Yapısında bir CPU (Central Processing Unit/Merkezi İşlem Birimi), ön bellek ve input/output (giriş/çıkış) birimleri bulunan devrelere mikroişlemci denir. Özetle mikroişlemci, bilgisayardır. Mikroişlemciler, bulundukları elektronik yapıların beynidir. Bağlı oldukları mekanizmanın kontrolünü sağlarlar.

Mikroişlemcinin beyni CPU‘dur. Veri işleme ve veri akışı bu birim sayesinde gerçekleştirilir. Bu veri işlemleri genellikle CPU’nun içerisinde yer alan ALU (Aritmetik Mantık Birimi)’da uygulanır. Bu birimde sayısal ve lojik işlemler yapılır. Tüm dijital elektronik işlemleri (lojik işlemler ve sayısal işlevler), CPU’ların en temel işlevleridir. CPU’ların içerisinde 8-16-32-64 bitlik register’lar bulunmaktadır. Register’lar, bilgilerin geçici sürede depolanmasını sağlarlar. CPU’lar, mikroişlemcinin hafızasındaki programları bulma, çağırma ve onları çalıştırma görevi görürler.

Mikroişlemciye atılan veriler ilk olarak hafızaya gelir ve burada depolanır. CPU’ların da doğrudan eriştiği birim bellektir. Bellekte iki tane birincil hafıza birimi vardır: RAM ve ROM. RAM (Random Access Memory), geçici hafızadır. Mikroişlemci kapandığı takdirde buradaki veriler silinir. ROM (Ready Only Memory), kalıcı hafızadır ve sistem kapansa dahil buradaki veriler silinmemektedir.

CPU’daki veri akışının aktarılmasını, bellek ve giriş/çıkış birimlerinin bağlantılarını sağlayan 3 çeşit BUS (Veri yolu) vardır, bunlar da Adress BUS, Data BUS, Control BUS. Adress BUS, verinin okunacağı veya verinin yazılacağı bölgeyi belirten adres bilgilerinin taşınmasını sağlar. Tek yönlü bir veri yoludur. Data BUS, CPU’dan bellek ve giriş/çıkış portlarına veya bu birimlerden CPU’ya doğru çift yönlü bir veri hattıdır. Control BUS, mikro işlemcideki birimler arası iletişimi düzenleyen sinyalleri ileten, kontrol eden veri hattıdır. Her mikro işlemcide farklı sayıda hatta sahip Control BUS bulunabilir.

CPU içerisindeki hafıza birimlerine Register denir. İşlemcinin çekirdeğinde olduklarından dolayı verilere ulaşmak daha hızlı gerçekleşir. Kullanım amaçlarına göre özel ve genel çeşitleri vardır.

İlk Mikroişlemci (*)

Tarihteki ilk mikroişlemci, 3 farklı projenin tamamlanmasıyla oluşmuştu. Bu proje grubu INTEL 4004, Texas Instruments firmasının TMS1000’i ve Garrett AiResearch firmasının Central Air Data Computer’ından oluşmaktadır. Garrett’ın Birleşmiş Milletlerin talebi doğrultusunda F-14 Tomcat’in ana uçuş kontrol bilgisayarı için tasarladığı mikroişlemci 1970 yılında tasarlanmış olup kullanıma başlanmıştı. Fakat çok gelişmiş olarak görüldüğü için Birleşmiş Milletler ordusu tasarımın yayınlanmasını 1997 yılına kadar reddetmişti. Texas Instruments (TI) firması ise 4 bitlik TMS1000 mikro işlemcisini üretti ve gömülü sistemlerde daha yoğun çalışmalar gerçekleştirdi. 1971 yılında bir hesap makinesinin tüm işlevlerini tek çip üzerinden gerçekleştirebilen mikroişlemci TMS1802NC de TI tarafından geliştirildi. TI, mikroişlemci için patent başvurusunda bulundu ve Gary Boone, 4 Eylül 1973’te tek çip mikroişlemci mimarisiyle patent aldı.

Mikro denetleyici Nedir?

