Bilişim Teknolojileri Temelleriİç Donanım Birimleriİşlemciler

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 işlemler (örneğin 1+3 gibi) ya da çok daha karmaşık (bu değeri al ve ses kartına yolla ki böylelikle hoparlörden müzik dinleyebilinsin gibi) olabilir.

İşlemci yerine mikroişlemci, CPU (sipiu diye okunur - Central Processing Unit ), MİB (CPU'nun Türkçe karşılığı - Merkezi İşlem Birimi) isimleri de sıklıkla kullanılır.

İşlemci = Mikroişlemci = MİB = CPU

Bilgisayarın beyni olarak da tanımlanır. Bilgisayarın bütün parçaları arasındaki veri alışverişini düzenler ve yönetir. Bilgisayardaki tüm işlemleri yapar.

Normalde bilgisayarımızda veya başka kompleks ürünlerde sadece bir tane işlemcinin olduğunu düşünürüz oysaki detaylıca inceleyecek olursak diğer ünitelerin de (ekran kartı, TV kartı, ses kartı gibi) merkezî işlem birimine sahip olduğunu görürüz.

CISC : Kompleks komutlara, yani bir seferde birden fazla işlemi yerine getirebilen komutlara sahip işlemci mimarisidir.

RISC : Her seferinde tek bir işlem gerçekleştiren basit ve hızlı komutlara sahip işlemci mimarisidir.

İşlemcinin Yapısı ve Çalışması

İşlemci kendi içinde bir mimariye sahip olup işlemlerin yapılabilmesi için birçok birimi bulunmaktadır. Bu birimlerden en önemlileri;

• Kontrol birimi,

• Önbellek

• Çekirdek

• İletim yolları,

• Kaydedici,

• Sayıcılar,

• Giriş/Çıkış tamponları,

• Aritmetik mantık birimi

• Kayan nokta birimidir.

Çekirdek (Core) : Komut çalıştırma işlemlerini yapan bölümdür. Çalıştırma birimi (execution unit) olarak da bilinir.

ALU (Aritmetik Lojik Unit / Aritmetik Mantık Birimi) : Aritmetiksel ve mantıksal işlemlerin yapıldığı bölümdür.

Ön Bellek (Cache) : Sistem belleğinden (Ram) gelen veriler, çoğunlukla CPU'nun hızına yetişemezler. Bu problemi çözmek için CPU içinde ram ve sabitdiskten daha hızlı çalışan, yüksek hızlı hafızalar bulunur. Bunlar Önbellek(Cache Memory) olarak isimlendirilirler.

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. İ5 ve İ7 işlemcilerde L3(Level3) önbelleği de vardır. İşlemci, ihtiyaç duyduğu komutu ilk önce L1 ön bellekte arar. Eğer işlemcinin aradığı komut burada yoksa L2 önbelleğe burada da yoksa L3 önbelleğe bakar. Eğer burada da yoksa sırasıyla RAM ve sabit disk üzerindeki sanal hafıza üzerinde arar.

İşlemci Veri Arama Sırası :
İşlemci => Cache Bellek(Sırasıyla L1,L2,L3) => Ram (Rastgele Erişimli Bellek) => Hdd (Sabitdisk-Harddiks)

L1 ön bellek L2 ön bellekten daha hızlıdır.

Kontrol Birimi : 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.

İletim yolları (bus): Bu yollar işlemci ile bilgisayarın diğer birimleri arasındaki bağlantıyı sağlayan iletkenlerdir. Üç tip iletim yolu vardır.

1. Adres yolu (adress bus): İşlemcinin bilgi yazacağı veya okuyacağı her hafıza hücresinin ve çevre birimlerinin bir adresi vardır. İşlemci, bu adresleri bu birimlere ulaşmak için kullanır. Adresler, ikilik sayı gruplarından oluşur. Bir işlemcinin ulaşabileceği maksimum adres sayısı, adres yolundaki hat sayısı ile ilişkilidir.

