UPLOAD

    3.9K

    Bilgisayar Mimarisi (Sayısal Elemanlar) 2

    Published: October 03, 2018

    Birleştirilmiş Devreler Kod Çözücüler Seçiciler Yazaçlar Kaydırma Yazaçları İkili Sayıcılar Bellek Birimi

    Comments

    Bilgisayar Mimarisi (Sayısal Elemanlar) 2

    • 1. Bilgisayar Mimarisi(Sayısal Elemanlar) Bilgisayar Mimarisi (Sayısal Elemanlar)
    • 2. İçerik İçerik •Birleştirilmiş Devreler •Kod Çözücüler •Seçiciler •Yazaçlar •Kaydırma Yazaçları •İkili Sayıcılar •Bellek Birimi
    • 3. Birleştirilmiş Devreler (IC-Integrated Circuit) Birleştirilmiş Devreler (IC-Integrated Circuit) •IC ler sayısal kapılar için transistörler, diyodlar, dirençler ve kapasitör gibi elektronik elemanları içerir. •Yonga, seramik ya da plastik kap içine monte edilmiştir ve ince altın tellerle kaynaklı bacaklar ile dış bağlantıları sağlar. •Her bir IC paketinin ön yüzüne, tanımlanabilmesi için sayısal değeri yazılır. •Katalogları ile detaylı bilgiler sunulur. •Küçük, orta ya da büyük ölçekli olarak sınıflandırılırlar.
    • 4. Birleştirilmiş Devreler (IC-Integrated Circuit) SSI (Küçük Ölçekli Birleşik Devreler): Tek bir pakette birkaç bağımsız kapıdan meydana gelir. Uçların sayısı sınırlıdır ve genellikle 10 dan küçüktür. MSI (Orta Ölçekli IC): Tek pakette yaklaşık olarak 10 ile 200 arası karmaşık kapıya sahiptir. Kod çözücü, toplayıcı ve yazaç gibi temel sayısal fonksiyonları kapsar. LSI (Büyük Ölçekli IC): 200 ile birkaç 1000 arasında kapıya sahiptir. İşlemciler, hafıza yongaları ve programlanabilir modüller. VLSI (Çok Büyük Ölçekli IC): Tek pakette binlerce kapıya sahiptirler. Örnek olarak büyük hafıza dizileri ve karmaşık mikrobilgisayar yongaları.
    • 5. Birleştirilmiş Devreler (IC-Integrated Circuit) Sayısal birleştirilmiş devreler kendine özgü teknolojik işlevlerine göre de sınıflandırılmıştır. Her sayısal mantık ailesi, temel elektronik devreler üzerinde kendine has daha karmaşık devrelere ve gelişmiş fonksiyonlara sahiptir. Temel devredeki her bir teknoloji VE-DEĞİL, VEYA-DEĞİL ya da TERSLEYEN kapısıdır. Elektronik bileşenler temel devrelerin yapımında kullanılmıştır ve en çok kullanılanları şu şekildedir. §TTL : Transistör-transistör mantık §ECL: Yayıcı-bağlanmış mantık §MOS: Metal-oksit yarı iletken §CMOS: Tümleyen metal-oksit yarı iletken
    • 6. TTL , ECL, MOS TTL(Transistor-Transistor Lojik) Bipolar Jonksiyon Transistörler ve dirençler kullanılarak yapılan bir sayısal devre çeşididir. Mantık kapısı fonksiyonları transistörler tarafından yürütülür. TTL devresi için güç kaynağı 5 volttur ve iki mantıksal Seviyesi 0 ve 3.5 volttur. ECL(Yayıcı Bağlanmış Lojik) Önceki yüksek hızlı sayısal devrelerin birleştirilmiş halidir. ECL süper bilgisayar sistemlerinde yüksek hızda işaret işlemleri için kullanıldı. MOS, CMOS (Metal Oksit Yarı İletken) Geçidi yalıtılmış alan etkili transistör olarak da bilinir. Dijital ve analog devrelerde en sık rastlanan FET tipi transistördür. MOSFET, girişinde hiç güç harcamadığı için toplam olarak kendi üzerinde çok az güç harcar. Bu yüzden çok sayıda transistör barındıran entegre devrelerin vazgeçilmezleridir.
