Mikroişlemci Nedir?

Mikroişlemci, hafıza ve giriş çıkış birimlerini bulunduran yapının geneline mikrobilgisayar; CPU’yu bulunduran entegre devre çipine ise mikroişlemci denir. Aslında mikroişlemciler en basit halleriyle bilgisayarlardır ve 3 temel bölümde incelenirler.

Mikroişlemci, modern teknolojinin merkezinde yer alan bir elektronik bileşendir. Bilgisayarların, akıllı telefonların, ev aletlerinin ve daha pek çok cihazın beyni olarak işlev gören mikroişlemciler, veri işleme, komut yürütme ve kontrol işlevleri gerçekleştirir. Basitçe, bir mikroişlemci; programlanabilir, sayısal bir devredir ve kendisine yüklenen yazılım sayesinde çeşitli işlemleri yapabilir.

► CPU(Merkezi İşlem Birimi) (Central Processing Unit)

► Hafıza (Memory)

► Donanım (Giriş çıkış birimleri)

Biz de mikroişlemciyi oluşturan bu 3 temel yapıyı birlikte inceleyelim.

CPU (Central Processing Unit) (Merkezi İşlem Birimi)

CPU, mikroişlemcilerin beyni olarak bilinir ve bilgisayarların değişik birimleri arasındaki veri akışı ve veri işleme görevlerini yerine getiren kısımdır. Veri akışını CPU’nun alt birimlerinden kontrol kısmı yerine getirir.
► Hafızadan okunan komutları çözer ve komut tarafından belirlenen işlemi yerine getirir.
► Veri işlemenin çoğu CPU içindeki ALU’da (Aritmetik mantık ünitesinde) gerçekleştirilir.
► Sayısal aritmetik işlevler, lojik işlemler ve kontrol CPU’nun temel işlevleri arasındadır.
► CPU’lar bilgileri geçici olarak registerlarda depolarlar. CPU içerisindeki registerlar 8,16,32, veya 64 bitlik olabilirler.

Hafızada bulunan program CPU’ya yapmasını istediği işlem için komutlar sağlar. CPU ise bu program komutlarını (instruction), hafızadan bulup çağırmak (fetch) ve olayları yürütmekle(execute) yükümlüdür.
► CPU’lar ALU birimine sahiptir ve bu birimlerinde matematiksel ve lojiksel işlemler yaparlar.
► Her CPU program sayacına(instruction pointer,flags) sahiptir ve bu sayaç var olan görev yerine getirilince devreye girer ve kendini bir arttırarak bir sonraki komutun adresini gösterir.

Bu program sayacının içeriği adres yolları üzerinde istenen  komutu okuyacak,bulacak ve çağıracak şekildedir.
► CPU içerisinde komut çözücü(instruction decoder) birimide mevcuttur. Bu birim CPU’ya gelen komutun anlamını yorumlayarak bir çeşit sözlük görevi görür. Komutun anlamına göre kontrol sinyalleri üretir.

Hafıza (Memory)

Programların talimatları ve verilerin ilk olarak yüklendiği yer hafızadır. Program komutları ve veriler burada saklanarak esas alınır.
► CPU’nun doğrudan eriştiği birimlere bellek adı verilir. Bu sebeple çoğunlukla hafıza elemanı olarak bilinen harddisk aslında hafıza elemanı değil donanımın yani çevre biliminin bir elemanıdır.

CPU’nun eriştiği birincil hafıza elemanları RAM ve ROM‘dur.
► RAM (Random Access Memory), rastgele erişimli bellek demektir ve  programlar çalışırken bilgisayar tarafından geçici hafızadır. Bilgisayarın kapanması durumundaki buradaki veriler kaybolur.
► ROM (Read Only Memory) ise yalnızca okunabilir bellek anlamına gelir. ROM’daki bilgi süreklidir ve herhangi bir güç kesintisinde bilgi kaybolmaz. ROM’a örnek olarak BIOS’u verebiliriz. PC’lerin ilk çalıştığı program budur.

