sıklıkla diğer daha karmaşık flip-flop devrelerinin temelini oluşturur. Bir S-R flip-flop devresi, iki girişi ve bir çıkışı olan basit bir devredir. S girişi “1” olarak ayarlandığında, çıkış R girişi ne olursa olsun her zaman “1” değerini alır. R girişi “1” olarak ayarlandığında ise çıkış S girişi ne olursa olsun her zaman “0” değerini alır. Bu şekilde, S-R flip-flop devresi, istenen bilginin korunmasını sağlar ve bellek üzerinde kontrol sağlar.

    J-K Flip-Floplar

    Dijital tasarımda J-K flip-floplar, dijital devrelerin vazgeçilmez bir bileşenidir. Diğer flip-flop türlerine göre farklı avantajlar sunması onu çeşitli uygulamalar için popüler bir seçim haline getiriyor.

    J-K flip-flop’un önemli faydalarından biri işlevsellik açısından esnekliğidir. Belirli giriş kombinasyonlarında belirsiz çıkışlara yol açabilen S-R flip-flop’un aksine, J-K flip-flop, bir geçiş özelliği ekleyerek bu sorunu ortadan kaldırır. Bu, hem J hem de K girişleri 1’e ayarlandığında çıkışın mevcut durumu arasında geçiş yapacağı anlamına gelir. Bu yetenek daha fazla çok yönlülük sağlar ve dijital devrede daha karmaşık mantık fonksiyonlarının uygulanmasına olanak tanır.

    J-K flip-flop, esnekliğinin yanı sıra basitleştirilmiş bir tasarım süreci de sunuyor. Sadece iki girdi olan J ve K ile tasarımcılar bu tip flip-flop’u dijital tasarım projelerinde kolaylıkla anlayabilir ve uygulayabilirler. Ayrıca, J-K flip-flop, girişlerinin uygun kombinasyonlarını kullanarak D ve T flip-flopları gibi diğer flip-flop türlerini oluşturmak için kullanılabilir. Bu çok yönlülük, dijital sistemlerde yaygın olarak benimsenmesine de katkıda bulunuyor.

    D Flip-Floplar

    D Flip-Floplar, diğer flip-flop tipleri gibi, dijital elektronik devrelerinde sıkça kullanılan bir bellek elemanıdır. Bu flip-flop tipi, D (veri) girişi ile birlikte bir saat sinyali ve bir geri besleme girişine sahiptir. D girişi, saat sinyalinin yükselme kenarı veya iniş kenarı ile eşzamanlı olarak flip-flopa uygulanır ve geri besleme girişi, devrenin çıkışını giriden tekrar dışarı vermek için kullanılır.

    D Flip-Floplar, birçok uygulama alanında kullanılmaktadır. Örneğin, sayma devrelerinde, verilerin saklanması ve zamanlama kontrolü için kullanılırlar. Ayrıca, veri kaydedici ve tutucu olarak da işlev görebilirler. D Flip-Flopların kullanım alanları oldukça geniş olmasına rağmen, çalışma prensipleri diğer flip-flop tiplerine benzerlik göstermektedir. Bu nedenle, D Flip-Flopların güvenilirliği ve esnekliği birçok elektronik tasarımcı için tercih sebebi olmuştur.

    T Flip-Floplar

    T Flip-Floplar, diğer flip-flop türleri gibi sinyalleri tutabilen ve devrelerde kullanılan bir bileşendir. Bu flip-flop türünün temel özelliği, T (Toggle) girişine uygulanan sinyal ile çıkışın durumunu değiştirme yeteneğidir. T Flip-Floplar, verilen bir sinyal üzerine önceki durumunu değiştirmekte ve çıkışını tersine çevirmektedir.

    T Flip-Floplar, genellikle sayıcı ve kaydırma kayıtlarında kullanılmaktadır. Örneğin, bir T Flip-Floplar zinciri kullanarak, bir sayaç devresi tasarlanabilir. Sayaç devresi, giriş sinyalinin her yükselen kenarında bir adım artar veya azalır. Bu şekilde, T Flip-Floplar, çeşitli dijital tasarımlarda anahtarlık görevi görerek, verilerin hızlı bir şekilde kaydedilip işlenebilmesine olanak sağlar.

    Sonuç olarak, T Flip-Floplar, dijital mantık devreleri içerisinde veri depolama ve işleme amacıyla kullanılan önemli bir bileşendir. Bu flip-flop türü sayesinde, birçok dijital devre tasarımı daha etkili ve verimli hale getirilebilmektedir.

    Lojik Devrelerin Geleceği ve İleriye Dönük Beklentiler

    En önemli gelişmeleri FPGA (Field Programmable Gate Away) alanında bekliyoruz. FPGA teknolojisinin gelişmesi, üretim maaliyetlerinin azalması piyasalarda her geçen gün daha da yaygınlaşmasını sağladı. Mikrodenetleyicilerin bir üst basamağı olarak gördüğümüz FPGA’ler tamamen lojik-kapılar mantığı ile hareket etmektedir.

    Diğer bir yandan da yapay zeka, otomasyon ve internet of things gibi alanlarda lojik devrelerin kullanımı daha da yaygınlaşacak. Yapay zeka algoritmalarının çalışması için hızlı ve güvenilir lojik devrelerin kullanılması büyük önem taşıyor. Bununla birlikte, akıllı ev sistemleri veya endüstriyel otomasyon gibi uygulamalarda da lojik devrelerin kullanımı artacak. Dolayısıyla, lojik devrelerin gelecekte daha da geliştirilmesi ve ileri seviyede uygulanabilmesi için araştırmaların desteklenmesi gerekmektedir.

  • Mikroişlemci Nedir? Mikroişlemci Nasıl Çalışır? Nerelerde Kullanılır? Nasıl Kodlanır ?