               2^{Adres hattı sayısı} = Maksimum hafıza kapasitesi

      Örnek : Bir mikroişlemci 16 adres hattına sahipse adresleyebileceği maksimum hafıza kapasitesi,

2¹⁶= 65536 bayt = 64 KB olacaktır.

2. Veriyolu (data buses): İşlemci, hafıza elemanları ve çevresel birimleriyle çift yönlü veri akışını sağlar. Birbirine paralel iletken hat sayısı veri yolunun kaç bitlik olduğunu gösterir. Örneğin, iletken hat sayısı 64 olan veriyolu 64 bitliktir. Yüksek bit sayısına sahip veriyolları olması sistemin daha hızlı
   çalışması anlamına gelir.

3. Kontrol yolu (control buses): İşlemcinin diğer birimleri yönetmek ve eş zamanlamayı (senkronizasyon) sağlamak amacı ile kullandığı sinyallerin gönderildiği yoldur.

İşlemci Çalışması

İşlemler yapılırken sayısal (mantıksal 1 veya 0) mantık kullanılmaktadır. Yani iki sayıyı toplamak için ilk olarak sayıların ikilik değerleri (1001010 şeklinde) ele alınır ve bunun üzerine işlemler yapılarak sonuç elde edilir.

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(işlemci ön belleğine) aktarılır. 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.

Bir program RAM'e yüklendiğinde ve işlemci kendisinden istenileni gerçekleştirdiğinde buna program (yazılım) çalışıyor deriz.

RAM = Rasgele Erişimli Bellek = Sistem Belleği = Ana Bellek

İşlemcinin yaptığı işlemler sonucunda ürettiği veriler de işlemciden, RAM'e ve oradan da sabit diske alınarak sabit diskte tutulur.

İşlemci Çeşitleri

Nasıl ki dünyada birçok anakart üreticisi pek çok çeşitte üretim yapıyorsa ve pek çok firmadan oluşuyorsa işlemcilerde de aynı şey geçerlidir. İşlemci üreticileri de dünya üzerindeki kullanıcılar için birçok çeşit ve içeriğe sahip işlemciler üretmektedir.
AMD, CYRIX, INTEL, MOSTEK, MOTOROLA, NEXGEN, ZILOG işlemci üretimi yapan firmalardır. Bunlar içerisinde bilgisayarlarda en çok kullanılan işlemciler ise AMD ve INTEL dir.

Günümüzde ATX kasalarda veya netbooklarda kullanılan atom işlemciler de bulunmaktadır. Atom işlemciler diğer işlemcilerden farklı olarak daha düşük performansda çalışır. Atom işlemciler anakart üzerinde tümleşik olarak bulunurlar.

İşlemcinin anakartla iletişim kurmasını sağlayan, toplu iğneye benzeyen uçlara pin denir. Pin yerine farklı isimler de kullanılabilmektedir.

Pin = İğne = Bağlantı iğnesi = Bacak = Ayak

 

İşlemciler soket veya slot olmak üzere iki farklı tipte olabilir.

İşlemci Paketleri

İşlemcilerin farklı şekil, boyut ve harici özellikleri vardır. Bu özelliklere işlemcinin paketi denir.

Değişik paketlemeler kullanmaktadır. Bunlardan bir tanesi olan slot tipi paketleme (SEC=Single-Edge Cartridge)

Alt tarafında çeşitli sayıda pin bulunduran işlemci paketlemesine PGA (pin grid array) adı verilir. Paketteki ayak sayısına göre paketler isimlendirilir. Örneğin, 423 ayak Pentium 4 paketi ve 478 ayak Pentium 4 paketi. Bu paket yapısındaki işlemcilerin takıldıkları soketler ise soket 423 ve soket 478 olarak isimlendirilir. Üreticiler bunların dışında da farklı paketlemeler yapmaktadırlar. Farklı bir paketleme olan LGA paketinde işlemci ayaklarının yerini elektrik iletimini sağlayan iletim noktaları almıştır. Pin yerine iletim noktalarının kullanımı elektrik sinyallerinin iletim yolunu kısaltmış, böylelikle sinyal iletim hızı artmıştır.

