Mikroişlemciler / Dr. Ahmet Özyurt

Bazen teknoloji o kadar hayatımızın içinde yer alır ki sanki biz onları değil de onlar bizi yönetiyor gibidir. Oturup bir işlemi bir dakikada çözebilirken bir bilgisayar aynı işi saniyenin milyonda biri veya daha kısa zamanda çözer. Normalde aylar sürecek bir işlemi bir bilgisayar yardımıyla saniyeler hatta ve hatta milisaniyeler süresinde çözmek mümkün. Peki nasıl oluyor da hala sırlarının onda biri bile çözülemeyen beyne sahip bizler bu kadar hızlı hesap yapamıyoruz gibi akla soru gelebilir. Aslında beynimiz zannedildiği gibi bir işlemi 5 dakikada yaparken arada milyarlarca başka işleri de yönetiyordur. Hem bir işlemi daha uzun sürede yapmamız zekilik açısından yeter bir kıyaslama kriteri değildir. Zira o işlemleri yapacak sistemi de tasarlayan yine insan beynidir. Peki, “makinelerde bulunan ve bu kadar işlemi yürüten sistem nasıl çalışır, yapay zeka nedir?” gibi sorular gelir aklımıza. Mikroişlemciler konusunu anlayabilirsek bu konudaki çoğu soruya cevap verebiliriz sanırım. Mikroişlemciler hemen hemen her elektronik sistemde kullanılan, çevresel üniteleri kontrol eden, aritmetik ve lojik işlemler yapan bir ünitedir. Daha anlaşılır biçimde anlatmak istersek beynimizi bizim mikroişlemci ünitemiz olarak düşünebiliriz. Aslında “mikrodenetleyici” demek daha doğru olur ama ilerleyen kısımlarda mikrodenetleyicilere değineceğiz. Beynimiz işlem yapar, sonuç üretir ve bu sonucu kaydeder ve/veya çevresel ünitelere gerekli sinyalleri gönderir. Gözümüz, kulağımız, dilimiz, derimiz, burnumuz yani beş duyu organımız bizim dış dünya ile bağlantı sağlayan çevresel ünitelerimizdir aslında. Çevresel ünitelerimiz olmaz ise dış dünya ile iletişim kuramayız. Bitkisel hayata giren hasta gibi olur durumumuz. Mikroişlemciler giriş ve çıkış üniteleri ile çevre birimleriyle iletişim kurarlar. Çevresel ünitelerden veri alan kısımları “giriş”, ürettiği sonuçları çevresel ünitelere ileten kısımları ise “çıkış” ünitesi olarak adlandırırız. Bu durumda örneğin gözümüz giriş ünitesidir. Gördüğümüz şey beynimiz tarafından algılanır ve hafızamızda kaydedilir. Mikroişlemci ise bu kayıt işlemini (veriyi) bellek ünitesine yapar. Gördüğümüzü yorumladıktan sonra yapılması gereken tüm hareketler için beyin ilgili kaslara sinyal gönderir. Bir mikroişlemci ise lojik ve aritmetik işlemleri yapar ve ürettiği sonuca göre saklanması gereken bilgiyi bellek ünitesine, iletmesi gereken veriyi de çıkış ünitesine gönderir.  Mikroişlemci çevresel ünitelerle haberleşebilmek için veri yollarına ihtiyaç vardır. Sinir sistemimizi veri yolu olarak düşünebiliriz. Bellek ünitesi, veriyolları, mikroişlemci ünitesi tümleşik yapıda ise buna “mikrodenetleyici” adı verilir. Tabi bu konu daha teknik bir konudur.  Mikrodenetleyiciler genelde oyuncak, saat gibi birçok elektronik aygıtta kullanılır. Mikroişlemciler ise genelde masaüstü ve dizüstü bilgisayarlarda kullanılır. Bilgisayarın ihtiyacı olan bellek ünitesi mikroişlemcinin içine sığmayacak kadar büyük olacağını düşünürsek yapıyı daha iyi anlayabiliriz. Mikroişlemcilerin ve mikrodenetleyicilerin görünümleri aynıdır. Eğer bir lise, üniversite öğrencisi veya konuyla ilgili bir vatandaş iseniz mikrodenetleyiciler ile sayısız projeler yapabilirsiniz. Mikroişlemciler ve mikrodenetleyiciler 1 ve 0 üzerine kurulu mantık ile çalışırlar. Lojik 0 veya lojik 1 olarak tüm bilgiler ve sinyaller üzerinde işlem yapar ve yine sonucu 1 ve 0’lardan oluşan bir veriye dönüştürür. Lojik 1 olarak adlandırdığımız genelde 3-5 volt arası DC gerilimdir. Lojik 0 ise 0-1 veya 2 V arası gerilim olarak alınabilir. Peki mikroişlemci ile bir rengi, sesi nasıl analiz edebilir? Ses veya görüntü analog bir sinyaldir. Yani 1 ve 0’lardan oluşan bir veri kümesi değildir. Mikroişlemciler analog sinyalleri 0 ve 1’lerden oluşan şekle dönüştürürken Analog/Dijital dönüştürücüler kullanır. Örneğin mikroişlemcinin 8 bitlik bir örnekleme yaptığını düşünelim. Kırmızı rengi “00000011” olarak kodlasın, maviyi ise bundan farklı “10010011” olarak kodlasın, bu şekilde 8 bitle 256 farklı kodlama yapabilir. 32 bit örnekleme ile ise 4.294.967.296 farklı durum kodlanabilir. Buna bilgisayar ekran ayarlarında çoğumuz aşinayızdır. Bir mikroişlemci saniyede milyarlarca veya daha fazla işlem yapabilir. Teknolojisi sürekli gelişmekte zaten. Teknolojinin geldiği noktayı bir vatandaş 10-15 yıl sonra piyasada görebiliyor. Teknoloji önce laboratuarlarda geliştirilir. Sonra istihbarat, sonra askeri teknolojilerde ve en son piyasada kullanılırdı. Eskiden belirttiğimiz gibi bu sıralama 10-15 seneye yayılmışken şimdilerde ise bu süre tahminen birkaç yıla kadar düşmüş durumda. Hemen belirtelim şu an dünyada mikroişlemci veya mikrodenetleyici üreten bir çok firma var. Bunlara örnek olarak Intel, Motorola, AMD, Texas Instruments (TI), Microchip, Siemens, Atmel, Dallas, Philips gibi firmalar sayılabilir. Peki Türkiye bunun neresinde diye sorarsanız maalesef birkaç çalışmadan başka görebildiğimiz bir şey yok…