    Mikroişlemci Nedir? Mikroişlemci Nasıl Çalışır? Nerelerde Kullanılır? Nasıl Kodlanır ?

    Mikroişlemci Nedir ?

    elektronik kart üzerinde mikroislemci

    Mikroişlemci, çoğunlukla toplama, çıkarma, sayıları karşılaştırmak, sayıları bir yerden diğerine aktarmak, aritmetik ve mantık işlemlerini gerçekleştiren bilgisayar sistemlerinin merkezi birimine denir. Basit manada; işlemci, merkezi işlem birimi veya mantık yongası olarak da bilinir. Bilgisayarın açıldığı an başlayan, bilgisayarı harekete geçmesini sağlayan bir beyin gibi çalıştığı düşünülebilir. Bir CPU’nun (merkezi işlem birimi) işlevlerini tek bir IC (entegre devre) üstünde birleştiren, çok amaçlı programlanması mümkün olan bir cihazdır.

    Mikroişlemci Tarihçesi

    İlk mikroişlemci, Federico Faggin’in üretmiş olduğu 4 Bit Intel 4004 olarak kabul edilmektedir. Seramik çift ​​sıralı paket olarak üretilen 4004, daha önce yarı iletken bellek yongaları yapmış olan yonga üreticisi Intel tarafından tasarlanan ve üretilen ilk ticari bilgisayar işlemcisi olarak kendini göstermektedir. Çipin baş tasarımcıları ,tasarım metodolojisini ve silikon bazlı yonga tasarımını oluşturan Busicom ile mimari tanımın tamamlanmasının sonrasında projenin lideri olan Federico Faggin; Mimariyi formüle eden Ted Hoff , hem İntel hem de geliştirilmesinde yardımcı olan Busicom’dan Masatoshi Shima olarak tarihe geçer.

    Tam 1 sene sonra 1972’de yine Intel tarafından, iki kat daha güçlü olan bir 8 bit 8008 üretilmesi başarılmıştır. 1978’de İntel, 16-bit 8086 işlemcinin piyasaya sürülmesi ile x86 ailesinin ilki olarak yine tarihe geçmiş olundu. Aynı zamanda 16 bitlik bir çip olan 8088, bir yıldan kısa bir süre sonra üretimi yapılmış oldu. 8088, o sırada hala yaygın olarak kullanılan 8 bitlik yongalarla önceki sürümleri ile uyumlu hale getirmek için tasarlanmış teknolojileri birleştirdi.

    mikroislemci

    Mikroişlemci Türleri

    Karmaşık Komut Seti Mikroişlemciler

    CISC, sistemi desteklemek için indirme, yükleme vb. gibi diğer düşük seviyeli etkinliklerin yanı sıra siparişleri de karşılayabilmektedir. Ayrıca sadece bir komutla karmaşık matematiksel hesaplamalar gerçekleştirebilir.

    Daha basit derleyiciler kullanımı ile iyi çalışan iyi kişisel bilgisayarlar yapımı gerçekleşir. Talimatları birden fazla saat döngüsü bulunmaktadır. Karmaşık komut setlilere bazı örnekler – Intel 386 & 486, Pentium verilebilir.

    İndirgenmiş Komut Seti Mikroişlemci

    RISC, küçük özel komutları daha hızlı ve yüksek optimizasyonlar ile yürütmektir. Komut seti, basit komutlar ve aynı uzunluk nedeniyle daha kısa haldedir. Kayıtlar eklenmesi ile bellek referanslarını azalması sağlanır.

    RISC, talimat alma ve yürütmenin çakışmasına sebep olan ardışık düzen izler. Çoğunlukla yürütmek işlemi yapabilmek için bir CPU döngüsü alırlar. Bazı örnekler – AMD K6 ve K7, vb.

    Açıkça Paralel Komut Hesaplama(EPIC)

    EPIC, her iki işlemcinin de en iyi özelliklerine sahip, RISC ve CISC’nin bir karışımı bir türdür. Sabit bir genişlik olmaksızın paralel talimatları takip gerçekleştirirler. Derleyicilerin sıralı anlambilim kullanımı yöntemi ile donanımla iletişim kurmasını sağlarlar. Bazı örnekler – Intel IA-64, Itanium, vb.

    Süperskalar Mikroişlemciler

    Superscalar işlemci, aynı anda birden fazla görevi gerçekleştirmeyi destek sağlayabilir. Birden çok komut taşıma avantajı nedeniyle ALU’larda veya çarpanlarda yaygın olarak bulunmaktadır. İşlemci içinde talimatları iletmek için farklı operasyonel birimler kullanımı vardır.

    Uygulamaya Özel Entegre Devre(ASIC)

    ASIC’ler, otomotiv emisyon kontrolü kullanımı yapabilme veya kişisel dijital asistan olarak kullanımı yaygındır. Mimarileri çok düzgün bir şekilde belirlenmiş fakat aynı zamanda kullanıma hazır dişlilerle dizayn edilmiştir.

    Dijital Sinyal Çok İşlemcileri(DSP)

    DSP’ler, video dosyalarını kodlamak ve kodunu çözmek veya analogu dijitale dönüştürmek ve bunun tersini yapma ile ünlüdür.

    Matematiksel hesaplamalar için mükemmel işlevleri vardır. RADAR, ev sinemaları, SONAR vb. görevlerin yürütülmesi için bu çipleri kullanır. Intel, Motorola, DEC, vb. gibi şirketler bu türün benzeri birçok mikroişlemci yaptı.

    SIMD İşlemciler

    Tek Komutlu Çoklu Veri, elemanları seri kullanım yerine paralel kullanan vektörlerdeki hesaplamalar için tasarlanmıştır. Birden fazla ALU’ları mevcuttur ve her birinin veri depolama için yerel bir bellekleri bulunmaktadır.