    • 7. Kod Çözücüler (Decoders) •Kod çözücü (decoder) devresi; n sayıdaki giriş hattından gelen ikili bilgileri maksimum 2n sayıda çıkış hattına dönüştüren bileşik bir devredir. Diğer bir deyişle değişik formlarda ifade edilen bilgilerin insanların kolayca anlayabileceği şekle dönüştürülmesini sağlayan devreler, kod çözücü devreler olarak isimlendirilir. •m≤ 2n olduğunda kod çözücüye m x n hatlı kod çözücü denir. Bu kod çözücünün amacı n farklı girişten 2n ikili çıkış kombinezyonu elde etmektir. Burada n giriş m çıkış vardır. Kod Çözücüler (Decoders)
    • 8. Kod Çözücüler A0, A1 ve A2 olan 3 veri girişinden 8 çıkış kodlanmantadır. Bu kod çözücünün en temel uygulaması, ikiliden sekizliye çevirimdir. Giriş değişkenleri ikilik değer alır ve çıkış olarak sekizlik sayı sisteminin 8 rakamından biri alınır. (3 bitlik koddan 8 farklı çıkış) Devrede bir izin girişi (E) vardır. E=1 olduğunda kod çözücü çalışır. E=0 olduğunda çalışmaz. Çıkışları LED olarak düşündüğümüzde, ikilik girişlere karşılık çıkışta 1 led yanacağından anlaşılabilir bir çıkış elde etmiş oluruz.
    • 9. Kod Çözücüler 0 1 2 3 4 5 6 7 8
    • 10. VE-DEĞİL Kapılı 2x4 Hatlı Kod Çözücü E girişi 0 olduğu zaman kod çözücü seçilir kılınmıştır. Her zaman yalnızca bir Çıkış 0 değerini almaktadır. Genelde kod çözücüler tamamlanmış veya tamamlanmamış çıkışlarla işlemin yapılmasına imkan verirler. Aynı işi gerçekleştiren bu kod çözücüler mantık kapısı sayısının azaltılması ile daha ekonomiktir. VE-DEĞİL Kapılı 2x4 Hatlı Kod Çözücü
    • 11. Kod Çözücülerin Genişletilmesi İki veya daha fazla kod çözücüyü birlikte kullanarak daha büyük ve kullanıma uygun kod çözücüler elde etmek mümkündür. Örneğin eğer 6x64 hatlı bir kod çözücüye ihtiyaç varsa bu, 4 tane 4x16 hatlı kod çözücü birleştirilerek elde edilebilir. A2 0 olduğunda üstteki kod Çözücü seçilir. A2 1 olduğunda alttaki kod Çözücü seçilir. Kod Çözücülerin Genişletilmesi
    • 12. Örnek: Bir tane 2x4 ve dört tane 3x8’lik kod çözücü kullanarak 5x32 lik kod çözücü oluşturun (5dk süre) Örnek: Bir tane 2x4 ve dört tane 3x8’lik kod çözücü kullanarak 5x32 lik kod çözücü oluşturun (5dk süre)
    • 13. Kodlayıcılar (Encoders) Kod çözücülerin tam tersi işlemi yapan sayısal devrelerdir. 2n veya daha az giriş hattına ve n tane çıkış hattına sahiptirler. Çıkış hatları giriş değerlerine bağlı olarak uygun ikili kodlar şeklinde üretilmektedir. Kodlayıcılar (Encoders) İkiliden sekizliye kodlayıcı için doğruluk tablosu
    • 14. Seçiciler (Multiplexers MUX) •Bir seçici 2n tane giriş hattının bir tanesinden aldığı bilgiyi, tek çıkışa yollayan birleşik devredir. •Seçim girişlerinin ayarlanmasıyla belirli bir veri giriş hattının değeri tek çıkışa gönderilir. Seçiciler (Multiplexers MUX)
    • 15. 4X1 Hatlı Seçici Seçici aynı zamanda veri seçici olarak adlandırılır. Çok sayıda veri girişinden biri seçilerek çıkışa yönlendirilir.
    • 16. 2x1 Seçiciler Bazı durumlarda iki veya daha fazla MUX bir entegrede birleştirilir. Bu MUX ların hepsi için seçim veya izin girişleri genelde ortaktır. 2 den 1 e 4’lü MUX aşağıdaki şekilde verilmiştir. Devre 4 MUX’a sahiptir. 4 bitlik veri hattından birini seçen devre olarak düşünülebilir. E=1 olduğunda birim aktif hale geçer. Daha sonra S=0 ise A nın 4 girişi çıkışa yönlendirilir. S=1 ise B nin 4 girişi çıkışa yönlendirilir.
