MİkroİŞlemcİ Nedİr?

[dapHne]

Mikroişlemci; gerek yaptığı işlemlerin mikrosaniyeler mertebesinde olması aynı zamanda içindeki elektronik devrelerin ve bölümlerin mikron boyutlarında olması nedeniyle bu adı almıştır.

Mikroişlemci; bir bilgisayar sisteminin en önemli 3 donanımından biridir ve bu 3 donanım arasında en çok adı anılandır,diğerleri hafıza (RAM-ROM) ve giriş-çıkış (I/O) birimleridir. Mikroişlemci dünyasındaki gelişmelerin yanında diğer donanımların zaman içinde gelişmesi epey yavaş kalır. İnsanlar bilgisayarlarını birbirlerine tarif ederlerken önce mikroişlemcisini söylerler “bende Pentium III 500 var senin sistem nedir? gibi atıflarda bulunuruz.

Linki görüntüleyebilmek için <a href="%2$s"><strong>Üye</strong></a> olmanız gerekiyor.

Bilgisayarlarda bukadar önemli bir yere sahip olan mikroişlemcilerin tabiki sadece birtek adı olması düşünülemez bile. Mikroişlemcinin CPU (sipiu diye okunur - Central Processing Unit ), MİB (CPU nun Türkçe karşılığı - Merkezi İşlem Birimi), µP (mikro processor-mikro prosesır diye okunur ) ve genelde işlemci olarak bildiğimiz isimlerinide kullanıyoruz.

Adından da anlaşılacağı gibi mikroişlemci (veya işlemci) matematiksel işlemleri yapabilen bir elektronik yonga (chip) dır. Boyutları çok küçük olmasına rağmen içinde binlerce, yüzbinlerce veya milyonlarca elektronik devre elemanı bulunduran mikroişlemci aslında matematiksel işlemeri, elektriğin var olması yada olmaması temelinden yararlanarak hesaplar.

Linki görüntüleyebilmek için <a href="%2$s"><strong>Üye</strong></a> olmanız gerekiyor.

Matematikçilere soracak olursanız kendi bilim dallarının temelinde aslında sadece toplama işleminin olduğunu söylerler. Mikroişlemcide aslında sadece toplama işlemi yapar. Mikroişlemci için çok kaba olmakla beraber toplama işlemini çok hızlı yapan bir elektronik devredir de diyebiliriz. Sadece toplama işlemini yapması pek çekici görünmüyor asıl ününü buradan almaz zaten, mikroişlemciyi mikroişlemci yapan matematiksel işlemleri çok kısa bir zamanda hatasız olarak gerçekleştirebilmesidir. Saniyede milyonlarca işlem yapabilir.

Linki görüntüleyebilmek için <a href="%2$s"><strong>Üye</strong></a> olmanız gerekiyor.

Sonuç olarak mikroişlemci matematiksel, aritmetik ve mantık işlemlerini çok kısa sürelerde yapabilen bir elektronik devredir, bir bilgisayar sisteminin beynidir (kalbi diyenlerde var), diyebiliriz. sistem biriminin kapağını açıp içindeki mikroişlemciyi görebilirsiniz.

Bir bina yapılırken nasıl çimento,kum ve çakıl kullanılıyorsa mikroişlemciler yapılırkende bazı elektronik devre elemanları kullanılır, transistör dediğimiz cihaz ise çoğu kişinin yabancı olmadığı bir devre elemanıdır. Günümüz mikroişlemcileri milyonlarca transistörü birarada barındırır. Transistörlerle ilgili yazımızı okuyanlar anlayacaklardır ki 1 transistör sadece bir olay gerçekleştirir, birkaçtanesi biraraya gelerek bir iş yapar, şayet güzel ve kaydadeğer işler yapmak istiyorsanız binlercesini veya milyonlarcasını biraraya getirmeniz lazım . Bu arada küçük bir transistör bir nohut tanesi kadardır, milyonlarca transistör çok fazla yer kaplar ama günümüz teknolojisi bu kadar devre elemanını santimetrelere sığdırmayı başarmıştır.

[dapHne]

Çoğu insan kenarlarından ufak iğnelerin çıktığı dörtgen parçanın işlemci çipi olduğunu sanır. Aslında bu yanlıştır. Bilinen bu şey çipi saran plastik parçanın kendisidir. Asıl çip bu plastiğin içerisinde tırnak büyüklüğü kadar bulunan üçgen şeklindeki minik bir silikondur.