BUS(Bağlantı Yolları)

CPU’nun hafıza ve giriş/çıkış cihazlarına bağlantılarını ve bilgisayardaki bir bilginin bir yerden başka bir yere taşınmasını sağlar. Her bilgisayar adres,data ve kontrol BUS olmak üzere 3 çeşit BUS’a sahiptir.

►Adress BUS(Adres yolu)

Hedef ve kaynak verilerin adreslerini taşırlar.
► Adress BUS’ın genişliği sistemin maksimum hafıza kapasitesini belirler. Örneğin adress BUS’ı 16 bit olan bir mikroişlemcide max hafıza 64 kilobayttır. Adress yolunun genişliğinden kasıt aynı anda birden fazla işlemin bir arada yapılmasıdır. Örneğin adress yolunun genişliği 8 bit olursa 256 adet adrese ulaşılabilir.İntel‘in 8086 işlemcisinde bu genişlik 20 bitken, PENTİUM II’de 36 bite kadar gider.
► Adress yolu genişledikçe işlemci daha fazla RAM kullanır ve buda performansın artmasına neden  olur.
► Adress BUS’lar tek yönlüdürler.
► İşlemcinin haberleşmeyi planladığı hafıza adresini belirlemede görev alır.

►Data BUS(Veri Yolu)

► Mikroişlemci tarafından hafızaya veya çıkış birimlerine veri göndermekte yada hafızadan ya da giriş birimlerinden hafızaya veri alınmada kullanılırlar.
► Veri taşırlar ve bu veriler komut ya da data olabilir.
► Veri yolunun genişliği bilgisayarın performansını çok etkiler. Aynı zamanda veri okuma yeteneğinin hızınıda arttırır. Örneğin İntel’in mikroişlemcilerinde veri yolunun genişliği 8085 modellerde 8 bit, PENTIUM’larda ise 64 bittir.
► Birbirine paralel olan tellerden oluşan haberleşme kanalları olarakta tanımlanabilir.
► Veri yolları iki yönlüdür.

►Kontrol BUS(Kontrol Yolu)

► Yol üzerindeki bir adresin hafıza adresi mi yoksa giriş çıkış birimlerinden biri mi olduğunu kontrol BUS yani kontrol yolu tespit eder.
► Okuma ve yazma sinyallerini sağlamak için kullanılır. CPU’nun input output veya hafızaya bilgi göndermek mi yoksa onlardan bilgi almak mı istediğini belirler.
► Hafıza,giriş çıkış, yazma, okuma diye 4 çeşit kontrol yolu sinyali mevcuttur. İşlemci hangi adresi gösteriyorsa bu sinyallerden biri aktif olur.
► Mikroişlemcinin yaptığı işlemlerin birbirine karıştırmasını yine kontrol yolları engeller.
► Kontrol BUS tek yönlüdür.
► CPU’lar fetch (verilen talimatı gidip hafızadan almak) ve execute (alınan talimatı yerine getirmek) eylemlerini yerine getirebilmek için REGISTER, ALU, PROGRAM COUNTER ve KOMUT ÇÖZÜCÜ’ye sahipti.Şimdi de son olarak registerlardan bahsedelim.

REGISTER’LAR (Kaydediciler)

► Register, CPU içindeki hafıza birimleridir. Ne kadar çok olursa  o kadar iyidir. Genişlikleri CPU’ya göre değişir. Örn: A,B,C,D
► Bellekteki verilere ulaşmak belirli bir zaman gerektirir. Fakat registerlar işlemci çekirdeğindedir ve istenildiğinde fazla zaman harcanmadan içerikleri kullanılabilir.