    • 17. Yazaçlar (registers) •Bir yazaç bir bitlik bilgiyi saklama kapasitesine sahip flip-flop lardan oluşan flip-flop grubudur. n bit yazaç, n tane yaz-boza ve n bitteki herhangi ikili bilgiyi saklama kapasitesine sahiptir. •Silme yazaçları sıfırlamak için kullanılır,saatten bağımsız çalışır. •Yeni bir bilginin yazaca aktarımına, yazaca yükleme denir. Eğer tüm yazaç bitleri ortak clock geçişinde aynı anda yükleniyorsa yükleme paraleldir. Yazaçlar (registers)
    • 18. Paralel Yüklemeli Yazaçlar •Yükleme girişi veri girişi ile yazbozları ayırır. •Yükleme girişi 1 olduğunda, 4 girişteki veri bir sonraki saat vuruşunda yazaçlara aktarılır. •Yükleme girişleri 0 olduğunda veri girişleri ayrılır ve D girişleri yazaç çıkışına bağlanır. Paralel Yüklemeli Yazaçlar
    • 19. Kaydırma Yazaçları (Shift Registers) •İkili bilgiyi bir veya daha fazla yöne kaydıran yazaçlara kaydırma yazacı denir. •En basit kaydırma yazacı şekildeki gibi sadece FF leri kullanır. Bir FF’nin çıkışı diğer FF’nin girişine bağlanmıştır. •Seri giriş en soldaki FF’nin D girişine bağlanır ve çıkış en sağdaki FF den okunur. •Her bir saat vuruşunda (CP) çıkış bir sonraki FF’nin girişine aktarılmaktadır. 4 bitlik kaydırma yazacı Kaydırma Yazaçları (Shift Registers)
    • 20. Örnek: Başlangıç durumu sıfırlanmış olan D F/F’larla yapılmış 4 bitlik shift register devresine 0-1-1-0 bilgileri uygulanmaktadır. 3. shift (kaydırma) palsındaki seri data çıkışı nedir? Örnek
    • 21. Paralel Yüklemeli Çift Yönlü Kaydırma Yazaçları Paralel Yüklemeli Çift Yönlü Kaydırma Yazaçları
    • 22. Paralel Yüklemeli Çift Yönlü Kaydırma Yazaçları Paralel Yüklemeli Çift Yönlü Kaydırma Yazaçları S1,S0=00 iken MUX ların 0 nolu girişi seçilir. S1,S0=01 iken MUX ların 1 nolu girişi seçilir. S1,S0=10 iken MUX ların 2 nolu girişi seçilir. S1,S0=11 iken MUX ların 3 nolu girişi seçilir.
    • 23. İkili Sayıcılar(Binary Counters) •Giriş darbelerinin uygulanmasıyla önceden belirlenmiş değerler alan yazaçlara sayıcı denir. •Sayıcılar sayısal mantık bulunan hemen hemen tüm cihazlarda bulunur. •Zaman sinyalleri üretme ve sayaç işlemleri. •İşlemlerin sırasını denetlemek için •İkili sayım sırasını izleyen sayaca ikili sayıcı denir. •n bit ikili sayıcı n bit yazaçtır ve n tane FF barındırır. •İkili sayma sırası 0000,0001,0010,0011 şeklindedir. Düşük mertebeli bitlerin her sayma işleminden sonra tümleyeni alınır. Diğer bitlerin ise, bir sayımdan diğerine ve düşük mertebeli bitlerin hepsi 1 ise tümleyeni alınır. •Örneğin 0111 den 1000 elde etmek için düşük mertebeli bitlerin tümleyeni alınır. 1,2 ve 3. bitler 1 olduğundan tümleyeni alınır 1 olur 4.bit 0 dır tümleyeni alınarak 1 elde edilir. •Bu nedenle tümleyen özelliği bulunan JK veya T FF kullanılır. İkili Sayıcılar(Binary Counters)
    • 24. Sayıcı Sayma aktif 0 ise tüm JK girişleri 0 olacak ve sayıcının çıkışı değişmeyecek. A0 ın birinci aşaması sayma aktif 1 olduğunda ve saatin pozitif geçişinde tamamlanmış olur. Diğer 3 yaz-bozun her biri kendilerinden önceki en küçük önemli yaz-bozun çıkışı 1 olduğunda ve sayma aktif 1 olduğunda değer değiştirir.
    • 25. Paralel Yüklemeli İkili Sayıcı Paralel Yüklemeli İkili Sayıcı
    • 26. Bellek Birimi •Bir bellek birimi saklama yapabilen yazaçlardan oluşmuş bir topluluktur. Bellek kelime(word) diye adlandırılan ikili bilgileri bit grupları halinde saklar. •8 bit=1 byte •16 bit kelime=2 byte •32 bit kelime=4 byte •Bellekte her kelime belirtilen bir sayıya atanır ve adres diye isimlendirilir. 0 dan başlayıp bir bir artarak 2k-1 e kadar devam eder. k adres hatları sayısıdır. •Bilgisayar hafızası 1024 kelime olarak düzenlenebilir. Bu 10 bit adres gerektirir. 232 kelime 32 bit adres gerektirir. •Kelimeler Kilo(K), M (Mega) ve G(Giga) harflerinden biri ile işaretlenir. •K=210 , M=220 ve G= 230 a eşittir. •64K=216, 2M=221, 4G=232 olur Bellek Birimi
