ileri elektronik3

8/3/2019 ileri elektronik3

http://slidepdf.com/reader/full/ileri-elektronik3 1/24

1

Temel Bilgisayar Organizasyonu ve Dizaynı

Bilgisayar Komutları

Bilgisayarın sahip olduğu komut kümesi ile kullanıcı hesaplanabildiğibilinen herhangi bir fonksiyonu değerlendirmek için makine dili programlarıoluşturabilir.

Bir bilgisayar aşağıdaki kategorilerin her birinde yeterli sayıda komutasahip olmalıdır;

Aritmetik, mantık ve kaydırma (shift) komutları,

Belleğe ve işlemci registerlerine ve bellekten ve işlemci registerlerinden bilgi

taşıma için komutlar,

Durum kontrol komutları ile birlikte olan program kontrol komutları,

Giriş ve çıkış komutları.



2



Aritmetik, mantık ve kaydırma komutları, kullanıcının işlemek isteyebileceğiveri çeşitlerini işlemek için hesaplama kabiliyeti sağlar.

Bir dijital bilgisayarda ikili bilginin en önemli kısmı bellekte saklanır. Fakatbütün hesaplamalar işlemci registerlerinde yapılır.

Bu yüzden kullanıcı bu iki birim arasında bilgi taşıma kabiliyetine sahipolmalıdır.

Karar üretebilme kabiliyeti, dijital bilgisayarların önemli bir yönüdür.

Örneğin, iki sayı kıyaslanabilir ve eğer ilki ikincisinden büyük ise budurumda ikinci sayının ilkinden büyük olması durumuna göre farklı olarak

işlenmesi gerekebilir.Dallanma komutları gibi program kontrol komutları programınişlenmesindeki sırayı değiştirmek için kullanılırlar.

Giriş ve çıkış komutları bilgisayar ve kullanıcı arasındaki haberleşme içingereklidirler. Programlar ve veri belleğe ve hesaplama sonuçları kullanıcıya

geri transfer edilebilmelidir.



3



Temel bilgisayar için verilen komut tablosunda listelenen komutlar yukarıda bahsedilen bütün kategorilerin yetenekleri sağlayan minimum bir kümeyi oluşturur ;

Bir tane aritmetik komut (ADD) ve iki tane bağlantılı komutu (CMA : AC'nintümleyenini al, INC : AC'yi artır) mevcuttur.

Bu üç komut ile, negatif sayılar için 2'nin tümleyeni gösterimi kullanıldığı zaman, ikili sayılar toplanabilir ve çıkarılabilir .

CIR ve CIL komutları istenilen herhangi diğer bir çeşit kaydırma işlemi için

kullanılabileceği şekilde aritmetik kaydırma işlemi için kullanılabilir .

Çarpma ve bölme işlemleri, toplama, çıkarma ve kaydırma işlemleri kullanılarak yapılabilir .



4



Temel bilgisayar için verilen komut tablosunda listelenen komutlar yukarıda bahsedilen bütün kategorilerin yetenekleri sağlayan minimum bir kümeyi oluşturur ;

Üç tane mantık işlemi vardır (AND, CMA ve CLA : clear AC). AND vetümleyen bir NAND işlemini sağlar .

Bellekten AC'ye bilgi aktarımı LDA (AC'yi yükle) komutu yapılır . AC' denbelleğe bilgi saklanması STA (AC'yi sakla) komutu ile yapılır .

BUN, BSA ve ISZ dallanma komutları, dört atlama komutu ile birlikte,program ve durum kontrolü kabiliyetini sağlar .

INP giriş ve OUT çıkış komutları bilgilerin bilgisayar ve harici cihazlararasında transfer edilmesine olanak sağlar .



6


Zamanlama ve Kontrol

Temelde iki çeşit kontrol organizasyonu mevcuttur;

Donanım kontrolü kontrol organizasyonu, Mikroprogram kontrolü kontrol organizasyonu.

Donanımlı organizasyonda kontrol mantığı kapılar, filip-flop'lar. kodçözücüler (decoders) ve diğer dijital devreler ile oluşturulur .

Mikroprogramlanmış organizasyonda kontrol bilgisi bir kontrol belleğinde saklanır .Kontrol belleği gerekli mikro operasyon dizisini başlatmak için programlanır .

Bir donanım kontrolü adından da anlaşılacağı gibi dizayndaki değişiklik durumunda donanımda değişiklik gerektirirler.

Mikro programlanmış kontrolde herhangi bir değişiklik kontrol belleğindeki microprogramın güncellenmesi ile yapılabilir .