    Bit Dilimli İşlemciler

    Bit-Slice işlemciler, kullanıcı tercihine göre belirli kelime uzunluklarına ve yapı taşlarına bulundurur. Ayrıca 4 bitlik ALU’lara, jeneratörlere ve mikro program sıralayıcılara sahiptirler. Bazı örnekler şekildedir: AMD-2900, 29300 serisi ve Texas Instrument SN-74AS88XX serisi.a

    Grafik İşlemciler Intel tarafından yüksek çözünürlüklü oyunlar ve filmler için üretilmiş bir mikroişlemci olarak bilinir. Bazı örnekler Intel 82786, Intel i860 ve Intel i750’dir.

    Mikroişlemci Nasıl Çalışır ?

    • Aritmetik ve mantık birimlerini kullanımı yaparak toplama, çıkarma, çarpma, bölme gibi matematiksel işlemleri gerçekleştirebilmektedir. ALU birimleri bu kısımda devreye girişi ile karmaşık mantıksal işlemleri bile kolayca yapabilmektedir.
    • Adres ve veri yolu 8 bitlik bir mikroişlemciyi ele alınacak olursa 2^8 = 256 byte belleğe sahiptir ve bu mikroişlemci 8 bit bellek okuyup yazabilmektedir. (Burada, 4-8-16-32-64 bit birbirinden farklıdır.)
    • Mikroişlemciler hem RAM hem de ROM’a bulundurmaktadır. RAM (Random Access Memory), geçici hafıza görevi yapar. Mikroişlemci kapandığı takdirde buradaki veriler silinmektedir. ROM (Ready Only Memory), kalıcı hafızadır ve sistem kapanması durumda dahi buradaki veriler silinmemektedir.
    • ROM BIOS olarak bilinmekte olan giriş/çıkış (I/O) ve PC botları, BIOS hafızasına kaydedilmesi ile başlamaktadır.
    • BIOS yönlendirmesiyle bilgisayar, önyükleme işlemi için sabit diske yönetilecektir. Sabit diskten alınan talimatlar aracılığı ile, ön yüklemede oluşan bilgiyi RAM’e depolayacaktır.
    • RAM ise Rastgele Erişim Belleği anlamına gelmektedir. Komutlara bağlı olarak rastgele baytları okuma işlevi yapabilir ve sistem kapandığında veriler RAM üzerinden silinir.
    • Adres yolu (Address Bus) (8-bit, 16-bit veya 32-bit) belleğe bir adres gönderecektir. Benzer şekilde, veri yolu işlevi, verileri bellekten göndermek veya almaktır.
    • Okuma yazma satırları (Read/Write) belleğe adres konumunu ayarlayıp ayarlamayacağını bildiriminde önemli bir role sahip durumdadır. Saat satırı (The Clock Line) işlemcinin saat darbesini ayarlama ve sıfırlama satırı sayacı sıfıra ayarlamasını yapma ile programın yürütülmesini de sıfırlar.
    • Burada bulunan kayıtlar 0/1’lerle yapılmaktadır. Burada ALU birimine gönderilen bilgilerle işlemler yapılarak 1/0’lar şeklinde sonuçlar alınmaktadır. Bu sonuçlar üç durumlu (3-State) için kullanımı yapılmaktadır.
    • Burada, 0/1 bilgileri okuma yazma sayesinde kayıtlanmaktadır ve gerekli adres verilerinde kullanılmak için bekletme işlemi yapılır.
    • Komut kod çözücü bu işlemlerden sonra ALU tarafından gerçekleştirilen işlemin çıktısının kodunu çözer ve karşılaştırma kaydıyla birlikte getirme işlemi yapar.
    • Talimat setine ayarlı olarak, görevleri her saat döngüsünde gerçekleştirir ve bitiş döngüsünde program sayacı artırılır.
    • Çeşitli bit desenleri kümesi olan çoklu talimat kümesi üzerinde çalışması nedeni ile bu talimat bitleri koleksiyonu, işlemcinin montaj dili olarak bilinir. Bu kalıpları çevirme amacı ile bir montajcı kullanılır ve çıktı, işlemcinin programı yürütme yapılabilmesi için bellekte saklamaktadır.

    Mikroişlemciler Nerelerde Kullanılır ?

    microprocessor on board

    Mikroişlemcilerin birçok kullanım alanları vardır. Bunlar insanların yaşam alanlarından olan evlerden başlayıp endüstriyel alana kadar uzanmaktadır. Bu kullanım alanları örneğin; Evlerde sıcaklığı ayarlamak için bir sensör aracılığı ile mikroişlemciler kullanılmaktadır. Çamaşır, bulaşık, kahve makinesi v.b. ev aletlerinde mikroişlemciler sıklıkla kullanılmaktadır.

    Endüstriyel alanlarda ise, arabalar, tekneler, uçaklar, kamyonlar, ağır makineler, asansörler, benzin pompaları, kredi kartı işlem birimleri, trafik kontrol cihazları, bilgisayar sunucuları, çoğu yüksek teknoloji tıbbi cihaz, gözetim sistemleri, güvenlik sistemleri, ve hatta otomatik girişli bazı kapılar üretimlerinde mikroişlemciler kullanılmaktadır.

    İletişim alanlarında ise, kullanılan her telefonda, bilgisayarlarda  mikroişlemciler bulunmaktadır. Modemlerde kullanımı genellikle mevcuttur, bilgisayar ağları üzerinde sıkça kullanılan, WAN (Geniş Alan Ağı) ve LAN (Yerel Alan Ağı) içerisinde de kullanımları bulunmaktadır.

    Mikroişlemci ve Mikrodenetleyici Arasındaki Farklar Nelerdir ?

    Mikroişlemci bir merkezi işlem birimi olduğu için işlemlere sadece karar verebilme yeteneği bulunmaktadır faka bu işlemleri gerçekleştirme yeteneği yoktur. Mikrodenetleyici ise içinde işlemci,hafıza,giriş-çıkış,ram,rom gibi birimleri taşımakta olan bir bilgisayar mekanizmasıdır. Yani mikrodenetleyici, tek başına işlemleri denetler ve bu sırada ayrıca gerçekleştirir.

