Merhaba Arkadaşlar. Bu yazımda size Mikroİşlemciler ve CPU (Merkezi İşlem Birimi) hakkında yazıcağım.
Günümüzde kullanılan bilgisayarların özelliklerinden bahsedilirken duyduğunuz 80386, 80486, Pentium-ll, Pentium-lll birer mikroişlemcidir (Microprocessor). Mikroişlemciler bilgisayar programlarının yapmak istediği tüm işlemleri yerine getirdiği için, çoğu zaman merkezi işlem ünitesi (CPU- Central Processing Unit) olarak da adlandırılır. PC adını verdiğimiz kişisel bilgisayarlarda kullanıldığı gibi, bilgisayarla kontrol edilen sanayi tezgahlarında ve ev aygıtlarında da kullanılabilmektedir. Bir mikroişlemci işlevini yerine getirebilmesi için aşağıdaki yardımcı elemanlara ihtiyaç duyar. Bunlar:
1.CPU (Merkezi İşlem Birimi)
2. Hafıza (Memory)
3.Donanım (Giriş ve Çıkış Birimleri)
Bu üniteler CPU chip’inin dışında, bilgisayarın ana kartı üzerinde bir yerde farklı chip’lerden veya elektronik elemanlardan oluşur. Aralarındaki iletişimi ise veri yolu (Data bus), adres yolu (Address bus) denilen iletim hatları yapar.
Mikroişlemcilerin temel yapısı aşağıdaki bölümlerden oluşmaktadır:
- İletim Yolları (Buses)
- Aritmetik Mantık Birimi (ALU)
- Kaydediciler ve Sayıcılar (Registers and Counters)
- Kontrol Birimi (CU)
- Giriş Çıkış Tampon Devreleri (Buffers)
İLETİM YOLLARI: mikroişlemcilerden başlayarak, bilgisayar devre bağlantılarını sağlayan iletkenlerdir. İletim yolları üç guruba ayrılır; Veri Yolları (Data Bus), Adres Yolları(Adress Bus) ve Kontrol Yolları (Control Bus).
ARİTMETİK MANTIK BİRİMİ (ALU): Mikroişlemciler ALU birimine sahiptir ve bu birimlerin de Matematiksel ve Mantıksal (lojik) işlemler yaparlar.
KAYDEDİCİLER VE SAYICILAR: Kaydediciler ve sayıcılar gerek mikroişlemci içerisindeki gerekse de mikroişlemci ile diğer devreler arasındaki işlemleri destekleyen devrelerdir. Kaydedici ve sayıcı türleri aşağıda sıralanmıştır:
KONTROL BİRİMİ: Bilgisayarın en önemli birimi olan bu bölümün ana görevi bilgi işlemektedir. Buna da merkezi işlem birimi (central processing unit –CPU) olarak adlandırılır.
İŞLEMCİLER (CPU):
CPU (Central Processing Unit / Merkezi İşlem Birimi) olarak anılan işlemciler bellekten komutları alır, çözümler, zamanlama ve denetim işaretlerini üretir, bellek ve I/O(giriş-çıkış) bölümlerinden veya bölümlerine veri transfer eder, veri üzerinde aritmetik ve mantık işlemleri yapar ve dıştan gelen işaretleri (kesme gibi) tanır ve gereğini yapar. Kısacası CPU, mikroişlemcilerin beyni olarak bilinir.
Eskiden işlemci PC’nin en önemli parçasıyken bir PC’nin değerini belirleyen şeyin performans ve sunduğu imkanlar olduğunu düşünürsek artık en önemli parçalarından biri diyebiliyoruz.
Ev bilgisayarları için kullanılan ilk işlemci Intel 8080’dir. 1974 yılında üretilen bu işlemci 8bit’lik bir chiptir. Fakat piyasalar asıl etki yapan işlemci yine Intel’in 8088 adlı işlemcisiydi ve bu işlemci 1979 yılında üretildi. Eğer bilgisayarlarla biraz ilgiliyseniz PC pazarının 8088’den 80286 oradan 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III ve son olarak Pentium 4’e geçtiğini bilirsiniz. Bütün bu işlemciler Intel tarafından üretildi ve hepside temelde 8088 tasarımının geliştirilmesiyle ortaya çıktı.
