Merkezi işlem birimi (CPU), RAM, ROM, G/Ç bağlantı noktaları ve kesme sistemini tek bir yonga üzerinde birleştiren entegre devre yongası, tek yongalı mikrobilgisayar olarak bilinir. Mikrobilgisayarlar, mikroişlemcilerin giderek artan gücü sayesinde 1970’ler ve 1980’lerde yaygınlaşmıştır. Tek çipli mikrobilgisayarlar, 4 bit ve 8 bit tasarımlardan günümüzün 300M yüksek hızlı tek çipli mikrobilgisayarlara kadar gelişmiştir.
Tek Çipli Mikrobilgisayarın Tarihi
Tek yongalı mikrobilgisayar ilk olarak 1970'lerin başında geliştirildi. Bu alandaki ilk örnekler, her ikisi de 1971 yılında piyasaya sürülen Intel 4004 ve Motorola 6800 idi. Bu ilk mikrobilgisayarlar, öncelikle bilimsel ve endüstriyel uygulamalarda kullanıldı.
Intel 4004 - 1970'ler
1970'lerin başında mikroişlemcinin geliştirilmesi, tek yongalı mikrobilgisayarların ortaya çıkmasını mümkün kıldı. Mikroişlemci, tek bir entegre devre üzerinde üretilen bir bilgisayar işlemcisidir. İlk mikroişlemci, 1971 yılında piyasaya sürülen Intel 4004 idi.
Commodore PET - 1977
Seri üretilen ilk tek yongalı mikrobilgisayar, 1977 yılında piyasaya sürülen Commodore PET idi. PET'in ardından 1978 yılında Apple II piyasaya çıktı. Apple II, ev kullanımı için tasarlanan ilk mikrobilgisayardı. Kısa süre sonra TRS-80 ve Commodore 64 gibi diğer ev bilgisayarları da piyasaya sürüldü.
Tek yongalı mikrobilgisayarlar, bilgisayar endüstrisinde devrim yarattı. Bu cihazlar, önceki bilgisayarlarınkinden çok daha küçük ve ucuzdur; ayrıca daha az enerji tüketirler. Bu özellikleri, onları otomobiller, ev aletleri ve oyuncaklar dahil olmak üzere çok çeşitli elektronik cihazlarda kullanım için ideal hale getirdi.
Mikroişlemciler daha güçlü hale geldikçe, tek çipli mikrobilgisayarlar da daha sofistike hale geldi. Daha karmaşık görevleri yerine getirebilir hale geldiler ve daha güçlü oldular. Günümüzde tek çipli mikrobilgisayarlar, dünyadaki en popüler ve yaygın olarak kullanılan bilgisayarlar arasındadır.
Temel Yapı
Tek yongalı bir mikrobilgisayarın temel yapısı genellikle bir merkezi işlem birimi (CPU), salt okunur bellek (ROM), rastgele erişimli bellek (RAM), giriş/çıkış (I/O) bağlantı noktaları ve bir kesme denetleyicisinden oluşur.
- CPU, mikrobilgisayarın beyni olup, bir programın talimatlarını yerine getirmekten sorumludur.
- ROM, CPU'ya ne yapması gerektiğini söyleyen program komutlarını depolar.
- RAM, CPU tarafından erişilebilen ve değiştirilebilen verileri ve programları depolamak için kullanılır.
- G/Ç bağlantı noktaları, mikrobilgisayarın dış dünya ile iletişim kurmasını sağlar.
- Kesme denetleyicisi, mikrobilgisayarın dikkatini gerektiren bir olayın meydana geldiğini belirten özel sinyaller olan kesmeleri işlemekten sorumludur.
Temel Özellikler
- Küçük ve Kompakt: Oldukça kompakt yapıdadırlar ve çok az harici devre gerektirirler. Bu özellikleri, el tipi cihazlar veya gömülü sistemler gibi alanın sınırlı olduğu uygulamalar için son derece uygun hale getirir.
- Nispeten Ucuz: Tüm bileşenler tek bir IC üzerinde bulunduğundan, üretimi çok ucuz olabilir.
- Düşük Güç Tüketimi: Genellikle geleneksel mikroişlemcilere göre daha az güç tüketir. Bunun nedeni, çip üzerindeki tek tek bileşenlerin çok daha küçük olması ve çalışmak için daha az güç gerektirmesidir.
Uygulamalar
Tek yongalı mikrobilgisayarlar, çok çeşitli cihaz ve uygulamalarda karşımıza çıkmaktadır. Otomotiv motor kontrol sistemlerinden taşınabilir tüketici elektroniği ürünlerine kadar her alanda kullanılmaktadır.
Tüketici Elektroniği
Tek çipli mikrobilgisayarlar, dijital kameralar, taşınabilir medya oynatıcılar ve GPS cihazları gibi birçok tüketici elektroniği ürününde bulunur. Bu durumda, veri işleme, bilgi depolama ve uygulama çalıştırma gibi tam bir bilgisayarın tüm işlevlerini yerine getirirler.
