Mikroişlemci Tasarım Mimarileri
Bilgisayarın yüklenen tüm görevleri çok kısa zamanda yerine getirmesinde yatan ana unsur bilgisayarın tasarım mimarisidir. Bir mikroişlemci, mimari yetenekleri ve tasarım felsefesiyle şekillenir. Von Neuman ve Harvard olmak üzere iki temel mimari vardır.
Von Neuman (Princeton) Mimarisi
Bilgisayarlarda ilk kullanılan mimaridir. İlk bilgisayarlar Von Neuman yapısından yola çıkılarak geliştirilmiştir. Geliştirilen bu bilgisayar beş birimden oluşmaktaydı. Bu birimler;
- aritmetik ve mantıksal birim,
- kontrol birim,
- bellek,
- giriş-çıkış birimi ve
- bu birimler arasında iletişimi sağlayan yolardan oluşur
Bu mimaride veri ve komutlar bellekten tek bir yoldan mikroişlemciye getirilerek işlenmektedir. Program ve veri aynı bellekte bulunduğundan, komut ve veri gerekli olduğunda aynı iletişim yolunu kullanmaktadır. Bu durumda, komut için bir al-getir (Fetch) çevrimi, sonra veri için diğer bir al-getir çevrimi gerekmektedir.
Von Neuman mimarisinde, veri bellekten alınıp işledikten sonra tekrar belleğe gönderilmesinde çok zaman harcanır. Bundan başka, veri ve komutlar aynı bellek biriminde depolandığından, yanlışlıkla komut diye veri alanından kod getirilmesi sıkıntılara sebep olmaktadır. Bu mimari yaklaşımına sahip olan bilgisayarlar günümüzde, verilerin işlenmesinde, bilginin derlenmesinde ve sayısal problemlerde olduğu kadar endüstriyel denetimlerde başarılı bir şekilde kullanılmaktadır.
Harvard Mimarisi
Harvard mimarili bilgisayar sistemlerinde veri ve komutların ayrı ayrı belleklerde tutulur. Buna göre, veri ve komut aktarımında iletişim yolları da bir birinden bağımsız yapıda bulunmaktadırlar. Komutla birlikte veri aynı çevrimde farklı iletişim yolundan ilgili belleklerden alınıp işlemciye getirilebilir. Getirilen komut işlenip ilgili verisi veri belleğinden alınırken sıradaki komut, komut belleğinden alınıp getirilebilir. Bu önden alıp getirme işlemi, dallanma haricinde hızı iki katına çıkarabilmektedir.
Bu mimari günümüzde daha çok sayısal sinyal işlemcilerinde (DSP) kullanılmaktadır. Bu mimaride program içerisinde döngüler ve zaman gecikmeleri daha kolay ayarlanır. Von Neuman yapısına göre daha hızlıdır. Özellikle PIC mikrodenetleyicilerinde bu yapı kullanılır
Mikroişlemci Komut Mimarileri
Mikroişlemciler komutları işleme teknikleri açısından Karmaşık komut kümeli bilgisayar (CISC) ve Azaltılmış komut kümeli bilgisayar (RISC) olarak iki mimariye ayrılmaktadır.
CISC (Complex Instruction Set Computer) Mimarisi
Bu mimari, programlanması kolay ve etkin bellek kullanımı sağlayan tasarım felsefesinin bir ürünüdür. İşlemci üzerinde performans düşüklüğü ve işlemcinin karmaşık bir hale gelmesine neden olsa da yazılımı basitleştirmektedir. Bu mimarinin en önemli iki özelliği, değişken uzunluktaki komutlar diğeri ise karmaşık komutlardır. Değişken ve karmaşık uzunluktaki komutlar bellek tasarrufu sağlar. Karmaşık komutlar birden fazla komutu tek bir hale getirirler. CISC komut seti mümkün olabilen her durum için bir komut içermektedir. CISC mimarisinde yeni geliştirilen bir mikroişlemci eski mikroişlemcilerin assembly dilini desteklemektedir.
RISC (Reduced Instruction Set Computer) Mimarisi
RISC mimarisinin en önemli özelliği küçültülen komut kümesi ve azaltılan adresleme modları sayısıdır. Bunun yanında, bir çevrimlik zamanda komut işleyebilme, aynı uzunluk ve sabit formatta komut kümesine sahip olma, ana belleğe sadece “load” ve “store” komutlarıyla erişim; operasyonların sadece kaydedici üzerinde yapılması, yüksek seviyeli dilleri destekleme ve çok sayıda kaydediciye sahip olması özelliklerine sahiptir.
RISC ve CISC Mimarilerinin Karşılaştırılması
Bir yanıt yazın