 

SEC paketi	PGA paketi	LGA paketi

 

Anakarttaki sokete uygun işlemci seçilmelidir. Anakartta LGA soket varsa, işlemci de LGA soket işlemci olmalıdır. Başka bir örnek vermek gerekirse anakartta soket 939 varsa işlemci de 939 pinli işlemci olmalıdır.

Hız Aşımı (Overclock)

İşlemci hızını normal değerlerden sınır değerlere doğru artırmaktır. Sistem hızı (FSB), çarpan gibi değerlerde değişiklik yaparak hız arttırılabilinir.

● İşlemcinin ömrü azalır

● Aşırı derecede ısınır. Yeterli soğutulmazsa kilitlenmeler ve hatta yanmalar meydana gelebilir.

SOĞUTMA SİSTEMLERİ

Havayla Soğutma

• Soğutucunun üzerinde ısıyı dağıtmak için kullanılırlar
• Soğutucunun üzerine fan yerleştirilir
• Fanın dönüş hızı arttıkça soğutma oranı ve gürültü artar.
• Tozlandıklarında yavaş döner ve gürültü çıkarırlar. Bu sebeple belli aralıklarla temizlemeli ve yağlanmalıdırla

Suyla Soğutma

• İşlemci üzerindeki ısı suya aktarılır. Isınan su borularla radyatöre gelir. Radyatör önündeki fanlar radyatördeki suyu soğutur. Soğuyan su devir daim motoru sayesinde tekrar işlemciye gider.
• Suyun iletkenliği havadan 5 kat daha iyi olduğundan havalı sistemlerden daha iyidir. Ancak daha pahalıdır

 

Isıl Borulu Soğutma

İşlemcinin ısısı içinde özel bir kimyasal madde bulunan borulara aktarılır

İşlemcinin ısısı borular üzerindeki maddeyi buharlaştırır.

Buharlaşan ısı borunun üstüne doğru hareket eder ve yoğunlaşıp su olarak tekrar aşağı iner. 

 

 

 

 

Termal macun : İşlemci ve soğutucunun yüzeyleri dümdüz gibi gözükse de aslında gözle görülemeyecek düzeyde pürüzlere sahiptir. Bu iki yüzey arasındaki ısı alışverişini artırmak için termal macun geliştirilmiştir.

İşlemci Seçmi : İşlemci seçilirlen öncelikle Bilgisayarı hangi amaçla kullanacağım ? Ekonomik durumum nedir? Kullanacağım programlar hangi işlemciyi istiyor? Almayı düşündüğüm işlemci ile uyumlu ana kart hangisi? Sorularına yanıt aranmalı sorulara verilen yanıtlara uygun seçim yapılmalıdır.

Eğer performansı yüksek bir işlemci seçilecek ise uygun anakart ile birlikte FSB ve ön belleği yüksek, HT (hyper threading) ve çok çekirdekli işlemci tercih edilmelidir

İşlemci Hızı

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.

Sistem Hızı (FSB)	Çarpan	İşlemci Hızı
100 Mhz	18	1800 Mhz = 1.8 GHz
100 Mhz	30	3000 Mhz = 3.0 Ghz
133 Mhz	15	1995 Mhz ≅ 2.0 Ghz
133 Mhz	18	2394 Mhz ≅ 2.4 Ghz
200 Mhz	11	2200 Mhz = 2.2 Ghz

Örnek : Intel Core Duo T2500 667MHz FSB ve Saat Çarpanı 3 olan işlemcinin hızı kaçtır?

HIZ = Saat Çarpanı X FSB
Hız = 3 X 667MHz
2001 yani 2000 MHz => 2.0 GHz

Intel İşlemciler

1. Pentium Öncesi İşlemciler (8086, 8088, 80286, 80386, 80486, Pentium pro. Pentium mmx …)

2. Pentium I İşlemcisi

3. Pentium II İşlemcisi

4. Celeron İşlemcisi

5. Pentium III İşlemcisi

6. Pentium IV İşlemcisi Pentium III işlemcisinin ancak 1 GHz hız üretebilmesi yeni arayışları başlatmıştır.

7. Xeon Intel'in sunucu bilgisayarlar için ürettiği işlemci türüdür.

8. Pentium core duo (tek çekirdek sanal çift çekirdek)

9. Pentium core 2 duo (gerçek çift çekirdekli)

10. Quad (2 gerçek 4 sanal çekirdektir.) (Turbo boost yok.)

11. İ3 (2 gerçek 4 sanal çekirdektir.) (Turbo boost yok.)

