1. İŞLEMCİLER
İşlemcinin Görevi
“İşlemcinin görevi nedir?” Diye sorulduğunda birçok kişi net bir cevap veremese de
işlemciyi bilgisayarın beyni olarak tanımlar. Bu tanımlama, işlemcinin önemini
kavradıklarını ifade eder. İşlemcinin anlaşılabilmesi için görevini net olarak tanımlamalıyız.
Bugün piyasada çeşitli işlemciler bulunmaktadır. Eğer işlemcinin bilgisayardaki görevini
tam olarak bilmezseniz bu donanımda seçim yapmanız zorlaşacaktır. İşlemciyi anlamanız
sizi hem mesleğinizde daha yeterli yaparken hem de bilinçli bir tüketici hâline getirecektir.
İşlemci Nedir?
İşlemci, bilgisayarın birimlerinin çalışmasını ve bu birimler arasındaki veri (data)
akışını kontrol eden, veri işleme (verileri değerlendirip yeni veriler üretme) görevlerini
yerine getiren elektronik aygıttır. Veriler üzerindeki yaptığı işlemler, temel aritmetik
işlemleri kadar basit (örneğin 1+3 gibi) ya da çok daha karmaşık (bu değeri al ve ses kartına
yolla ki böylelikle hoparlörden müzik dinleyebilinsin) gibi çeşitli seviyelerde olabilir.
Aslında işlemciler, sadece bilgisayarlarda bulunan bir donanım değildir. Tüm
elektronik sistemlerde işlemciler bulunur. Örneğin, otomatik çamaşır makinesi, otomatik
bulaşık makinesi; fabrikalardaki otomatik cihazlar, televizyon.
İşlemci yerine mikroişlemci, CPU (sipiu diye okunur - Central Processing Unit ),
MİB (CPU’nun Türkçe karşılığı - Merkezi İşlem Birimi), μP (mikro processor-mikro
prosesır diye okunur) isimlerini de sıklıkla kullanıyoruz.
İşlemci = Mikroişlemci = MİB = CPU = μP
İşlemciler, klavyeden girilen tuşun ifade ettiği karakteri aynen ekranda gösterme
şeklinde bir işlem yaptığı gibi; aldığı verileri değerlendirip yeni veriler de üretebilir.
Örneğin, hesap makinesinin işlemcisi, girilen rakamlar üzerinde istenilen işlemi uygulayarak
yeni sonucu ekranda gösterir.
İşlemciler, bilgisayarda yönetici konumunda çalışır. İnsan beyninin tüm vücut
organlarını sinir sistemi vasıtasıyla yönetmesi gibi işlemciler de kontrol sinyalleriyle sisteme
bağlı tüm birimlerin çalışmasını düzenler ve yönetir.
1971 yılında Intel firması, binlerce transistörü silikon çip üzerine yerleştirip işlemcinin
boyutlarını küçültmesiyle birlikte daha önce sadece büyük şirketler ve üniversitelerin
kullanabildiği bilgisayarlar iyice küçülmüş ve evlere girmeye başlamıştır.
Mikroişlemciler, milyonlarca transistörden oluşmaktadır. Elektrik sinyalleri bunların
üzerinden akar. Bilgisayarın yaptığı tüm işleri toplama, çıkarma, çarpma ve bölme gibi
işlemler bu sinyaller vasıtasıyla gerçekleşir. Devrede elektrik sinyalinin olması “1”, elektrik
sinyalinin olmaması “0” ile ifade edilir. İşlemci bu işlemleri en basit sayma sistemi olan
ikilik düzen yani 0 ve 1 sayılarını kullanarak yapar. Komut, işlem, veri, vb. kavramların ikili
sayı sistemi ile ifadesine, makine dili (makine kodu) denir. Mesela “A” harfi ikilik sistemde
“01000001” ile ifade edilebildiği gibi mavi gibi bir renk de ikilik tabandaki sayı gruplarıyla
ifade edilir. Aynı şekilde bir ses veya görüntü kaydı da yine buna benzer ikilik sayı grupları
ile ifade edilirler. Bu “0” veya “1”in bilgisayarda kapladıkları alana bit adı verilir.
Bu sayı grupları üzerinde işlem yapmak için işlemci içerisinde komut listesi (komut
seti = instruction set) mevcuttur. Bu komutlar, işlemcinin sorumlu olduğu tüm matematiksel
ve mantıksal işlemleri gerçekleştirir. İşlemciye gönderilen ve ona ne yapması gerektiğini
söyleyen komutlara ise programlar denir.
Programlar Nerede Tutulur?
İşlemciye ne yapmasını istediğimizi söyleyen programlar olmadığı sürece işlemci bir
işe yaramaz. Peki bu programlar nerede tutulur, çalıştırılır, bu programların içerdiği komutlar
işlemciye nasıl ulaşır? Bilgisayarda tüm programlar sabit diskte (hard disk) tutulur. Peki
sabit diskte tutulan bu programların çalıştırılması aşaması nasıl gerçekleşir?
İşlemci her saniyede milyonlarca, hatta milyarlarca komutu işleyebilir. Sabit disk,
işlemcinin komut işleme hızına ulaşamaz. Bu sorunu ortadan kaldırmak için programlar sabit
diskten alınarak RAM’e (rem diye okunur) yüklenir. RAM’den de işlemciye aktarılır. Bir
program RAM’e yüklendiğinde ve işlemci kendisinden istenileni gerçekleştirdiğinde buna
program (yazılım) çalışıyor deriz. Verinin sabit disk, RAM ve işlemci arasındaki akışı tek
yönlü bir işlem değildir. İşlemcinin yaptığı işlemler sonucunda ürettiği veriler de işlemciden,
RAM’e ve oradan da sabit diske alınarak, sabit diskte tutulur.
RAM = Random Access Memory = Sistem Belleği = Ana Bellek
Şekil 1.1:Programların sabit diskten RAM’e ve oradan da işlemciye alınması.
İşlemcinin ürettiği sonuçların RAM’e ve oradan da sabit diske alınması
RAM’ler sabit disklerden hızlı olduklarına göre, işlemciyle uyum açısından neden
sabit disk yerine sadece RAM’leri kullanmıyoruz? Birincisi sabit diskler RAM’lerden
yüzlerce kat bilgiyi saklayabilirler. İkincisi RAM’ler bilgisayarı kapattığınız anda üzerindeki
tüm bilgileri kaybederlerken sabit diskteki bilgiler kaybolmaz. Yüksek oranda bilgi tutabilen
ve bilgisayar kapalıyken de üzerindeki bilgileri kaybetmeyen bir belleğin üretim maliyeti
sabit diskin maliyetinden çok daha fazladır. Bu nedenle tüm programlar sabit diskte tutulur
ve çalıştırılmak istenen program RAM’e alınarak hızlı bir şekilde çalıştırılır.
İşlemcinin Yapısı
Üreticiler, farklı işlemci mimarilerine göre işlemci üretirler. İşlemci mimarisi;
işlemcinin işlemleri gerçekleştirme yöntemi, teknolojisi ve tasarımını ifade eder. Ortak
mimariye sahip olan işlemciler aynı komutları tanımakta ve aynı yazılımları
çalıştırabilmektedirler.
Her işlemci temel bazı birimleri içinde barındırır. İşlemcilerin gelişim sürecinde bu
birimlerin özellikleri artırılmıştır. Genel bir işlemci yapısı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Veriler, bilgisayarı oluşturan çeşitli birimler arasında sürekli olarak taşınır. Örneğin,
klavye biriminde bir tuşa bastığımızda bu tuşun karşılığı olan karakteri ekranda görürüz.
İşlemci, giriş birimden aldığı veriyi çıkış birimine aktarmıştır.
İşlemcinin anakartla iletişim kurmasını sağlayan, toplu iğneye benzeyen uçlara pin
denir. Pin yerine farklı isimler de kullanılabilmektedir.
Pin = İğne = Bağlantı iğnesi = Bacak = Ayak
İşlemcinin yapısında bulunan birimler aşağıda kısaca açıklanmıştır.
Çekirdek (Core)
Komut çalıştırma işlemlerini yapan bölümdür. Çalıştırma birimi (execution unit)
olarak da bilinir.
ALU (Aritmetik Lojik Unit / Aritmetik Mantık Birimi)
İşlemci tarafından gerçekleştirilecek matematiksel ve mantıksal işlemlerin yapıldığı
bölümdür.
Ön Bellek (Cache)
Sistem belleğinden gelen veriler, çoğunlukla CPU’nun hızına yetişemezler. Bu
problemi çözmek için CPU içinde yüksek hızlı hafızalar bulunur. Ön bellek çalışmakta olan
programa ait komutların, verilerin geçici olarak saklandığı yüksek hızlı hafızalardır.
İşlemcinin komutları daha hızlı yüklemesini sağlayan bu hafıza genellikle L1 (Level
1) ve L2 (Level 2) olmak üzere iki kısımdan oluşur. İşlemci, ihtiyaç duyduğu komutu ilk
önce L1 ön bellekte (L1 ön bellek L2 ön bellekten daha hızlıdır.) arar. Eğer işlemcinin
aradığı komut burada yoksa L2 önbelleğe bakar. Eğer burada da yoksa sırasıyla RAM ve
sabit disk üzerindeki sanal hafıza üzerinde arar. Ön belleklerin kimisi işlemci ile aynı hızda
çalışır.
Kontrol Birimi
Kaynak: ReformTürk http://www.reformturk.com/showthread.php?p=98130
İşlemciye gönderilen komutların çözülüp (komutun ne anlama geldiğinin
tanımlanması) işletilmesini sağlar. İşlemci içindeki birimlerin ve dışındaki birimlerin eş
zamanlı olarak çalışmasını sağlayan kontrol sinyalleri bu birim tarafından üretilir.
İşlemci Hızı
Günümüzde kişisel bilgisayarlarda (PC=Personel Computer) kullanılan tüm
donanımlar 20 yıl öncesine göre çok daha hızlıdır. Ama her donanımın hızı eşit ölçüde
artmamıştır. En büyük hız gelişimi, işlemcilerde gerçekleşmiştir.
Bilgisayarın tüm donanımlarının bağlandığı kart olan ana kartta saat çipi (saat
yongası) vardır. Bu saat sistem hızını (FSB) belirler. Saatin her “tik”i, saniyede milyon veya
milyar devirle ölçülür. Saniyedeki tek devirin ölçüsü Hertz’dir. (Hertz diye okunur)
İşlemcilerde hız, işlemcinin birim zamanda yapabildiği işlem sayısı olarak
tanımlanmaktadır. Bir saniyede yapılan milyon adet işlem Mhz (Megahertz) olarak
tanımlanır ve temel hız ölçüsüdür. Ancak günümüz işlemcileri saniyede milyar işlem – Ghz
(Gigahertz –cigahertz diye okunur) hız seviyesine ulaşmışlardır.
Sistem hızı, tüm sistemin birlikte uyum içerisinde çalışması için gerekli olan ritmi
verir. Saatin her “tik”inde, tüm bilgisayar aygıtlarında veri ve komutlar akar. Sistemi
oluşturan bileşenler, sistem hızının katı veya çarpanı ile orantılı çalışır. Örneğin, bir ses kartı
sistem hızının 1/3’ü ya da 1/4’üne denk gelen 33 Mhz’de veri alışverişinde bulunur. Modern
bir işlemci, sistem hızının çarpanları kadar hızlı çalışır. Örneğin, 100 Mhz sistem hızına
sahip bir sistemde 1.8 Ghz hızında çalışan bir işlemci, 18 çarpanını kullanıyor demektir.
Üreticiler, sürekli olarak daha hızlı işlemcileri piyasaya sürerken eski modellerinin
üretimini durdururlar. Her işlemcinin üzerine üretici tarafından belirlenmiş, işlemcinin
kararlı bir şekilde çalışabileceği hız yazılır.
Üreticiler, işlemci hızını artırmak için çeşitli yollar izlemişlerdir. Birincisi, bir tek
işlemci modeli üretiminde uğraşarak hızını artırmışlardır. İkincisi, işlemcinin fiziksel
boyutunu küçültüp, işlemciyi çalıştırabilmek için gereken voltaj miktarını, dolayısıyla da
işlemci ısısını azaltmışlardır. İşlemciden çıkan ısıyı azaltmanın verdiği avantajla da aşırı
ısınmadan korkmaksızın işlemcinin çekirdek hızını yükseltmişlerdir. Sonuç olarak ortaya
çıkan yüksek hız oyun severler başta olmak üzere herkesi mutlu etmektedir.
İşlemcin tek başına hızlı olması sadece işlemci içi işlemlerde etkilidir. İşlemcinin
kendi içinde çalışma hızı, çevre birimleri ve iletişim hatlarına göre çok hızlıdır. işlemci çevre
birimleri ile iletişim kurarken onların hızlarına uymak zorundadır. Bir işlemci sisteminin
hızlı olabilmesi için işlemci dışındaki diğer birimlerin de hızlı olması gerektiği
unutulmamalıdır.
.