Mikroişlemcilerin Temel Bileşenleri

Intel ilk mikroişlemciyi 1971'de tanıttı ve ona 4004 çipi adını verdi. Bir kuruştan daha küçük boyutları olan günümüzün mikroişlemcileri, daha fazla güç ve yetenek sunar. Bilgisayarın merkezi olan merkezi işlem birimi (CPU), bir veya daha fazla mikroişlemciden oluşur. Milyonlarca transistör içeren bir silikon çipten üretilen mikroişlemciler, verileri bir bellek adresinden başka bir konuma taşır. CPU'lar kararlar alır ve ardından yeni talimatlar ve hesaplamalar üzerinde çalışmaya devam eder.

"Aritmetik ve mantık birimi" (ALU), çıkarma, toplama, bölme ve Boole işlevleri gibi matematik hesaplamaları gerçekleştirir. Boole fonksiyonları, devre tasarımları için kullanılan bir mantık türüdür. ALU ayrıca karşılaştırmalar ve mantık testleri yürütür. İşlemci, talimatları yorumlayan ve hesaplamaları gerçekleştiren ALU'ya sinyalleri iletir.

Mikroişlemcilerin kayıt adı verilen geçici veri tutma yerleri vardır. Bu bellek alanları, bilgisayar talimatları, depolama adresleri, karakterler ve diğer veriler gibi verileri tutar. Bazı bilgisayar talimatları, bir komutun parçası olarak belirli kayıtların kullanılmasını gerektirebilir. Her kaydın talimat kaydı, program sayacı, akümülatör ve bellek adres kaydı gibi belirli bir işlevi vardır. Örneğin, bir program kaydı, rastgele erişimli bellekten alınan talimatların adresini tutar.

Kontrol üniteleri (CU'lar), kontrol ünitesine mikroişlemciden mikroişlemciye veri taşıma talimatı veren CPU'dan sinyaller alır. Kontrol ünitesi aynı zamanda aritmetik ve mantık ünitesini de yönetir. Kontrol üniteleri, kod çözücü, saat ve kontrol mantık devreleri gibi birden çok bileşenden oluşur. Birlikte çalışan bu cihazlar, sinyalleri mikroişlemci üzerinde belirli yerlere iletir.

Örneğin, kod çözücü bir uygulamadan komutlar alır. Kod çözücü talimatları yorumlar ve bir işlem yapar. ALU'ya sinyaller gönderir veya belirli görevleri gerçekleştirmek için kayıtlara yönlendirir. Kontrol mantık birimi, sinyalleri mikroişlemcinin farklı bölümlerine iletir ve bu bileşenleri eylemleri yürütmeleri için bilgilendiren kayıtlar. Saat, komutların ve işlemlerin zamanında yürütülmesini sağlayan ve senkronize eden sinyaller gönderir.

Mikroişlemciler, verileri taşıyan bir veriyolu sistemine sahiptir. Otobüsler, belirli görevleri ve işlevleri olan kablolama sınıflandırmalarına atıfta bulunur. Veri yolu, merkezi işlem birimi ile bilgisayarın birincil belleği olan rasgele erişim belleği (RAM) arasında veri aktarımı yapar. Kontrol veri yolu, birden fazla görevi koordine etmek ve kontrol etmek için gerekli bilgileri gönderir. Adres yolu, işlenmekte olan veriler için adresi CPU ve RAM arasında iletir.

Bazı gelişmiş mikroişlemciler, CPU tarafından kullanılan son verileri tutan bellek önbelleklerine sahiptir. Bellek önbellekleri bilgi işlem sürecini hızlandırır, çünkü CPU'nun veri almak için daha yavaş RAM'e gitmesi gerekmez. Çoğu bilgisayarda 1. veya 2. düzey önbellek bulunur; bazı sistemlerde seviye 3 önbellek bulunur. Önbellek seviyesi, seviye 1'den başlayarak CPU'nun verileri kontrol ettiği sırayı gösterir. Üreticiler genellikle seviye 2 ve seviye 3 önbellekleri mikroişlemciye entegre ederek işlem hızını arttırır.