12. İ5 (2 gerçek 4 sanal çekirdektir.(i5 750 gerçek 4 çekirdektir.) ) (Ht teknolojisi yok, 4 çekirdekli, diğerlerinden farkı 8Mb L3(smart cache) vardır. Turbo boost var)

13. İ7 (4 gerçek 8 sanal çekirdektir. ) (Ht teknoloji var, 4 çekirdeklidir 8 çekirdekli gibi çalışır. Diğer işlemcilerde olduğu gibi L1 ve L2 1Mb diğerlerinden farkı 8Mb L3(smart cache) vardır. Turbo boost var)

i serisi : Intelin en yeni mimarilerindendir. turbo boost adı verilen bir teknoloji kullanırlar.

Turbo boost : Basitçe tek çekirdeğe yüklenen (henüz işlemcilerin tüm çekirdeklerini kullanan yazılımlar çok değil) program, yazılım ve işlemlerde kullanılan çekirdeği overclock etmesi, diğer çekirdekleri askıya alıp kullanılan çekirdeği kastırmasıdır.

AMD İşlemciler

1. K5 İşlemcisi

2. K6 ve K7 İşlemcileri

3. Athlon XP İşlemcisi AMD' nin bu modeli 3.2 GHz hızlara kadar ulaşmıştır.

Centrino Teknolojisi

Intel'in dizüstü bilgisayarlar için geliştirdiği bir teknolojidir.

HT(hyper threading): Aynı işlemci çekirdeği üzerinde, birden fazla iş parçacığının çalışmasını sağlayan bir teknolojidir.

Ön bellek (Cache) :Çalışmakta olan programa ait komutların, verilerin geçici olarak saklandığı yüksek hızlı hafızalardır

Çok Çekirdekli Kavramı : Çok çekirdekli işlemcilerde, çekirdek diye bahsedilen aslında fiziksel manada işlemcinin kendisidir. Zar(die) içinde çok yakın bir zamana kadar sadece bir tane işlemci çekirdeği bulunuyordu. Ancak, mesela çift çekirdekli işlemcileri ele aldığımızda, bir zar içerisinde iki tane işlemci çekirdeği bulunduğunu görürüz. Çok çekirdekli işlemciler denildiği zaman mutlaka değinilmesi gereken çeşitli kavramlar vardır:

• İple Bağlama(Threading): Aynı anda birden fazla iş parçacığını işleme sokabilmektir.

• Çoklu İşleme(Multi Processing): Threading ve çekirdekler ile yapılan çoklu işlemlerin tümüdür.

• Çoklu Görevlendirme(Multi Tasking): Birden fazla programın aynı anda çalıştırılmasını sağlar.

Günümüzdeki AMD İşlemcilerden Birkaçı		Günümüzdeki İntel İşlemcilerden Birkaçı
AMD A64 II X2 Dual Core 250 3.0 Ghz 2mb 938p - AM3		INTEL Core 2 Duo E7500 2.93 Ghz, FSB1066, 3 mb L2
AMD A64 II X2 Dual Core 260 3.2 Ghz 2mb 938p - AM3		INTEL Pentium Dual Core E6800 3.33 Ghz,FSB1066,2mb
AMD PHENOM II X4 955 (3.2 GHz) 8MB AM3 B.E.		INTEL Core i3-540 3.06 Ghz 4mb 32nm 1156pin
AMD ATHLON II X3 Triple Core 455 3.3Ghz 1.5mb AM3		INTEL Core i7-2600 3.4 Ghz 8mb 32nm 1155 pin

 Uygun Ana kartı Seçmek

Ana kartların işlemciyle uyumlu olması gerekir. