Bilgisayar Mimarisi

Bilgisayar mimarisi , Bellek, ALU, kaydediciler, I/O birimi yol arabirimi, kontrol birimi gibi birimlerin tasarlanması, çalışma prensiplerin öğrenilmesi,verilerin bu birimler arasında taşınması gibi işlemlerin nasıl yapıldığının öğrenilmesi ve bu birimlerin programlanması ile ilgilenir.

01 Ocak 2021, Cuma Serkan Yalçın 21
Paylaş: Facebookta Paylaş Twitter da paylaş

Bilgisayar Mimarisi

Mikrobilgisayar mikroişlemci, bellek ve giriş/çıkış elemanlarından oluşan bir yapıdır. Mikroişlemci, mikrobilgisayarın merkezi işlem birimi olarak çalışır. Mikroişlemci program komut kodlarının, bellekten alınıp getirilerek kodunun çözülmesi ve çalıştırılıp giriş/çıkış birimlerine yansıtılması işlevini yerine getirmektedir. En basit şekli ile bir mikroişlemcinin mimari yapısı kaydediciler, aritmetik-mantık birimi ve sistemi eşzamanlı çalıştırıp kontrol eden kontrol biriminden meydana gelmektedir. 

Bilgisayar Mimarisi Nedir?

Bilgisayar mimarisi , Bellek, ALU, kaydediciler, I/O birimi yol arabirimi, kontrol birimi gibi birimlerin tasarlanması, çalışma prensiplerinin öğrenilmesi, verilerin bu birimler arasında taşınması gibi işlemlerin nasıl yapıldığının öğrenilmesi ve bu birimlerin programlanması ile ilgilenir. Bu birimlerin tasarlanması ve donanımsal olarak gerçekleştirilmesi için sanal devre simülatörlerinden yararlanılabilir.

Bilgisayar mimarisinin öğrenilmesinde önemli sorunlardan birisi programlanabilen yapıyı öğrencilere tanımlayıp göstermekteki zorluktur. Dijital devre tasarım ve simülatörleri bu zorlukları aşmamız açısından büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Bu simülatörler bize temel mikroişlemci yapısının en küçük elemanlarına kadar simülasyon yapmamıza olanak sağlamaktadır. Bu simülasyonlar sayesinde yeni tasarımların oluşumunda hem maliyetten hem de zamandan büyük kazanç sağlanmaktadır. Simülasyon yapılmadan oluşturulan sistemlerde hata ve arıza bulma konusunda da zorluklar çekilmektedir. Sistem tasarımı simüle edilerek gerekli görülen değişiklikler kolaylıkla yapılmaktadır. Sanal devre simülatörü olarak Logisim kullanılacaktır. Logisim sayısal mantık devrelerini tasarlamak ve simüle etmek için eğitimsel bir araçtır. Basit araç çubuğu arayüzü ve inşa ettiğiniz devrelerin simülasyonu ile, mantık devrelerine bağlı en temel kavramları öğrenmeyi kolaylaştırmak için yeterince basittir. 

Küçük alt devrelerden büyük devreler inşa etme ve tek bir fare sürüklemesi ile kablo paketleri çizme yeteneği ile Logisim, eğitimsel amaçlar için tüm CPU’ ları tasarlamak ve simüle etmek için kullanılmaktadır. Bilgisayar yapısını öğrenebilmek için temel sayısal devreleri iyi bilmek gerekmektedir. 

Sayısal Mantık Devreler

Kapı (Geçit) devreleri 

Kapılar AND, OR, XOR gibi kapı devreleridir. Aşağıdaki tabloda temel kapılar ve doğruluk tabloları verilmiştir.

Kapı (Geçit) devreleri 

Boolean cebiri ve Lojik Kapılar

Boolean cebiri ve Lojik Kapılar

Boolean Cebiri

Dijital devrelerin tasarımında Boolean cebiri önem arzeder. Bolean cebiri ile ifade edilen fonksiyonların devre şemaları AND, OR ve inverter ( I ) kullanılarak çizilebilir.

Bolean cebirin

Bolean cebirin özellikleri

Örnekler 

F = ABC + ABC’ + A’C (1) = AB(C + C’) + A’C (2) = AB • 1 + A’C = AB + A’C (3)

Sayısal mantık devreler

Kod Çözücüler (Decoders)

Sayısal sistemlerde bilgiler ikilik kodlarla tanımlanırlar. n bitlik bir ikilik kod ile 2n kadar farklı durum tanımlanabilir. Bir kod çözücü, n giriş hattından gelen ikilik bilgileri maximum 2n kadar farklı çıkış hattına dönüştüren birleşik bir devredir. Bir kod çözücünün n kadar girişi varsa 2n kadar çıkışı vardır. Kullanılmayan veya dikkate alınmaz durumlar varsa kod çözücü çıkışı 2n ’den az olacaktır. 

İki Bitlik Kod Çözücü

İki bitlik bir kod çözücünün 2 girişi 4 çıkışı vardır. Böyle bir devre için girişlerin durumuna bağlı olarak sadece tek bir çıkış doğru olacaktır. Aşağıda 2x4 Kod çözücünün doğruluk tablosu ,Lojik diyagramı ve sembolü verilmiştir. 

Üç Bitlik Kod Çözücü 

Üç bitlik kod çözücüde(decoder) üç girişin kodu çözülerek sekiz çıkış üretir. Her çıkış bu üç giriş değişkenine ait bir minimum terimle tanımlanır. Girişlerin durumuna bağlı olarak sadece tek bir çıkışı doğrudur. 

Yetki Girişli Kod Çözücüler

Kod çözücülerin tamamı olmasada büyük bir bölümü bir veya birden çok yetki (enable) girişi içerir. Kod çözücü (decoder) sadece yetkilendiğinde (enable girişine gelen Lojik-1 veya Lojik-0 ) kod çözme işlemini gerçekleştirir. Diğer bütün durumlarda kod çözücü (decoder) çıkışları Lojik-1 veya Lojik-0 olur. Not: Yetkilendirme, çalışılan decoder özelliğine göre Lojik-1 veya Lojik-0 da olabilir. Aşağıda Lojik-0 da yetkilenen 3x8 Decoder’ın doğruluk tablosu verilmiştir. 

BCD Decimal Kod Çözücü

BCD kodu 0 – 9 arasındaki Decimal(Onluk) sayıların 4-Bitlik Binary(İkilik) karşılıklarının yazılması ile tanımlanmış bir kodlamadır. Bu durumda tasarlanacak kod çözücünün 4 giriş hattı olması, BCD kodu 0-9 arasındaki Decimal(Onluk) sayılar arasında tanımlı olduğundan 10 çıkış hattının olması gerekmektedir. Geri kalan durumlar don’t care (dikkate alınmaz durumlar) olarak tanımlanacaktır. Aşağıda BCD-Decimal Decoderin Lojik diyagramı ve Blok gösterimi verilmiştir