İşlemci

İşlemci, bilgisayar sisteminin bir parçasıdır ve işlemcinin bir kısmı işlem birimini oluşturur. İşlemcinin organizasyonunu anlamak için işlemcinin yapması gerekenler aşağıdaki şekilde özetlenebilir.

Getirme (fetch) talimatı: CPU, bellekten talimatları okumalıdır.

Talimatı yorumla: Hangi işlemin gerekli olduğunu belirlemek için talimatın kodu çözülmelidir.

Verilerin alınması: Bir talimatın yürütülmesi bellekten veya giriş birimi modülünden veri okunmasını gerektirebilir.

Proses verileri: Bir talimatın uygulanması, veriler üzerinde aritmetik veya mantıksal veya kaydırma ve döndürme işlemi yapılmasını gerektirebilir.

Veri yazma: Uygulama sonuçları belleğe veri yazılmasını gerektirebilir.

Bunları yapabilmek için CPU'nun bazı verileri geçici olarak saklaması gerektiği açıktır. Bir sonraki talimatın nereden alınacağını bilmesi için son komutun yerini hatırlamalıdır. Bir komut yürütülürken komutu ve verileri geçici olarak saklaması gerekir. Başka bir deyişle, CPU küçük bir dahili belleğe de ihtiyaç duyar (Dumas II, 2016).

3.7.6.2. İşlem Birimi

Bir CPU’nun sistem veriyolu üzerinden sistemin geri kalanıyla olan bağlantısının basit bir gösterimi Şekil 3.26’da verilmiştir. Benzer bir ara bağlantı, ara bağlantı yapılarının herhangi biri için de gereklidir ve CPU'nun ana bileşenlerinin aritmetik, mantık ve kontrol birimleri olduğu akılda tutulmalıdır.

ALU, aslında verileri hesaplar veya işler. Kontrol birimi, verilerin ve talimatların CPU içine ve dışına hareketini kontrol etmenin yanısıra ALU'nun çalışmasını da kontrol eder. Şekil 3.40, kayıt/yazmaç (register) denilen bir dizi saklama konumundan oluşan minimal bir dahili belleğin temel yapısını göstermektedir.

3.7.6.3. Kontrol Döngüsü

Şekil 3.41'de CPU komut döngüsünün yapısı basit bir görsel ile verilmiştir. Ayrıca bir komut döngüsü aşağıda verilen iki temel işlevi yerine getirir:

Getir ( Fetch): Bir sonraki talimatı bellekten CPU'ya okur.

Çalıştır (Execute): Opkodu yorumlar ve belirtilen işlemi yapar.

Şekil 3.41. Komut döngüsü.

3.7.6.4. Veri Akışı

Bir komut döngüsü sırasındaki olayların tam sırası CPU tasarımına bağlıdır. Şekil 3.42, bu döngüdeki veri akışını göstermektedir. Getirme işlemi sırasında, bir talimat bellekten okunur. PC, alınacak bir sonraki talimatın adresini içerir. Bu adres MAR'ye taşınır ve adres yoluna yerleştirilir. Kontrol birimi hafıza okumasını talep eder ve sonuç veri yoluna yerleştirilir, MBR'ye kopyalanır ve daha sonra IR'ye taşınır. Bu arada, PC bir sonraki adıma geçer.

CPU tasarımına başarıyla derlendikten sonra, tasarımın doğrulanması gerektiğini önceki kesimlerde de vurgulamıştık. Benzer şekilde simülatör spesifik CPU doğrulamasını oluşturmak için kullanır. İlgili doğrulama girdi-çıktı verileri Şekil 3.43 ve Tablo 3.13'te verilmiştir.

Şekil 3.43. CPU doğrulama. Tablo 3.13. Adresleme komutları.

Adresleme

komutları Talimatın detayları

11001 Klavyeden okur ve ondan sonra X2 registerında saklar

00000 ADD: X1 ve X2 registerlerinin eklenmesi, bundan sonra sonucu bellekte saklar (bayt bir).

10000 Bellekten (bayt bir) veriyi X1 registerına yükler.

00101 OR: mantıksal işlem X1 ve X2 register bitlerine uygulanır ve bundan sonra sonucu bellekte depolar (bayt iki).

01000 SL: (Sola kaydırma) talimatı, X1 registerinin içeriğini soldaki bir bit'e (bayt _{bir) kaydırır.} 00001 SUB: X1 ve X2 registerlerinin çıkarır ve bundan sonra sonucu bellekte saklar

(bayt iki).

00010 INC, X1 registerının değerini birer birer artırır ve bundan sonra sonucu _{hafızaya kaydeder (byte üç).} 01001 SR (sağa kaydırma) komutu, X1 registerinin içeriğini bir bit sağa (bayt iki) _kaydırır.

3.8. Araştırma Süreci

 Çalışmanın ilk aşaması, problemleri tanımlamayı ve çalışmanın hedeflerini belirlemeyi ve geliştirme planını yapmayı içerir.

 Çalışmanın ikinci aşaması, kapsamlı bir literatür taraması özeti içermektedir.  Çalışmanın üçüncü aşaması, 162 öğrenciden oluşan bir saha çalışmasını

içermektedir.

 Çalışmanın dördüncü aşaması, anketin en uygun biçimde oluşturulması ve pilot çalışma için dağıtılması ve verilerin analizini kapsamaktadır. Pilot çalışmanın amacı, ankette sorulan soruların, çalışmanın amaçlarına ulaşılmasına yardımcı olacak şekilde cevaplamanın kolay olup olmadığını test etmek ve anlamaktır. Anket plot çalışmadan elde edilen veriler ile en verimli ve uygun şekilde revize edilmiştir.

 Çalışmanın beşinci aşaması, her dönemin bitiminden sonra anketlerin dağıtılması ve anket sonuçlarından elde edilen verilerin analizi üzerine kuruludur.

 Son aşama, sonuçları ve önerileri içerir.

Şekil 3.44, çalışma hedeflerine ulaşmak için kullanılan metodolojinin akış şemasını göstermektedir.

3.9. Araştırma Stratejisi

Simülasyon temelli yaklaşım, öğrencilerin bilgisayar mühendisliği dersi için donanım programlarında pratik eğitim almalarını sağlamak için bazı donanım tasarımı ve öğretim yöntemlerini entegre ederek geliştirilmiştir. Ayrıca, bir CPU, VHDL dili kullanılarak tasarlanmış ve simüle edilmiş ve bu süreç FPGA'ya PBL ve ML yöntemlerini uygulayarak gerçekleştirilmiştir.

Bu çalışma için araştırma soruları tümdengelimli bir bakış açısına sahiptir. Bu çalışma için en mantıklı stratejinin zaman kısıtlamaları ve düşük bütçe nedeniyle nicel araştırma yöntemi olduğu sonucuna ulaşılmış ve çalışma planı bu doğrultuda hazırlanmıştır.

3.10. Veri Toplama

Farklı maliyet, hız ve içerik kapsamı kombinasyonları sunan çeşitli veri toplama yöntemleri mevcuttur; dolayısıyla, en uygun araştırma yöntemini seçmek çok önemlidir. Öğrencilerin kafasında oluşan, anket, ev ödevi, ara sınav ve final sınavı gibi başlangıçta içeriği net olmayan bu geri bildirim (ya da veri toplama) yöntemleri hakkında bilgiler almak için çeşitli yollar mevcuttur. Öte yandan, veri toplama yöntemleri araştırma felsefesinin benimsenmesine, araştırma yaklaşımına, araştırma stratejisine, genel olarak araştırmanın amaçlarına veya hedeflerine dayanırken, veri toplamak için kullanılan en yaygın yöntemler anketler ve görüşmelerdir. Öğrencilerin notları, ödevleri, ara sınavları ve final sınavları sonuçları araştırma sorularını yanıtlamak için kullanıldı. Anketler ise diğer değişkenlere veri toplamak için kullanılmıştır.

3.11. Veri Analizi

Bu çalışmada nicel yaklaşım kullanılmıştır. Veri toplama kaynakları olarak öğrencilerin notları ve anket formları değerlendirilmiştir. İstatistiksel hesaplamalar için katılımcıların verileri istatistiksel programlarla analiz edilmiştir. Verilerin araştırılmasında grafikler ve çıkarımsal ölçümler kullanılmıştır. Bu incelemedeki aydınlatıcı görüşler, en düşük ve en uç değer anlamına gelen frekans dağılımlarını,

yüzdeleri, standart sapmayı, ortalamaları, karşılaştırmalı analizleri ve post-hoc analizini içermektedir.