7



Aşağıdaki şekilde örnek temel bilgisayarımızın kontrol biriminin blokdiyagramı görülmektedir ;



8



Kontrol birimi iki kod çözücü, bir sıralı sayıcı ve kontrol mantık kapılarından

oluşmaktadır . Bellekten okunan bir komut,

komut registerine (IR) yerleştirilir . Yandaki şekilde de görüleceği gibi

komut registeri I bit’i, işlem kodu

ve 0 dan 11' e kadar olan bit’ler olmak üzere üç kısma bölünmüştür .

İşlem kodu bir 3x8 kod çözücü vasıtası ile çözülür .



9



Kod çözücünün sekiz çıkışı D0'dan D7'ye kadar olan

semboller ile gösterilir .

Komuta ait bit 15, I sembolü ile

gösterilen flip-flop'a transfer edilir.

0'dan 11'e kadar olan bitler kontrol

mantık kapılarına uygulanır .

4 bit sıralı sayıcının 0 dan 15' e

kadar olan ikili çıkışı T0’dan

T15'e kadar olan 16 zamanlama

sinyaline dönüşür .



10



SC (sıralı sayıcı) eşzamanlı olarak artırılabilir veya sıfırlanabilir (clear).

Çoğu zaman sayıcı, 4x16 kod çözücü çıkışında zamanlama sinyal dizisinisağlamak için artırılır.

Sayıcının sıfırlanması durumunda sıfırlanmasından sonraki zamanlamasinyali T0 olur.

Örnek olarak, T0, T1, T2, T3 ve T4 olarak sıralanmış zamanlama sinyaldizisini elde etmek için SC'nin artırılması durumunu düşünelim.

T4 zamanında eğer D3 kod çözücü çıkışı aktif ise SC sıfırlanacak olsun.

Bu sembolik olarak aşağıdaki ifade ile açıklanabilir ; D3T4 : SC 0



11



Aşağıdaki zamanlama diyagramı D3T4 : SC 0 ile ifade edilen kontrolsinyalinin zaman ilişkisi göstermektedir ;



12



SC sıralı sayıcı saat sinyalinin pozitif geçişine tepki verir.

Başlangıçta SC'nin CLR girişi aktiftir. Saatin pozitif geçişi SC'yi sıfırlar ve

kod çözücünün çıkışında T0zamanlama sinyali aktifleştirilir.

T0 bir saat sinyali periyodu boyunca

aktiftir.

T0 olarak etiketlenen pozitif saat

geçişi sadece kontrol girişleriT0 zamanlama sinyaline bağlanmışolan registerleri tetikler.



13



CLR girişi aktif olmadığı sürece SCher bir pozitif saat geçişinde artırılır.

Bu yukarıdaki, diyagramda görüldüğügibi T0, T1, T2, T3 ve T4 zamanlama

sinyal dizisini üretir.

Eğer SC sıfırlanmaz ise zamanlamasinyali T5, T6 şeklinde T15'e kadar

devam eder ve T0'a dönerek tekrar başlar.



14



Bilgisayarın işlemesini tam olarak kavranabilmesi

için, saat geçişleri ve zamanlama sinyalleri

arasındaki zamanlama ilişkisini anlaşılması

çok önemlidir.

Örneğin aşağıdaki register transfer ifadesine

bakalım;

T0 : AR PC



15



T0 : AR PC

Bu ifade, T0 zamanlama sinyalinin aktif edilmesi

durumunda olan PC'nin içeriğinin AR' ye transferini

tanımlar. T0 bir saat sinyali periyodu boyunca aktiftir.

Bu zaman sürecinde PC'nin içeriği bus'a

(S1S2S3 = 010 ile) yerleştirilir ve AR'nin LD (yükle)girişi aktifleştirilir.

Asıl transfer, saat sinyalinin sonuna (pozitif saat geçişine) kadar gerçekleşmez.

Bu pozitif saat geçişi SC sıralı sayıcıyı 0000' dan0001'e artırır.

Sonraki saat periyodu olan T1 aktif ve T0 pasif olur;



16


Komut Peryodu

Bilgisayarın bellek biriminde bulunan bir program komutlar dizisindenoluşur.

Program bilgisayarda her bir komut için bir periyottan geçerek işletilir.

Her bir komut periyodu alt periyotlar veya safhalar dizisinden oluşmaktadır. Temel bilgisayarımızda her bir komut periyodu aşağıdaki safhalardan

meydana gelir;

1. Bellekten bir komutu getir (fetch).

2. Komutun ifade etmek istediğini çöz (decode)

3. Eğer komut bir dolaylı adrese sahip ise etkin adresi bellekten oku.

4. Komutu işle.

Kontrol 4. basamağın tamamlanmasından sonra, sonraki komutu getirmek,çözmek ve işlemek için 1. basamağa geri gider.

Bu işlem bir HALT (durdur) komutu ile karşılaşamadıkça sürekli devameder.