Otomotiv
Bir mikrobilgisayar, bir otomobildeki motoru ve şanzımanı kontrol etmek için kullanılabilir; sistemdeki diğer cihazların işlemlerini yönetir ve koordine eder.
Endüstriyel Kontrol
Tek çipli mikrobilgisayarlar, küçük, düşük güç tüketimli ve ucuz oldukları için genellikle gömülü sistemlerde kullanılır. Gömülü sistem, daha büyük bir sistem içinde belirli bir görevi veya görevleri yerine getirmek üzere tasarlanmış bir bilgisayar sistemidir.
Tıbbi Ekipman
Tek çipli mikrobilgisayarlar, tıbbi ekipmanlarda giderek daha yaygın hale gelmektedir. Bunun başlıca nedeni, hastanın fiziksel verilerinin akıllı bir şekilde izlenmesidir. Bu cihazların bazıları hasta tarafından giyilebilir ve hastanın vücudundan veri toplayabilir. Bu veriler daha sonra arka planda kontrol sistemi tarafından işlenir.
Intel MCS 51
Intel MCS-51 (8051 MCU olarak da bilinir), 1980'lerin başında Intel tarafından geliştirilen 8 bitlik bir mikrodenetleyici mimarisidir. Piyasaya çıkan ilk mikrodenetleyicilerden biriydi ve geniş yetenek yelpazesi ve düşük maliyeti sayesinde kısa sürede popüler hale geldi. 8051 mcu, başlangıçta gömülü sistemlerde kullanılmak üzere tasarlanmış olsa da, kısa sürede otomotiv ve endüstriyel kontrol dahil olmak üzere çeşitli diğer alanlarda da uygulama alanı bulmuştur.
MCS 51 Tarihçesi
8051, başlangıçta Intel’in yeni 8086 işlemcisi için bir denetleyici olarak geliştirildi. 8086, 16 bitlik bir işlemciydi; yani bir seferde iki bayt (16 bit) veri işleyebiliyordu. 8051, 16 bit işlemcinin ekstra işlem gücünü gerektirmeyen uygulamalar için 8086'ya göre daha verimli ve daha ucuz bir alternatif olarak tasarlanmıştı.
Üç versiyonu vardır: standart 8051, düşük güç tüketimli 8052 ve yüksek hızlı 8031. 8052, harici bileşen ihtiyacını azaltan bir yonga içi osilatör içermesi dışında 8051 ile aynıydı. 8031, yüksek hızlı bir 8051 gerektiren uygulamalar için tasarlanmıştı ve dahili saat hızını 6 MHz'den 12 MHz'e çıkaran bir yonga üzerinde saat çarpanı içeriyordu.
8051 çok popülerdi ve kısa sürede çok çeşitli uygulamalar için standart mikrodenetleyici haline geldi. 1998'de Intel, MCS-51 adı verilen 8051'in güncellenmiş bir sürümünü piyasaya sürdü. MCS-51, orijinal 8051'e göre daha fazla yonga üzerinde bellek, geliştirilmiş komut seti ve daha yüksek saat hızları desteği dahil olmak üzere bir dizi iyileştirme içeriyordu.
MCS 51 Mimarisi
MCS-51 mikrodenetleyicinin mantık bileşenleri arasında 8 bitlik bir CPU ve yonga üzerinde osilatör, 80514B maske ROM, 87514KB EPROM, 8031 ROM'suz, özel işlev kaydı SFR128BRAM, zamanlayıcı/sayaç T0 ve T1, paralel G/Ç arabirimi: P0, P1, P2, P3; seri arabirim: TXD, RXD; kesme sistemi: INT0, INT1.
İşlevler
8051, geniş bir yelpazede yeteneklere sahiptir ve çeşitli görevleri yerine getirecek şekilde programlanabilir.
- 8 bit veri yolu ve 16 bit adres yoluna sahip CPU;
- Boole işleme ve bit işleme yeteneğine sahiptir;
- Harvard yapısı benimsenmiştir ve program belleği ile veri belleğinin adres alanları bağımsızdır, bu da programlama için elverişlidir;
- Aynı adreste 64 KB program belleği ve 64 KB veri belleği;
- 0-8 KB yonga üzerinde program belleği (8031'de yoktur, 8051'de 4 KB, 8052'de 8 KB, 89C55'te 20 KB vardır);
- 128 bayt yonga üzerinde veri belleği (8051'de 256 bayt vardır);
- 32 adet çift yönlü ve bit adreslenebilir G/Ç hattı;
- İki adet 16 bit zamanlayıcı/sayaç (8052'de 3 adet vardır);
- Tam çift yönlü seri G/Ç arabirimi;
10. Birden fazla kesme kaynağının kesme yapısı iki kesme önceliğine sahiptir;
11. Yonga üzerinde saat osilatörü.