► Registerlar sınırlı sayıda bulunurlar ve kullanım amacına göre genel ya da özel amaçlı olarak kullanılabilirler.
► Registerlar 32 bit (EAX,EBX,ECX gibi ), 16 bit (AH,BH,CH gibi) olabilirler.

Mikroişlemcinin Tarihi

1970’lerin başında Intel, ilk ticari mikroişlemci olan Intel 4004’ü piyasaya sürdü. 4 bitlik bu işlemci, günümüz standartlarına göre oldukça yavaş olsa da, devrim niteliğindeydi. Ardından gelişen teknolojiyle daha güçlü, daha hızlı ve daha küçük mikroişlemciler üretildi. 1980’lerde bilgisayarların yaygınlaşmasıyla mikroişlemciler hayatımızın vazgeçilmez bir parçası haline geldi.

Mikroişlemci Nerelerde Kullanılır?

Mikroişlemciler geniş bir kullanım alanına sahiptir ve hemen her cihazda bulunabilirler. İşte bazı yaygın kullanım alanları:

1. Bilgisayarlar ve Akıllı Cihazlar: Masaüstü bilgisayarlardan dizüstü bilgisayarlara, akıllı telefonlardan tablet bilgisayarlara kadar tüm dijital cihazlarda bulunur.
2. Ev Aletleri: Mikrodalga fırınlar, çamaşır makineleri, buzdolapları gibi beyaz eşyalar, mikroişlemciler sayesinde programlanabilir ve çeşitli işlemleri otomatik olarak gerçekleştirebilir.
3. Endüstriyel Uygulamalar: Üretim hatlarında kullanılan makineler ve robotlar, belirli işlevleri mikroişlemcilerle kontrol eder.
4. Otomotiv Sektörü: Araçlarda motor yönetimi, fren sistemleri, hava yastıkları, eğlence sistemleri gibi birçok işlev, mikroişlemciler tarafından kontrol edilir.
5. Tıbbi Cihazlar: EKG makineleri, MRI tarayıcıları, kan test cihazları gibi birçok tıbbi cihazda mikroişlemciler kullanılarak hassas işlemler yapılır.

Mikroişlemci ve Mikrodenetleyici Arasındaki Fark

Mikroişlemci ve mikrodenetleyici terimleri sıkça karıştırılır. İkisi de programlanabilir olsalar da farklı yapılara ve kullanım alanlarına sahiptirler.

• Mikroişlemci: Genellikle sadece CPU işlevi görür ve diğer bileşenlere (RAM, ROM, I/O birimleri) harici olarak ihtiyaç duyar.
• Mikrodenetleyici: Mikroişlemciye ek olarak, RAM, ROM ve giriş/çıkış birimlerini de içerir. Bu nedenle daha küçük sistemlerde, tek çip çözümü olarak tercih edilir.

Mikroişlemci Tercihinde Dikkat Edilmesi Gereken Özellikler

Bir mikroişlemci seçerken dikkat edilmesi gereken bazı temel özellikler şunlardır:

• İşlemci Hızı (Clock Speed): İşlemcinin komutları ne kadar hızlı işlediğini belirler.
• Çekirdek Sayısı: Birden fazla çekirdeğe sahip işlemciler, aynı anda daha fazla işlem yapabilir.
• Bit Sayısı: 32 bit veya 64 bit işlemciler, işlemleri daha hızlı yapabilir ve daha fazla veriyi aynı anda işleyebilir.
• Güç Tüketimi: Özellikle mobil cihazlarda düşük güç tüketimi önemli bir özelliktir.

Mikroişlemciler, modern teknolojinin temel taşlarından biridir. Bilgisayarların çalışmasını sağlayan, akıllı cihazlara güç veren, araçlarda güvenliği artıran bu küçük ama güçlü çipler, her geçen gün daha da gelişiyor. Elektronik dünyasında ilerlemek isteyenler için mikroişlemci mimarisini anlamak, daha karmaşık sistemleri tasarlayabilmenin kapılarını aralayacaktır.