Embedded(Gömülü)Sistem Nedir? Embedded Computing System de amaç; elektronik cihaza bir işlevi sürekli tekrar ettirmektir. Sistem içindeki program buna göre hazırlanmıştır. PC lerde (Desktop veya Laptop) kullanıcının yüklediği programa göre farklı işlemler yapılır. Embedded systemlerde ise program sistem belleğine bir kez yazıldıktan sonra genellikle değiştirilmez. 1
Nerelerde Kullanılır? Kişisel Tüketim Cihazlarında; CepTelefonu Çağrı Cihazı Dijital Fotoğraf Makinesi Video Kaydedici Kaset Oynatıcı Hesap Makinesi DVD oynatıcı 2
Nerelerde Kullanılır? Radyo, TV Alarm Sistemleri Çamaşır Makinesi v.s Fax, fotokopi makineleri Yazıcılar Otomobiller(ABS, Yol haritası v.s) Osiloskop v.s 3
Mikroişlemci Nedir? Çokça duyduğumuz 80386, 80486, Pentium, Celeron,AMD Athlon birer mikroişlemcidir. İntel, AMD, Cyrix ve Motorola üretici firmalardır. Çoğu zaman CPU (Central Processing Unit) olarak adlandırılırlar.(merkezi İşlem Birimi) 4
Bir bilgisayarın blok diyagramı Giriş Biriml eri (Fare, Kalvye,vs.) CPU Çıkış Birimleri (Monitör, Yazıcı, v.s) CPU, giriş(input), çıkış(output),ve Hafıza (memory) ile veri alışverişi için BUS denilen yolları kullanır. Data Bus(Veri Yolu) Hafıza (RAM; ROM; HDD) Adress Bus (Adres Yolu) 5
Bir Mikroişlemcinin Blok Yapısı Çevresel üniteler I/O CPU Kontrol Unit RAM ALU ROM 6
Bu üniteler CPU chip inin (Chip=yonga)dışında anakart üzerine yerleştirilirler. 1970-1980 yılları arasında INTEL, NEC ve MOTORALA Chip üreticileri birçok mikro işlemci geliştirmiştir. İntel: 4004, 8088, 8075, 8086, 80286. Motorola: 6800, 6809, 68000. Gelişen tümdevre teknolojisi sayesinde mikroişlemci kartların yerini mikro denetleyiciler almaya başlamıştır. CPU: Mikro işlemci. MCU: Mikrocontroller, mikrodenetleyiciler. 7
Mikrodenetleyici Mikro işlemcili sistem içerisinde bulunması gereken RAM, ROM,ALU (Aritmetic, Logic Unit), I/O gibi ünitelerin tek bir chip içerisinde bulundurulmasıyla oluşan yapıya Mikrodenetleyici denir. PC ler genel amaçlı bilgisayarlardır. MCU lar ise özel amaçlı bilgisayar olup, genellikle tek bir programı çok hassas çalıştırmak amacıyla tasarlanırlar. 8
Mikrodenetleyici Blok Diyagramı Tek Chip MCU Çevresel Üniteler LED,LCD, Sensörler I/O PORTA/PORTB Kontrol Unit ALU RAM ROM 9
Mikroişlemcili sistemde bus bağlantısı blok diyagramı 10
Mikrodenetleyiciler; veri giriş aygıtlarından gelen analog veya dijital verileri ALU ve Kontrol Ünitesi vasıtasıyla değerlendirdikten sonra, I/O portları vasıtasıyla kontrol ettiği cihazlara gönderirler. Port çıkışları genellikle çok az güç çeken LED ve LCD displaylerdir. MCU lar çok düşük güç harcarlar (50 mw) CPU lar ise (50W) büyük güç harcarlar. 11
CPU ve MCU arasındaki farklar Mimari yapıları farklıdır. Çoğu Mikroişlemci CISC (Complex Instruction Set Computer) mimarisini kullanırken, Mikrodenetleyiciler RISC(Reduced Instruction Set Computer) mimarisini kullanırlar. Bu mimari yapı dolayısıyla CPU larda komut sayısı fazladır. (genelde 100 den çok). MCU larda ise azdır.(genelde <50) Güç tüketimi CPU larda fazla, MCU larda düşüktür. Komutların işlenmesi açısından CPU lar daha yavaştır. Tek bir masayı bir yerden bir yere sürekli naklediyor olsaydınız hangi aracı kullanırdınız? a) TIR veya Kamyon b) Küçük bir kamyonet veya sepetli motor 12
Temel Mikroişlemci Özellikleri Mikroişlemcinin bir defada işleyebileceği kelime uzunluğu Kelime Uzunluğu veya bit uzunluğu, paralel olarak işlenen veri bitlerinin sayısıdır. Kelime, işlemcideki genel amaçlı kaydedicilerin büyüklüğü ve aynı zamanda her bir bellek alanı kapasitesidir. Büyük kelime uzunluğu, aynı zamanda bir çok işlemin birlikte yapılması demektir. İşlemciler, her bir saat çevriminde senkronize olarak o anda komut kuyruğunda bulunan komutları ve bunlara göre de bellekteki verileri işlerler. 13
Temel Mikroişlemci Özellikleri Bilgi bitleri, mikroişlemcinin tipine göre 8 lik, 16 lık, 32 veya 64 lük gruplar halinde işlenirler. Küçük hesap makineleri gibi bilgisayarlarda bilgiler 4 er bit (nibble) işlenir. Normal bilgisayarlarda 8 (byte), 16(word), ve 32 (doble word) işlenir. Kelime uzunluğu büyük olanlarda, aritmetik işlemlerin doğruluğu daha yüksektir. Eğer işlemcinin kelime uzunluğu, tek bir kelime ile ele alınan belirli bir iş için yetersizse, işlemci tek bir verinin işlenmesi için daha fazla zaman harcayacak ve verim düşecektir. 14
Temel Mikroişlemci Özellikleri Tek Bir komutun İşlenme Hızı Mikroişlemcinin hızı saat frekansı ile doğrudan ilgilidir. Fakat saat frekansı her zaman gerçek çalışma hızını yansıtmaz. İşlemci hızını etkileyen unsurlar: a) Çalışma çevriminin uzunluğu Algetir-kod çöz- işlet- geri yaz MIPS (million instruction per second) b)cpu nun devre teknolojisi ve planı AMD lerde saat frekansı Intel işlemcilerde ise önbellek miktarı fazla. 15
Temel Mikroişlemci Özellikleri Tek Bir komutun İşlenme Hızı c) İşlemcinin bir defada işleyebileceği kelime uzunluğu d)işlemci komut kümesi e) Denetim düzeni f) Bilgisayar belleğine ve G/Ç cihazlarına erişim hızı 16
Temel Mikroişlemci Özellikleri Mikroişlemcinin Doğrudan Adresleyebileceği Bellek Büyüklüğü Bilgisayar sistemlerindeki ana bellek mikroişlemci tarafından adres yolu vasıtasıyla adreslenir. Adres yolu hattı ne kadar çoksa adresleme kapasitesi de ona göre büyük olur. Adres yolu doğrudan mikroişlemci yapısıyla alakalı olup, işlemciye göre standarttır. 17
Temel Mikroişlemci Özellikleri Programcının Üzerinde Çalışabileceği Kaydedici Çeşitleri Programcı işlem sırasında verileri bu kaydediciler üzerinde tutar. Kaydedici sayısının fazla olması manevra kolaylığı ve esnekliği sağlar. Kaydediciler genelde 3 gruba ayrılır. Genel amaçlı kaydediciler Özel amaçlı kaydediciler Gizli kaydediciler 18
Temel Mikroişlemci Özellikleri Programcının kullanabileceği değişik türde komutlar. Mikroişlemci hızını etkileyen komutlar: Veri manevra komutları G/Ç komutları Aritmetik komutlar Mantıksal komutlar Test komutlarından oluşurlar. Komutların çokluğu belli bir elastikiyet sağlar Asıl olan, komutun az saykılla işlemi tamamlamasıdır. 19
Temel Mikroişlemci Özellikleri Programcının Bellek Adreslerken Gerek Duyacağı Farklı Adresleme Modları Adresleme modları, üzerinde çalışılan bir verinin belleğe nasıl ve ne şekilde yerleştirileceği veya, Üzerinde çalışılacak bir bellekten nasıl ve hangi yöntemle çağrılacağını belirler. Doğrudan adresleme Dolaylı adresleme İndexli adresleme türleri, Programcıya kolaylık sağlar Bu tür adresleme modları, bir mektubun gideceği yere; Birisinin eliyle mi? Bir nesne baz alınarak mı? Sokak ve evler eklenerek mi? Gönderileceği mantığıyla benzerdir 20
Kaydediciler Mikroişlemci mimarisinde önemli bir yer tutar. Doğrudan işlemci mimarisini belirleyen elemanlardan birisidir. Kaydediciler, verinin manevrasında ve geçici olarak tutulmasında birinci dereceden görevlidirler. Yapılan iş, ham bilgi girdinin hızlı bir biçimde işlenerek kullanılabilir çıktıya dönüştürülmesi olacağına göre, bu sistemde mutlaka verileri geçici olarak üzerinde tutacak bir grup veri saklayıcıya yani kaydediciye- ihtiyaç olacaktır. İşlemci içerisinde bir program yürütülürken, işlemcinin içerisinde, yani yanı başında (işlemci dışındaki elemanlara erişim yavaş olacağından dahili elemanlar tercih edilir.) kaydedicilere gerek duyulur. 21
8 bit işlemci kaydedici blok şeması Program Sayıcısı Veri Yolu Akümülatör X indis Kaydedicisi Y indis Kaydedicisi Kontrol Yolu Yığın Kaydedicisi Bayraklar Adres Yolu
ALU ALU, mikroişlemcide aritmetik ve mantık işlemlerinin yapıldığı en önemli birimlerinden birisidir. Aritmetik işlemler denilince başta toplama, çıkarma bölme, çarpma, mantık, işlemleri denilince AND, OR, EX-OR ve NOT gibi işlemler akla gelir. Komutlarla birlikte bu işlemleri, mantık kapılarının oluşturduğu toplayıcılar, çıkarıcılar ve kaydıran kaydediciler (shift register) gerçekleştirilirler. Bu devreler dahili veri yolu vasıtasıyla birbirlerine, bir başka veriyolu ve tamponlar vasıtasıyla kaydedicilere ve zamanlamakontrol birimine bağlanmışlardır. ALU da gerçekleşen tüm bu işlemler kontrol sinyalleri vasıtasıyla zamanlama ve kontrol biriminin gözetiminde eşzamanlı olarak yapılır.
Bellek Akümülatör Geçici kaydedici ALU Bayraklar