Aşağıdaki Tablo-1 Intel işlemcilerin özellikleri:
| İsim |
Tarih |
Transistör |
Mikron |
Saat Hızı |
Veri Genişliği |
MIPS |
| 8080 |
1974 |
6,000 |
6 |
2 MHz |
8 bit |
0,64 |
| 8088 |
1979 |
29,000 |
3 |
5 MHz |
16 bit-8 bit |
0,33 |
| 80286 |
1982 |
134,000 |
1,5 |
6 MHz |
16 bit |
1 |
| 80386 |
1985 |
275,000 |
1,5 |
16 MHz |
32 bit |
5 |
| 80486 |
1989 |
1,200,000 |
1 |
25 MHz |
32 bit |
20 |
| Pentium |
1993 |
3,100,000 |
0,8
|
60 MHz |
32 bit-64 bit |
100 |
| Pentium II |
1997 |
7,500,000 |
0,35 |
233 MHz |
32 bit-64 bit |
~300 |
| Pentium III |
1999 |
9,500,000 |
0,25 |
450 MHz |
32 bit-64 bit |
~510 |
| Pentium IV |
2000 |
42,000,000 |
0,18 |
1,5 MHz |
32 bit-64 bit |
~1,700 |
Tablo-1.
Şimdi gelelim yukarıdaki tablonun Mikron kısmına: Mikron, yonga (Yonga, genellikle küçük, ince bir silikon parçası üzerine asitle oyularak yerleştirilen transistörlerin oluşturduğu bütünleşik devredir.) üzerindeki en küçük kablonun genişliğidir. Karşılaştırmak için örnek verirsek insan saçının 100 mikron kalınlığında olduğunu söyleyebiliriz. Şimdi tabloya baktığımızda gelişmiş işlemcilerde yonga üzerindeki kablo genişliği azaldığını göriyoruz. Ama şuna dikkat edelim kablo genişliği azaldıkça transistör sayısının arttığını görebiliriz.
Şimdi MIPS özelliğine gelelim. MIPS“millions of instructions per second” yani saniyede yapılan işlem miktarıdır ve işlemcinin performansı hakkında genel bir bilgi verebilir.
Çekirdek Sayısı (Core): İşlemci hızında önemli bir diğer etmen ise işlemci çekirdek sayısıdır. Çekirdek kavramı CPU için aynı anda kaç farklı iş parçacığının işleme girmesi diye tanımlanabilir. Günümüzdeki 7 çekirdekli işlemcilerde işletim sistemlerininde desteklemesiyle aynı anda 7 farklı iş parçaçığı işlenebilmektedir ve bu bize büyük hız farkı yansıtmaktadır.
32 ve 64 bit desteği( Mimarisi):32bit işlemcilerde register birimi düşük olduğundan veriler parçalanarak işleniyor fakat 64 bit işlemcilerde register birimi büyük olduğundan veriler parçalanmadan bütün halinde işlenebilmektedir.32 bit işlemci en fazla 3.25Gb adresleme kullanabilmektedir. 64 bit işlemcide bu sınır 2 TB’a kadar ulaştırılmıştır.
İşlemci ÖnBelleği (Cache) : Cache , çalışmakta olan bir programa ait komutların geçici olarak saklandığı bir hafızadır. İşlemci kendine gönderilen istekleri yaparken işlemci bu bellek üstünde işlem yapar.Çünkü işlemcinin ana belleğe erişmesi önbelleğe erişmesine oranla daha uzun zaman almaktadır.Ön bellek dolduğunda ve işlemciye yeni bir istek geldiğinde önbellek bulunan ve uzun zamandır kullanılmayan bilgiler silinir ve yeni istekler oraya alınır.L1,L2 ve L3 olarak adlandırılan 3 tane ön bellek bulunur.
L1 önbelleği işlemcinde entegre olarak bulunan ana önbellektir. En çok kullanılan komut ve fonksiyonların tutulduğu önbellektir. Önbellekler arasında en hızlı çalışanıdır. Genellikle büyüklüğü 64 KB’ın altındadır.
L2 önbelleği anakartın veya işlemcinin üzeride bulunur. Asıl amacı; en çok kullanılan komut ve fonksiyonları üzerinde barındırarak tekrar aynı istek işlemciden geldiğinde, üzerinde barındırdığı bilgileri hızlı bir şekilde işlemciye göndererek performans artışı sağlamaktır. Günümüzde kullanılan bilgisayarlarda L2 önbelleğinin büyüklüğü 1024 KB ile 2048 KB arasında değişmektedir.
L3 önbelleği pek kullanılmamaktadır.İşlemci ve anakart üzerinde L2 önbelleği bulunması halinde; anakart üzerindeki L2 önbelleği L3 olarak kullanılır. Amacı L2 ile aynıdır.
Gelecek yazımda 8051 ailesi hakkında yazıcağım. Görüşmek üzere HOŞÇAKALIN..
KAYNAK:
- İntel Microprocessor .pdf
- Mikroişlemciler .pdf
ElektRobotik 