    Mikroişlemciler, karmaşık yapılarda kullanımı mevcuttur fakat mikrodenetleyici bunun tersine daha basit işlemlemlerde kullanılmaktadır.

    Mikroişlemci Nasıl Kodlanır ?

    pic

    Bir mikroişlemciyi kodlamak için öncelikle bir mikroişlemci var olması gerekmektedir.

    Ardından ise bir derleyici (IDE) kullanılması gerekmektedir. Burada, kullanılabilecek dillerin sayısı çok fazladır. C ve Assembly programlama dilleri genelde en çok kullanılan dillerdir.

    Bir IDE aracılığı ile kodlanan mikroişlemcinin IDE üzerinde bulunan Debug yardımıyla kodlanmış olan kodu derleyerek, adım adım kontrol edebilmektedir.

    Tekrardan IDE yardımıyla yazılan kodu mikroişlemcinin içine atılması, mikroişlemcinin kodlamasını tamamlayıp çalışması sağlanabilir.

    Assembly Dili İçin Kullanılacak IDE’ler Nelerdir ?

    1-Microsoft MASM (Macro Assembler)

    Microsoft’un x86 mimarisi için ürettiği 16/32/64 bit desteği mevcut olan, en eski derleyicidir. Windows için kullanılmaktadır.

    2-Netwide Assembler (NASM)

    İntel x86 mimarisi için üretilmiş olan bu derleyici 16/32/64 bit programlar yazılımı için kullanılmaktadır. Linux için kullanılan en popüler derleyicidir.

  • Mikrodenetleyici Nedir ? Mikrodenetleyici Ne işe Yarar ve Çeşitleri Nelerdir ? Mikrodenetleyici ve Mikroişlemci arasındaki Farklar Nelerdir ?

    Mikrodenetleyici Nedir ? Mikrodenetleyici Ne işe Yarar ve Çeşitleri Nelerdir ? Mikrodenetleyici ve Mikroişlemci arasındaki Farklar Nelerdir ?

    Mikrodenetleyici nedir, mikrodenetleyici çeşitleri nelerdir, var olan mikrodenetleyici çeşitleri ne işe yarar, nasıl kullanılır, çalışma prensibi nedir konusuna yer verilen bir yazı dizisi hazırladık.

    Mikroişlemci Nedir ?

    Yapısında bir CPU (Central Processing Unit / Merkezi İşlem Birimi), ön bellek ve input/output (giriş/çıkış) birimleri bulunan devrelere mikroişlemci ismi verilmektedir. Daha kısa bir şekli ile; mikroişlemci, aslında bir bilgisayardır. Mikroişlemciler, bulundukları elektronik mekanizmaların beynidir. İçerisinde yer aldıkları mekanizmanın kontrolünü sağlarlar.

    Mikroişlemcinin beyni ise CPU bileşenidir. Veri işleme ve veri akışı bu birim aracılığı ile gerçekleştirilir. Bu veri işlemleri çoğunlukla CPU’nun içerisinde yer alan ALU (Aritmetik Mantık Birimi)’da uygulanır. Bu birimde sayısal ve lojik işlemler yapılması sağlanır. Tüm dijital elektronik işlemleri (lojik işlemler ve sayısal işlevler), CPU’ların en temel işlevi olarak sayılır. CPU’ların bileşenleri arasında 8-16-32-64 bitlik registerlar bulunmaktadır. Registerlar, bilgilerin geçici sürede depolanmasını görevini üstlenir. CPU’lar, mikroişlemcinin hafızasındaki programları bulunması, çağrılması ve onları çalıştırma görevi gerçekleştirirler.

    Mikroişlemciye atılan veriler ilk adımda hafızaya gelir ve burada depolanır. CPU ların da doğrudan erişim sağladığı birim bellektir. Bellekte iki tane birincil hafıza birimi bulunmaktadır: RAM ve ROM. RAM (Random Access Memory), geçici hafıza olarak adlandırılır. Mikroişlemci kapandığı takdirde burada yer alan veriler silinir. ROM (Ready Only Memory), kalıcı hafıza görevi yapar ve sistem kapanma durumunda burada yer alan veriler korunmaya devam eder.

    CPU’daki veri akışının aktarılmasını, bellek ve giriş/çıkış birimlerinin bağlantılarını gerçekleştiren 3 çeşit BUS (Veri yolu) bulunmaktadır, bunlar da Address BUS, Data BUS, Control BUS. Address BUS, verinin okunacağı veya verinin yazıldığı bölgeyi belirtmekte olan adres bilgilerinin taşınmasını sağlar. Tek yönlü bir veri yolu şeklindedir. Data BUS, CPU’dan bellek ve giriş/çıkış portlarına ya da bu birimlerden CPU’ya doğru çift yönlü bir veri hat halindedir. Control BUS, mikroişlemcideki birimler arası iletişimi düzenleyen sinyalleri iletimini gerçekleştirmektedir, kontrol sağlayan veri hattıdır. Her mikroişlemci farklı sayıda hatta mevcut olduğu Control BUS bulunabilmektedir.

    CPU içerisindeki hafıza birimlerine Register ismi verilmektedir. İşlemcinin çekirdeğinde olması nedeniyle verilere ulaşmak daha hızlı gerçekleşir. Kullanıldığı alan ya da amaçlarına göre özel ve genel çeşitleri vardır.