Mikro denetleyici, dışarıdan gelen bir veriyi (programı) hafızasına alan, derleyen ve sonucunda da çıktı elde eden bir bilgisayardır. Mikro denetleyicinin yapısında:

• CPU
• RAM
• ROM
• I/O Portları
• Seri ve Paralel Portlar
• Sayıcılar
• Bazılarında da A/D (Analog to Digital) ve D/A (Digital to Analog) çeviriciler bulunur.

Mikro denetleyici ve Mikroişlemci Arasındaki Farklar Nelerdir?

Mikroişlemci ile mikro denetleyici birbirine karıştırılmamalıdır. Mikro denetleyiciler, yapılarında mikroişlemcileri de içermektedir. Mikroişlemcilerin yapısında CPU, ön bellek ve I/O portları olmasına karşın mikro denetleyicilerde ayrıca seri ve paralel portlar, sayıcılar ve çeviriciler (converter) de bulunmaktadır. Mikro denetleyiciler, gerçek zamanlı uygulamalarda daha başarılı çalışmaktadırlar. Mikro denetleyiciler bu işi çok küçük boyutlarda ve daha az enerji harcayarak yapabilmektedirler. Bunun yanısıra mikroişlemciler aynı anda çoklu işlem yapabilirken mikro denetleyiciler aynı anda tek bir iş yapabilmektedir.

Mikro denetleyici Ne İşe Yarar?

Mikro denetleyici, programlandığı yazılımı hafızasına kaydedip, işleyebileceği şekilde derler ve bir çıkış sinyali gönderir. Çıkış portuna bir motorun bağlı olduğunu düşünecek olursak, mikro denetleyiciden gelen sinyale göre motor hareket etmeye başlayacaktır. Kısacası mikro denetleyiciler elektronik devrelerde beyin görevi görür, elektronik sistemleri kontrol etmemizi sağlarlar.

Mikro denetleyici Çeşitleri

Piyasada birçok çeşit mikro denetleyici bulunmaktadır. Mimarilerine göre mikro denetleyiciler ikiye ayrılmaktadırlar.

• Von Neumann Mimarisi

Program komutarı ve veriler aynı bellekten alınarak tek bir yol üzerinden işlemciye gönderilir; önce komut, daha sonra da veri işlenir. Geçmişte bu mimari tercih edilse de şu anda yerini Harvard almıştır. Bu mimaride gecikmeler meydana gelmektedir.

• Harvard Mimarisi

Genellikle bu mimari tercih edilmektedir. Verilere ve komutlara farklı yollardan ulaşılır, bu sayede çalışması daha hızlıdır.

Piyasada kullanılan mikro denetleyicilerden bazıları şunlardır:

Mikro denetleyiciler Nerelerde Kullanılır?

Mikro denetleyiciler televizyon, radyo, otomobil, cep telefonu, bilgisayar, hobi elektroniği ve sayısız daha birçok alanda kullanılmaktadırlar. Kullanım alanlarının bir kısmı bilgisayarlar olsa da en büyük kullanım alanları gömülü sistemlerdir. Elektronik devrelerde işlerin manuel olarak değil, belli bir döngüde yer alan komutlara göre işleyebilmesi için kullanılan mikro denetleyiciler, otomasyon ve kontrol sistemlerinde de sıklıkla kullanılırlar.

Mikro denetleyici Programlama Nasıl Yapılır?

Mikro denetleyicilerin programlanabilmesi için komut satırlarından oluşan bir yazılıma ihtiyaç vardır. Her mikro denetleyici için farklı bir derleyici, derlenen programın aktarılması için farklı programlar vardır. Örneğin aşağıdaki örnekte verildiği gibi, Mikrochip firmasının ürünü olan PIC ailesindeki mikro denetleyiciler için özel programlama kartları bulunmaktadır. Mikro denetleyicinin programlanabilmesi için karta sabitlenmesi, kartın da bilgisayara bağlanması gerekmektedir. Bilgisayardaki yazılım makine diline derlendikten sonra mikro denetleyici tipi seçilerek yazılım karta aktarılır. Bu şekilde karta sabitlenen mikro denetleyici programlanmış olur.