[dapHne]

Çipler FAB (Fabrication Plant-Üretim Tesisi)’larda hazırlanır. Bir çip üretmek için kurulması düşünülen fab’ın maliyeti 1 milyon dolardan fazladır. Bu fab’larda tozların imalat sürecine zarar vermemesi için süper filitrelerle donatılmış temiz odaları bulunur. İşçiler de toz geçirmeyen kıyafetler giyer. (Intel reklamlarından aşina olduğumuz tavşan kılıklı kıyafetler) Üretim tesisi, minyatürize litografi tekniği ile milyonlarca transistörü wafer (gofret) denilen silikon tabakasının üzerine kazır. Hassas makineler her silikon dilimini düzinelerce ya da yüzlerce kalıba (çipe) ayırır. Günümüz çiplerinde silikon ve metalden oluşan birkaç tabaka bulunur. Metal tabakalar iletken, silikon tabakalar ise yarı iletkendir. Yarı iletkenler, üzerlerinden geçen sinyallere bağlı olarak, yalıtkan ya da iletken davranırlar. Bu zaten transistörlerin çalışma mantığıdır. Bunu anlamak için biraz elektronik bilgisi gerekir.

Teknolojik ilerlemeye bağlı olarak transistörlerin de boyları küçüldü. 1999 Mart verilerine göre ve o zamanın son teknolojisine göre üretilen transistörlerin büyüklüğü 0.25 mikron kadardır. Bir saç kalınlığının 100 mikron olduğunu düşünürsek karşımıza bayağı ufak bir şey çıkar. Bunun yanında internet üzerinden yaptığım araştırmalara göre 2000 yılında ve akabinde 0.18 mikronluk devrelere sahip çipler üretilmeye başlanacakmış. Bu anlamda ufalan transistör büyüklüğü bir çipin içine sığdırılacak transistör sayısını arttırır. CPU tarihini incelediğimde, bir işlemci çipinin kalıbına sığdırılan transistör sayısının, her 18 veya 24 ayda bir ikiye katlandığını gördüm. Bunu işlemci kronolojisi bölümünde verilen tabloya bakarak inceleyebilirsiniz. Söz konusu bu trende Moore Kanunu denir.

Üretim işleminin her yeni kuşağında daha güçlü, daha hızlı az enerji harcayan, daha ucuz çipler imal edilmektedir. Bu durumun en az 10 yıl daha böyle devam etmesi beklenmektedir. Söz konusu verilen zamanın ötesinde fiziksel problemler görülmektedir. Ama bakalım yeni teknolojiler yeni çözümler getirebilecek mi

[dapHne]

Esasen mikro işlemciler, açma kapama düğmeleri gibi çalışan milyonlarca transistörden oluşur. Elektrik sinyalleri, yazılmış bir program önderliğinde mikro işlemcide değişik sinyallere dönüştürülmektedirler. Bu işlemler ikilik sayma sistemi düzeyinde temel matematiksel işlemlerle yapılır. Yani sadece 0 ve 1 sayıları kullanılır. Her şey işlemci için ikilik sistemdir. Mesela Z harfi işlemci için, ikilik sayma sistemine dahil sayılardan oluşan 1011010 sayısına denk gelir. Bunlara bit (Binary Digit - İkilik Sayı) denir. CPU bu bitler üzerinde işlem yapabilmek için temel bir yazılıma ihtiyaç duyar ki bu söz konusu temel yazılım mikro işlemcinin çalışması için gereklidir. Bu yazılım veya program bir komut listesinden ibarettir ve işlemcinin içindedir. Bu komutlar duruma göre toplama işlemini yaptırabilir veya şartlı dallanma (Conditional Branch - Ekranda çıkan mesajlara olumlu veya olumsuz cevap vererek olasılıkların artırılması)‘ya cevap verdirebilir. Komutları yerine getirme işini ise işlemci içinde bulunan uygulama ünitesi (Execution Unit) veya fonksiyon ünitesi (Function Unit) sağlar. Modern işlemcilerde değişik komutların işlenmesi amacıyla birden fazla fonksiyon ünitesi bulunmaktadır. Bundan başka işlemci içinde tamsayı (Integer) işlemlerini yapan aritmetik/mantıksal ünitesi (Arithmetic /Logic Unit) ve küsuratlı sayı işlemlerini yapan kayan nokta ünitesi (FPU-Floating Point Unit) bulunmaktadır. Bir işlemcideki fonksiyon ünitesi ne kadar çoksa çalıştırılabilecek komut sayısı da o kadar çoktur.