    Mikroişlemcilerin Tarihi

    Tarihteki ilk mikroişlemci, 3 farklı projenin gerçekleştirilmesi ile oluşmuştur. Bu proje grubu INTEL 4004, Texas Instruments şirketinin TMS1000’i ve Garrett AiResearch firmasının Central Air Data Computer’ından meydana gelmektedir. Garrett’ın Birleşmiş Milletlerin isteği doğrultusunda F-14 Tomcat’in ana uçuş kontrol bilgisayarı için dizayn ettiği mikroişlemci 1970 yılında tasarlanmış olup kullanıma başlanmıştır. Fakat çok gelişmiş olarak görüldüğü için Birleşmiş Milletler ordusu tasarımın yayınlanmasını 1997 yılına kadar kabul etmemiştir. Texas Instruments (TI) firması ise 4 bitlik TMS1000 mikroişlemcisini üretimi gerçekleştirdi ve gömülü sistemlerde daha yoğun çalışmalar gerçekleştirdi.

    1971 yılında bir hesap makinesinin tüm işlevlerini tek çip üzerinden gerçekleşme görevini yapabilen mikroişlemci TMS1802NC de TI tarafından geliştirildi. TI, mikroişlemci için patent başvurusu yaptı ve Gary Boone, 4 Eylül 1973’te tek çip mikroişlemci mimarisiyle patent sahibi oldu.

    Mikrodenetleyici Nedir ?

    ATMEL Mikrodenetleyici

    Mikrodenetleyici(MCU ve µC), tek bir metal oksit yarı iletken(MOS-MOSFET) tümleşik devre(IC) üzerine kurulmuş, dışarıdan gelen bir veriyi (programı) hafızasına yazan, derleyen ve sonucunda da çıktı elde eden bir bilgisayar olarak tarif edilebilir. Mikrodenetleyicinin yapısında:

    • CPU
    • RAM
    • ROM
    • I/O Portları
    • Seri ve Paralel Portlar
    • Kristal Osilatör
    • Sayıcılar
    • Bazılarında da A/D (Analog to Digital) ve D/A (Digital to Analog) çeviriciler bulunur.

    Mikrodenetleyici ve Mikroişlemci Arasındaki Farklar Nelerdir ?

    Mikroişlemci ile mikrodenetleyici birbirinden farklı yapılardır karıştırılmamalıdır. Mikrodenetleyiciler, yapılarında mikroişlemcileri de yer alır. Mikro İşlemcilerin yapısında CPU, önbellek ve I/O portları olmasına karşın mikrodenetleyicilerde ayrıca seri ve paralel portlar, sayıcılar ve çeviriciler (converter) de mevcuttur. Mikrodenetleyiciler, gerçek zamanlı uygulamalarda daha istenilen verimde çalışmaktadır. Mikrodenetleyiciler bu görevi çok küçük boyutlarda ve daha az enerji tüketimi ile yapabilmektedirler. Bunun yanı sıra mikroişlemciler aynı anda çoklu işlem yapabilirken mikrodenetleyiciler aynı anda tek bir iş yapabilme özelliği vardır.

    Mikrodenetleyici Türleri

    PIC Mikrodenetleyici

    Mikrodenetleyici
    Mikrodenetleyici

    Çevresel arabirim denetleyicisi(PIC), elektrik, bilgisayar, robotik ve benzeri cihazların geliştirilmesinde kullanılan bir çeşit mikrodenetleyici bileşenidir. PIC, Microchip Technology tarafından üretilmiştir ve giriş-çıkış(I/O) verimi arttırmak için kod ve verilerin ayrı kayıtlara yerleşimi yapıldığı Harvard mimarisine dayanmaktadır.

    Bir PIC, tüm G/Ç işlevlerini ve işlemlerini işlenmesi için yerleşik bir veri belleğine, veri yoluna ve özel mikroişlemci bulunmaktadır. Rastgele erişimli bellek (RAM) ve silinebilir programlanabilme özelliği bulunan salt okunur bellek (EPROM) şeklinde geçici ve kalıcı depolama mekanizmalarından oluşur; burada RAM, kullanılan verileri/işlemleri depolar ve EPROM oluşturulan değerleri depolar. Ayrıca, READ, WRITE ve ERASE işlevlerinin birden çok örneğini gerçekleştirilebilmesi için kullanılan bir flash bellek içerebilir.

    ARM Mikrodenetleyici

    ARM(Acorn RISC Machine), geliştirilmiş RISC makinesi anlamına gelmektedir. Dijital gömülü sistem dünyasının en popüler mikrodenetleyici programlama yöntemidir. 32 ve 64 bit versiyonları mevcuttur. Düşük güç tüketimi, diğer RISC tabanlı işlemcilere göre yüksek performanslı olması ve x86 ve x64 işlemcilere göre daha az maliyetli olması nedeni ile genellikle gömülü sistemlerde ARM işlemci tercih edilmektedir.

    8051 Mikrodenetleyici

    Intel, 1981 yılında 8 bit 8051 mikrodenetleyici üretmiştir. 40 pin DIP (Dual inline paket), ROM ise 4 kb ve 128 byte RAM depolama, 2 adet 16 bit zamanlayıcı ile yapılmıştır. Özel olarak belirlenmiş özelliklerine göre programlanabilir ve adreslenebilir dört paralel 8 bit bağlantı noktasından oluşur.

    AVR Mikrodenetleyici

    AVR, Atmel firmasının ürettiği 8 bitlik RISC mimarisine sahip mikrodenetleyicilere denilmektedir. Maliyeti düşüktür ve hızlı çalışır. 2 KB ve 128 KB yazılıp-silinebilen bellek türüne sahiptir.

    MSP Mikrodenetleyici

    MSP, karışık sinyal işlemcisi anlamına gelir. Texas Instrument firma ürettikleri arasında yer alan bir işlemcidir. 16 bitlik bir CPU etrafına tasarımı yapılmıştır. Düşük güç tüketimi mevcuttur ve maliyeti düşüktür. Genellikle gömülü sistemler için tercih edilmektedir.

    Mikrodenetleyici Ne İşe Yarar ?