17


Komut Peryodu

Getir (fetch ) ve çöz ( decode)

Başlangıçta, PC program sayıcısına programdaki ilk komutun adresi

yüklenir. SC sıralı sayıcı T0 zamanlama sinyalini sağlamak üzere 0'a temizlenir.

Her bir saat puls'ından sonra SC bir artırılır böylece zamanlama sinyalisıralı olarak T0, T1, T2 ,vb şeklinde devam eder.

Getir (fetch) ve çöz (decode) safhaları için olan mikroişlemler aşağıdakiregister transfer deyimleri ile tanımlanabilirler;

T0 : AR PC

T1 : IR M[AR], PC PC + 1

T2 : D0, ......, D7 IR (12-14)'yi çöz (decode), AR IR(0-11), IIR(15)



18


Komut Peryodu

Getir (fetch) ve çöz (decode) T0 : AR PC


T2 : D0, ......, D7

IR (12-14)'yi çöz (decode), AR

IR(0-11), I

IR(15)

Sadece AR registeri, belleğin adres girişlerine bağlı olduğu için

T0 zamanlama sinyali ile ilişkili olan saat geçişi boyunca

adresin PC'den AR'ye transfer edilmesi gereklidir.

Ardından T1 zamanlama sinyali ile ilişkili saat geçişi ile bellekten okunankomut IR komut registerine yerleştirilir.

Aynı anda programdaki sonraki komutun adresi için PC bir artırılır.



19


Komut Peryodu

Getir (fetch) ve çöz (decode) T0 : AR PC


T2 : D0, ......, D7 IR (12-14)'yi çöz (decode), AR IR(0-11), IIR(15)

T2 zamanında IR'deki işlem kodu çözülür (decode),

dolaylı bit I flip-flop'una trazsfer edilir ve

komutun adres kısmı AR'ye transfer edilir.

Bu işlemler boyunca T0, T1 ve T2 zamanlama sinyali sırasını üretmek içinher bir saat puls' ı sonunda SC artırılır.



20


Komut Peryodu

Getir (fetch) ve çöz (decode)

T0 : AR PC

T0 zamanlama sinyali aşağıdaki bağlantıları başarmak için

uygulanmalıdır;

PC'nin içeriğini bus seçim S1S2S3girişlerini 010'a eşitleyerek bus'ayerleştir

Bus'ın içeriğini AR'nin LD girişiniaktive ederek AR'ye transfer et.

T0 = 1 olduğu için sonraki saat geçişiPC'den AR'ye transferi başlatır.



21


Komut Peryodu

Getir (fetch) ve çöz (decode)

T1: IR M[AR], PC PC + 1

T1 zamanlama sinyali aşağıdaki bağlantıları başarmak için

uygulanmalıdır;

Belleğin oku girişini aktive et. Belleğin içeriğini S1S2S3 girişlerini

111'e eşitleyerek bus'a yerleştiriniz. Bus'ın içeriğini IR'nin LD girişini

aktive ederek IR'ye transfer et.

PC'nin INR girişini aktive ederekPC'yi artır.

T1 = 1 olduğu için sonraki saat geçişiokuma ve artırma işlemlerini başlatır.



22


Komut Peryodu

Komut tipinin belirlenmesi

Kod çözme işleminden sonra aktif olan zamanlama sinyali T3’tür.

T3 zamanlama sinyali esnasında kontrol birimi bellekten okunmuş olankomutun tipini belirler.

Temel bilgisayarda mümkün üç çeşit komut tipi tanımlanmıştır; İşlem kodu ikili 111'e eşit ise kod çözücü çıkışı D7 1'e eşittir. D7 = 1 olduğu

zaman komut register-refarans veya giriş-çıkış tipindedir.• Eğer I = 1 ise komut giriş-çıkış komutudur.

• Eğer I = 0 ise komut register referans komutudur.

Eğer D7 = 0 ise işlem kodu 000 ile 110 arasındadır ve komut bir bellek referanskomutudur. Bu durumda kontrol I filip-flop'unu denetler;

• Eğer I = 1 ise komut dolaylı adrese sahip bir bellek referans komutudur.

• Eğer I = 0 ise komut direkt adrese sahip bir bellek referans komutudur.



24


Komut Peryodu

Komut tipinin belirlenmesi

Belirlenen üç komut tipi dört ayrı seçim yoluna bölünür.

Seçilen işlem T3 zamanlama sinyali ile ilişkili saat geçişi ile aktive edilir. Bu aşağıdaki gibi sembolize edilebilir;

D7’IT3 : AR M[AR]

D7’I’T3 : İşlem yapma

D7I’T3 : Bir register-referans komutunu işle D7IT3 : Bir giriş-çıkış komutunu işle

ileri elektronik3

Documents