[dapHne]

Mikro işlemciler, mimari (Architecture) sınıfınca gruplandırılırlar. Ortak mimariye sahip işlemciler, aynı komutları tanıdıkları için, aynı yazılımı çalıştırabilirler. Bir işlemcinin tanıdığı komutlar seti, o işlemcinin mimarisinin özelliğini belirleyen en büyük kriterdir. Bir başka özellik de register seti (register set) veya register grubu (register file) olarak bilinir. Register’lar işlem anında bir program tarafından kullanılmakta olan sayıların saklandığı geçici hafıza hücreleridir. Bunlar işlemcinin içinde bulunurlar. Farklı komut veya register’a sahip işlemciler birbirlerinin programlarını çalıştırmazlar. En popüler mikro işlemci mimarisi Intel x86’dı.Bu mimari bazen IA-32 (Intel Architecture 32-bit) olarak da adlandırılır.

Intel ilk x86 çipi olan 8o86’yı 1978 yılında çıkardı. O zamanlarda x86 modeli 6 kuşak evrim geçirdi. (Pentium II, III altıncı kuşak Pentium Pro’nun varyasyonlarıdır) Söz konusu çipteki bu gelişmeler;kronoloji bölümünde tablo olarak verilmiştir. Diğer şirketler de x86 ile uyumlu işlemciler üretmektedirler. Bunlar üstteki tabloda gösterilen AMD, CYRIX (National Semiconductor’a ait), CENTAUR TECHNOLOGY (IDT’nin İştirakıdır) ve RISE TECHNOLOGY.

Diğer mimariler ise şöyle sıralanmaktadır: PowerPC, Digital, Compaq, Silicon Graphics’in Mips Rxooo serisi, HP (Hewlett Packard)... vs. bu mimarilerin hiç biri ne kendi aralarında ne de x86 ile uyumlu değillerdir.

Mimariler ortaya çıktıkları dönemin hakim dizayn felsefesini yansıtırlar. X86’nın dünyaya geldiği 1970’lerde, veri saklama cihazları ve hafıza bugünün standartlarına göre çok kısıtlıydı. Bu kaynakları tasarruflu bir şekilde kullanabilmek için CISC (Complex Instruction Set Computing-Karmaşık Komut Setiyle Hesaplama) diye bilinen bir mimari benimsendi. CISC’in karakteristik iki özelliği, değişken uzunluktaki komutlar ile karmaşık komutlardı. Değişken uzunluktaki komutlar hafıza tasarrufu sağlamak amacını gütmekteydi. Çünkü basit komutlar karmaşık komutlardan daha kısaydı. Bu sayede kısa komutları karmaşık komutlar yerine değişebilir komutlar işlemekte idi ve karmaşık komutlar boşta kalarak uzun komutları işlemekte idi. Karmaşık komutlar birden fazla komutu birleştirerek uzun komut haline getirmekte ve işlemekte.

1980’lerin sonuna gelindikçe hafızayı tasarruflu kullanma konusu önemini yitiriyordu. CISC’in kısıtlamaları da mühendislerin ellerini kollarını bağlıyordu. Bu sebepten dolayı CISC’a rakip olarak RISC (Reduced Instruction Set Computing-Daraltılmış Komut Setiyle Hesaplama) ortaya çıkmıştır. RISC’in iki karakteristik özelliği vardır. Bunların ilki RISC’de komut uzunlukları 32 bittir ve sabittir. İkincisi ise her komutun bir tane basit işlemi yerine getirmesidir. Bu özellikler sayesinde fetch (komutu hafızaya taşıma), decode (komutun anlamını çözme) ve komutu çalıştırma işlemleri daha kolay yapılmakta idi. RISC’in kötü bir özelliği ise tüm komutları 32 bit olarak kabul etmesidir. Bu durumda 32 bitten kısa olan komutlar daha uzun gözükmektedir ve daha fazla hafıza gerektirmektedir.

RISC komutları sabit bir zaman diliminde işlem görmektedir. Bu da Süperskalar Pipelining özelliğini kullanan işlemciler için önemli bir özelliktir. Pipelining seri üretim yapan bir fabrika tekniği ile çalışır. Basit bir pipeline’da 5-6 aşama olabilir. Süperpipeline’da ise en az 10 aşama bulunur. Bu sayede birden fazla komut birden fazla aşamada işlem görebilmektedir. RISC bu tekniğe daha uygundur. Çünkü basitleştirilmiş komutlar pipeline’dan pürüzsüz bir şekilde akarlar ve CISC’ın neden olabildiği tıkanmalara yol açmaz. RISC işlemcilerinin başka avantajları da vardır. mesela register‘ları ve register grupları daha büyüktür. Ama bu biraz RISC’in, CISC işlemcilerinin dizayn edildiği zaman mevcut olmayan teknolojik ilerlemelerden yararlanmasından kaynaklanmıştır.

RISC ve CISC birbirleriyle taban tabana zıt değillerdir. Modern CISC işlemcilerinde RISC ilkelerinden bazıları kullanılır. Mesela Intel ve AMD’nin altınca kuşak işlemcileri, karmaşık komutları süperscalar pipeline’larda çalıştırmadan önce bunları daha basit, RISC’e benzer komutlara çevirirler.

[dapHne]

Linki görüntüleyebilmek için <a href="%2$s"><strong>Üye</strong></a> olmanız gerekiyor.
Linki görüntüleyebilmek için <a href="%2$s"><strong>Üye</strong></a> olmanız gerekiyor.

[dapHne]

Bilgisayar almak isteyenler bu kadar işlemci karşısında ne yapacaklarını bilmezler. Öyle ki şu anda iki düzineden çok fazla seçeneğe sahipsiniz. Intel’in rakipleri, ilgi çekmek için ürettikleri çiplerin fiyatlarını Intel’inkilere göre önemli miktarlarda düşürmek zorunda olduklarından bu durum onları değerli kılıyor. Rekabet Intel’in üzerindeki fiyat kırma baskısını arttırdığından, piyasadaki tüm fiyatların düşmesine de neden oluyor. Böylece geniş işlemci seçenekleri arasında size uygun olan fiyat/performans oranını seçebiliyorsunuz. Yine de en iyi işlemciyi seçmede sizi pek çok tuzak bekliyor. Bu işlemcilerin bilgisayara takılması pek anlam ifade etmemekte. Çünkü her işlemci bir uygulamadan bir diğerine bayağı farklılık gösteriyor.

[dapHne]

Mikro işlemci hızları genelde Mhz (MegaHertz) olarak ifade edilirler. Bir işlemcinin xxx Mhz hızında çalışması demek iç saatinin saniyede xxx milyon çevrim yaptığının göstergesidir. Saat frekansları işlemcinin performans ölçümünden çok motor devir göstergesidir. Bu rakamlar ancak aynı mikro mimariye sahip işlemcilerin karşılaştırılmasında geçerli olabilirler. Yoksa Pentium 200 Mhz ile Pentium Pro 200 Mhz aynı olurdu. Ama mikro mimarileri farklı olduğundan Pro daha hızlı çalışmaktadır.

Dizayn mühendisleri performansı daha arttırmak için branch prediction, speculative execution gibi teknikler kullanarak daha büyük ön bellek (cache) hafızalarına başvururlar. Branch prediction bir nevi kumardır. Programın karar verme noktasına ulaştığında kullanıcının vereceği kararı önceden kestirmeye çalışmasıdır. Static yöntemlerde her zaman aynı mantık yürütülür ve %50’den fazla ihtimal değerlendirilerek sonuca ulaşılır.

Daha gelişmiş işlemciler ise dinamik branch yöntemini uygulayarak kullanıcının önceden vermiş olduğu kararları değerlendirerek bir karar ulaşırlar. Speculative execution ise bu tekniği bir adım öteye taşır. İşlemci, sonucu tahmin ettikten sonra dallanma ardından çalıştıracağı komutları çalıştırmaya başlar. Ancak, dallanma sonucunun gerçekten de öyle olduğu teyit edilene kadar işlemci sonucu kendisine saklar. Tahmin yanlış çıkarsa bütün tahminler çöpe atılır ve yeni dallanma tahminine geçilir. Bu durumda karşılaşılan birka saat çevrimlik maliyete Misperdict Penalty (Yanlış Tahmin Cezası) denir. Bu maliyet özellikle süperpipeline işlemcilerde önem kazanır. Çünkü bu sistemlerde komutların işlendiği çok fazla aşamada vardır. Bu durumda yapılacak hatalı tahmin sonucunda boşaltılması gereken aşama sayısı çok olacaktır.

[dapHne]

İşlemcilerde yapılan bu iki ayırım sadece üretim modelleriyle ilgilidir. Aşağıdaki şekilde her iki model gösterilmektedir. Alacağınız işlemciye uygun ana kartınızın olması gerektiğini unutmayın. Eğer ana kartınız soket 370 modellerini destekliyorsa slot işlemcileri kullanamazsınız. Slot işlemciler genelde yeni çıkan işlemcilerde gözükmektedir. Ancak ne varsa Intel firması nostalji rüzgarları estirerek eskiye dönüş yapma çabasında. Bu demek değildir ki soket modeller kalkacak. Sadece elinde eski ana kart modelleri olanlara kolaylık sağlamak amacı vardır.

[genchacker]

güsel dokuman ellerine salık arksadasım

[dapHne]

eyw dostum