    Mikrodenetleyici, programlandığı yazılımı hafızasına kayıt yapıp, işleyebileceği şekilde derleme görevi yapar ve bir çıkış sinyali gönderir. Çıkış portuna bir motorun bağlı durumdadır, mikrodenetleyiciden gelen sinyale göre bu motor hareket etmeye başlar. Kısaca mikrodenetleyiciler elektronik devrelerde beyin görevini üstlenir, elektronik sistemleri kontrol edilmesini sağlar.

    Mikrodenetleyici Çeşitleri

    Endüstri ve diğer alanlarda kullanılmakta olan birçok çeşit mikrodenetleyici bulunmaktadır. Mimarileri dikkate alınmasına göre mikrodenetleyiciler ikiye ayrılmaktadırlar.

    1. Hafıza Organizasyonu Açısından

    Von Neumann Mimarisi

    Program komutları ve veriler aynı bellekten alınması ardından tek bir yol üzerinden işlemciye gönderilir; önce komut, daha sonra da veri işlenir. Geçmişte bu mimari tercih edilse de şu anda en çok kullanılan yöntem Harvard durumuna gelmiştir. Bu mimaride bazı gecikmeler meydana gelmektedir.

    • Veri ve program alanı aynı hafıza haritası üzerinde bulunur.
    • Kullanılan işlemciler: 80X86, 68HC11 gibi
    • Kişisel bilgisayarlarda standart bir şekilde kullanılmaktadır.

    Harvard Mimarisi

    Genellikle tercih edilen mimari Harvard mimarisidir. Verilere ve komutlara farklı yollardan ulaşım yapılabilir, bu sayede çalışması daha hızlı gerçekleşir.

    • Veri ve program alanı ayrı hafıza haritası üzerindedir.
    • Güvenilirdir.
    • Kullanılan işlemciler: 8051,PIC
    • 8051’in iç yapısı Harward mimarisine uygun tasarlanmıştır.
    Von Neumann ve Harvard Mimarisi
    Von Neumann ve Harvard Mimarisi
    1. Komut işleme tekniği açısından

    RISC

    RISC, küçük özel komutları kullanımı ile  daha hızlı ve yüksek optimizasyonla yürütmektir.

    CISC

    CISC, daha basit derleyicilerle iyi çalışma özelliği sayesinde iyi kişisel bilgisayarlar yaparlar.

    Mikrodenetleyiciler Nerelerde Kullanılır ?

    Mikrodenetleyiciler televizyon, radyo, otomobil, cep telefonu, bilgisayar, hobi elektroniği ve sayısız daha birçok alanda kullanımı bulunmaktadır. Kullanım alanlarının bir kısmı bilgisayarlar olarak bilinse de  en büyük kullanım alanları gömülü sistemlerdir. Elektronik devrelerde işlemlerin manuel olarak değil, belli bir sistematik ile hazırlanan döngüler içerisinde yer alan komutlara göre işleyebilmesi için kullanılan mikrodenetleyiciler, otomasyon ve kontrol sistemlerinde de sıklıkla kullanımı bulunmaktadır.

    Mikrodenetleyici Programlama Nasıl Yapılır ?

    Mikrodenetleyici

    Mikrodenetleyicilerin programlanabilmesi için komut satırlarından oluşan bir yazılıma ihtiyaç bulunmaktadır. Her mikrodenetleyici için farklı bir derleme yordamı, derlenen programın aktarılması için farklı programlar bulunmaktadır. Örneğin örnekte verildiği gibi, Microchip firmasının ürünü olan PIC ailesindeki mikrodenetleyiciler için özel programlama kartları mevcuttur. Mikrodenetleyicinin programlanabilmesi için karta sabitleme yapılması, kartın da bilgisayara bağlantı yapılması gerekmektedir. Bilgisayardaki yazılım makine diline derlemesi yapıldıktan sonra mikrodenetleyici tipi seçilerek yazılım karta aktarılır. Bu şekilde karta sabitlenen mikrodenetleyici programlanması sağlanmış olur.

    Mikrokontrolör çoğunlukla, yüksek seviyeli diller olan C/C++ ,JAVA veya ADA ile programlanlanması yapılır. Bir mikrodenetleyiciyi kodlama yapılması için gerekli olan temel araçlardan bir tanesi, bir entegre geliştirme ortamı olan IDE’lerden faydalanılmaktadır. Size uygun IDE’yi seçtikten sonra kod yazmaya başlanılabilir.

  • FPGA Nedir ? Çalışma Prensibi Nedir ? Mikroişlemciden Farkları Nelerdir ? Avantajları Nelerdir ?

    FPGA Nedir ? Çalışma Prensibi Nedir ? Mikroişlemciden Farkları Nelerdir ? Avantajları Nelerdir ?

    FPGA Nedir ?

    Son teknoloji geliştirme kartları olan FPGA, paralel çalışma kabiliyetine sahip olmaktadır. Alanda programlanabilir kapı dizileri anlamına gelen fpga donanım devresi işlevi görmektedir. Kullanıcılar bir veya birden fazla mantıksal işlemi gerçekleştirmek için fpga kullanmaktadır. Tasarımcılar üretim süreci tamamlandıktan sonra programlama aşamasına geçmektedir.  Programlanabilir mantık kapıları, belek ve diğer ögelerden oluşmaktadır. En önemli ve ayırt edici özellikleri paralel işlem yapabilme kabiliyeti olan fpga çok yönlü olarak kullanılmaktadır. Mikrodenetleyiciler gittikçe güçlendikçe, tasarım zorluklarına alternatif çözüm getirilmeye çalışılmaktadır. 1980 yılından beri pazar payında yerini alan fpga yapıları itibari ile çok göz önünde bulunmamaktadır. Fakat kullanım alanlarının çok fazla olmasından dolayı tercih edilmektedir.

    FPGA Nedir ?

    Alanda programlanabilir kapı dizileri olarak tanımlanan fpga üç ana bölümden oluşmaktadır. Üç ana bölüm arasında giriş-çıkış blokları ve ana bağlantılar yer almaktadır. Programlanabilir kapı dizileri, ara bağlantılar içerisinde gömülü şekilde bulunmaktadır. Tasarım sırasında kullanıcıya esneklik sunmasının yanında son derece düşük maliyetli olmaktadır.

     Sayısal işaret işleme, tıbbi görüntüleme, savunma ve otomotiv, fpga kullanılan alanlar arasında yer almaktadır. Ortak işlevleri yerine getiren fpga çok yüksek düzeyde esneklik sunmaktadır. Tasarımcı tarafından oluşturulan mantık devresi sabit olarak oluşturulduğundan, üretim sonrası değişim mümkün olmamaktadır.

     Fakat fpga üretim sürecinden sonra bile kullanıcıların isteğine bağlı olarak tekrar programlanabilmektedir. Tasarımdaki değişikliklere uyum sağlayan alanda programlanabilir kapı dizileri, parçanın ömrü boyunca yeni bir uygulamayı destekleyebilmektedir.

    FPGA Çalışma Prensibi Nedir ?

    fpga mimarisi
    FPGA Mimari Yapısı

    Temel olarak veri giriş ve çıkış prensibiyle çalışan fpga giren veriyi işlerken ihtiyaç duyulan yapıda çıkmaktadır. Alanda programlanabilir kapı dizilerinin 30 bit veri işlenmesi isteniyorsa, bu işlem emri üzerinden yeniden programlama yapılmaktadır. Yalnızca istenilen kadar çalışan devre, güçlü performans göstermektedir.

    FPGA kimileri için karışık bir devre mantığı geldiğinden, nasıl programlanabileceğini bilmemektedir. Yazılım ve bilgisayar mühendisleri tarafından yapılan bu işlemler, oldukça hassas düzenlemeler gerektirmektedir.

    Bu düzenlemeler arasında fpga devresine uygun diller ile yeniden programlama bulunmaktadır. Çoğu bilgisayarın standart bir donanıma sahip olduğu göz önüne alınırsa, fpga önemi anlaşılmaktadır.

    FPGA’in Mikroişlemciden Farkları Nelerdir ?

    FPGA ve mikroişlemci arasındaki en büyük fark, mikroişlemcinin kullanıcıların isteğine göre programlanamaması olmaktadır. Her kavşakta kullanıcıların yapabilecekleri ve bozabilecekleri anahtar, fpga devrelerinde yer almaktadır. Mikroişlemciler daha karmaşık bir yapıya sahip olmakla birlikte sabit talimatları bulunmaktadır.

    Programı değiştirmeyi ve iyileştirmeyi amaçlayan alanda programlanabilir kapı dizileri, tek bir devre üzerinde küçük bir bilgisayar olmaktadır. Program hafızasının yanı sıra RAM içeren mikroişlemci, kullanıcı tarafından verilen belirli bir görevi veya uygulamayı yerine getirmektedir. Her ikisi de ikili verileri değiştirerek çalışsa da birbirlerinden son derece farklı olmaktadır.

    Proje için gerekli olan programlamanın seçilmesi gerekmektedir. FPGA programlamak için yaygın olarak VHDL ve HDL dilleri kullanılırken, mikroişlemciyi programlamak için şirket tarafından sağlanan yazılım kullanılmaktadır.

    FPGA Uygulama Alanları Nelerdir ?

    Güçlü elektromanyetik radyasyon, yüksek titreşim ve diğer havacılık alanları

    Trafik ışıkları

    Yapay sinir ağları

    Makine görüşü

    Video gözetimi ve motor kontrolü

    Endüstriyel ağ

    İşitme cihazları

    Tıbbi görüntüleme

    Otonom sürüş gibi uygulamalar

    İletişim kodlama Günümüzde üretmek istenilen entegreyi yüzlerce üretmek zorunda kalmadan deneme imkanı fpga ile sunulmaktadır. Kablolu veya kablosuz iletişimlerin yanı sıra ses alanında ve tüketici elektroniğinde FPGA kullanımı görülmektedir. Neredeyse bütün sektörlerde kullanıldığı gibi her alanda da FPGA’ya rastlamak mümkün olmaktadır. Yüksek teknoloji alanlarında FPGA’ya olan ihtiyaç her geçen gün artış göstermektedir.

    FPGA Avantajları Nelerdir ?

    Geliştirilmiş performansa sahip olan fpga maliyetleri azaltmaktadır. Esnek ve güvenilir olduğu gibi düşük bakım masrafı gerektirmektedir. Kullanım süresi son derece uzun olmakla birlikte kullanıcılar tarafından istenildiği zaman güncellenebilmektedir. En düşük gecikmeyi sağladığı için gerçek zamanlı uygulamalarda kullanılmaktadır.

     Paralel veri işleme söz konusuysa, fpga önerilmektedir. Küçük bir pano alanı gerektirdiği için enerji verimliliği sağlanmaktadır. Her dijital işlemi gerçekleştiren bir yapıda olan fpga kart üzerinde programlanabilmektedir.  Kameradan video görüntülerinin sürekli olarak alınmasını sağladığı gibi işlenmesi ve filtrelerden geçirilmesinde de büyük rol oynamaktadır. İlk görüntü alındıktan sonra işlenmesi ve gönderilmesi için beklenmeden ikinci görüntü alınabilmektedir. İşlemlerin hepsi paralel, yani eş zamanlı olarak gerçekleşmektedir.

    FPGA Tarihçesi Nedir ?