    • 27. Adreslenebilir Bellek (Rasgele Erişilebilir Bellek-RAM) Bellek hücrelerine bilgi aktarımı için hangi adreste olursa olsunlar erişilebilirler. Yani bellekte bir kelimeye erişim süreci, hücreler belleğin neresinde olursa olsun aynı zaman sürecini gerektirdiğinden buna rasgele erişimli bellek denir. n tane veri giriş hattı bilgilerin belleğe saklanmasını, n tane çıkış hattı bellekten bilgilerin okunmasını sağlar. k tane adres hattı, k bitlik ikili bir sayı oluşturur. Bu bellekte mevcut 2k tane bitlerin k tanesinden oluşan bir kelimedir. Yazma: Belleğe bilgi girişi Okuma: Bellekten bilgi çıkışını gösterir. Yazma 1 ise belleğe bilgi kaydedilir. Okuma 1 ise bellekten bilgi okunur. Adreslenebilir Bellek (Rasgele Erişilebilir Bellek-RAM)
    • 28. Sadece Okunabilir Bellek (ROM) Sadece okuma işlemi yapan bellek birimidir. ROM içindeki bilgiler üretim sırasında sabit olarak yazılır.ROM’lar içlerinde bazı elektronik sigortalar ile yapılırlar. Böylece özel iş için programlanabilirler. Bilgiler silinmez. m x n bir ROM, m kelimeden oluşur. Her kelime n bittir. Bilgisayarda, değişmeyen programlar veya sabitler çizelgesi gibi işler için kullanılır. ROM bilgisayarlarda denetim biriminin tasarım ve kurulumunda da kullanılır. Sadece Okunabilir Bellek (ROM)
    • 29. ROM Çeşitleri •ROM’lar 3 farklı şekilde programlanabilir. Bunlardan ilki son üretim aşamasında şirket tarafından gerçekleştirilen maske programlamadır. Bu işlem oldukça pahalıdır. •Ucuza mal etmek ve az miktarda siparişler için PROM kullanılır. •PROM: Programlanabilir ROM olarak adlandırılır. İçerisindeki sigortalar her adresin çıkış terminaline DC akım uygulanması ile arttırılabilir. Kişiler kendi laboratuarında PROM programlama cihazları ile bu işlemi gerçekleştirebilir. •EEPROM: Silinebilen ROM veya EPROM olarak adlandırılır. ROM ve EPROM ların aksine yeniden programlanabilir yapıları vardır. Yani sigortalara tekrar başlangıç değeri verilebilir. ROM Çeşitleri
    • 30. Örnekler Örnek 1: 10 bitlik sayıcıda (a) 1001100111 (b) 001111111 dan sonraki saymada kaç tane FF terslenir? Çözüm: (a) 1001100111  1001101000 (4 tane) (b) 001111111 010000000 (8 tane) Örnekler
    • 31. Örnekler Örnek2 : Aşağıdaki bellek üniteleri kelime sayısı ve her kelimedeki bit sayısı olarak verilmektedir. Her bir durumda ne kadar adres ve veri hattı gerekmektedir? a) 2K x 16 b) 64K x 8 c) 16M x 32 a) 2K x 16 =211 x 16 (adres hattı=11 Veri hattı=16) b) 64K x 8=216 x 8 (adres hattı=16 Veri hattı=8) c) 16M x 32=224 x 32 (adres hattı=24 Veri hattı=32) Örnekler
    • 32. Örnekler Örnek 3: 4096 x 16 bellek kapasitesini oluşturmak için kaç tane 128 x 8 bellek yongasına ihtiyaç vardır ? Çözüm: Örnekler
    • 33. Örnekler Örnek 4: İzin girişli 32 x 8 ROM yongası veriliyor. 4 yonga ve bir kod çözücü ile 128 x 8 ROM oluşturmak için gerekli dış bağlantıları gösteriniz ? Örnekler
    • 34. Kaynaklar: Kaynaklar: Bilgisayar Sistemleri Mimarisi, M.Morris Mano Computer System Architecture, M.Morris Mano Digital Design, M.Morris Mano