    FPGA’nın üretim başlangıcı, elektronik cihazların üretimi ile aynı olmaktadır. 1950’lerde entegre devre ortaya çıkması, fpga gelişimi için önem arz etmektedir. Elektronik bileşen televizyon, bilgisayar ve cep telefonu gibi elektronik cihazların beyni olarak kabul görmektedir. Programlanabilir yarı iletken çipler 1970 tarihinden beri araştırılarak geliştirilmektedir.

    FPGA olarak sınıflandırılan ürün grubunun doğrudan atası olarak XC2064 kabul edilmektedir. FPGA pazarında bir öncü olduğu için en büyük pazar payını elinde tutmaktadır. Tasarım mühendisleri FPGA programlayarak çok çeşitli görevler gerçekleştirmektedir.  Alanda programlanabilir kapı dizileri tasarlamak için CUPL, ABEL, VHDL ve Veriolog HDL gibi normal IC tasarımı için kullanılmaktadır. Donanım açıklama dili daha sıklıkla tercih edilmektedir.

    FPGA Özellikleri Nelerdir ?

    Nexys4-DDR FPGA Kartı

    Yukarıda sizlerle XILINX firmasına ait olan nexys4-DDR isimli modelini göstermekteyiz. Örnek teşkil etmesi amacıyla bir fpga kartının üzerinde hangi giriş çıkışlar bulunur göstermek istedik, tabi ki bu modeli baz alarak farklı modeller de farklı giriş çıkışlar bulunabilir.

    1. Güç Seçme Jumperı
    2. Mini USB port / UART girişi
    3. Harici Yapılandırma jumperı
    4. PMOD konnektörleri
    5. Mikrofon
    6. Güç Kaynağı Test Noktası
    7. 16’lı Ledler
    8. 16’lı Anahtarlar
    9. 8-bit seven segment display
    10. JTAG bağlantı noktası harici kablo için (isteğe bağlı)
    11. 5’li pushbutton
    12. Sıcaklık Sensörü
    13. FPGA konfigürasyon reset düğmesi
    14. CPU reset butonu
    15. Analog Sinyal PMOD konnektörü
    16. Programlama Modu jumperı
    17. Ses Konnektörü
    18. VGA Konnektörü
    19. FPGA programlama tamamlandı ledi
    20. Ethernet Konnektörü
    21. USB Host Konnektörü
    22. PIC24 programlama portu
    23. Güç Anahtarı
    24. Güç girişi

    FPGA’lerin çoğu benzer mimariye sahip olmaktadır. Kullanıcıların tasarladıkları sayısal devreler, fpga entegrelerinde çalışmaktadır. Bu durum kullanıcılara portatif tasarım geliştirme imkanı vermektedir. Piyasada bu özelliği kullanan ve müşterileri için belirli bir özel sayısal devre tasarlayan firmalar mevcut olmaktadır.

    Firmalar görüntü işlemeden kriptografik algoritmalara kadar birçok uygulama için FPGA kullanmaktadır. Geleneksel ASIC’lerin yerine fpga tercih edilmektedir. Bir uygulama için FPGA üzerinde tasarım yapılıp müşteriye satıldıktan sonra bile özellik iyileştirmesi ve güncelleme yapılabilmektedir.

    Geliştirilip ve test edilip pazara sürülmesi, daha kısa süre içerisinde meydana gelmektedir. Tasarım esnasında çoğu donanım hazır olduğu için donanım üzerinden de doğrulama yapılabilmektedir.

    FPGA ve Mikrodenetleyici Güç Tüketimi Farkları Nelerdir ?

    FPGA çeşitli nedenlerden dolayı mikrodenetleyicilere oranla daha fazla güç tüketiminde bulunmaktadır. Verimli güç sistemleri yapmak isteyen mühendisler için zorluk oluşturmaktadır. Gömülü bir sistemin güç sınırlarını aşan fpga tüm amaçlar için uygun olan şartları taşımayabilmektedir. Öykünme ve prototipleme için kullanılan FPGA, mikrodenetleyici kadar verimli olmamaktadır.

     Yüksek hızlı görevler için FPGA tercih edilmektedir. Güç tüketimi için optimize edilemeyen FPGA, istenildiği gibi özelleştirilebilmektedir. Güç tasarrufu modu bulunan mikrodenetleyici, çoğu durumda sürdürülebilir bir seçenek olarak görülmektedir. Piyasada düşük güç tüketimine sahip FPGA bulmak, mümkün olmamaktadır. FPGA sisteminde güç verimliliğini artırmak için kart üzerinde mikrodenetleyici kullanılmaktadır.

    FPGA Nasıl Programlanır ?

    FPGA programlamak için tercih edilen birçok yöntem bulunmaktadır. Tıpkı bir işlemci gibi çalışan FPGA, tekrar tekrar programlanma özelliğine sahip olmaktadır. Kullanıcı uygulamalarına göre sıfırdan programlanabilen FPGA için mantıksal hücrelerin gerçekleşeceği fonksiyonlar ve fonksiyonlar arasındaki bağlantılar belirlenmektedir.

    Yazılımcıların kod yazarken kullandığı çarp böl gibi aritmetik işlemler, FPGA programlanırken sıfırdan yazılmaktadır. Çekirdekler arası dağıtım ile eş zamanlı işlemler gerçekleştirilmektedir. Mantıksal kapılar kullanılarak oluşturulan süreçler, kod bazında sağlanmaktadır. Uygulama karmaşıklığı istenilen her seviyede olabilmektedir.

    FPGA için herhangi bir kısıtlama olmadığından, yazılımcı özgür bir alanda kod yazmaktadır. Donanım tasarımı istenilen amaca göre yapılandırıldığında, güç verimliliği daha fazla olmaktadır. USB’den gücünü alan FPGA, birkaç volt seviyesinde son derece düşük güç tüketiminde bulunmaktadır.

    İlginizi Çekebilir : PLC NEDİR ?

    Twitter Adresimiz İçin Tıklayınız

    Facebook Adresimiz İçin Tıklayınız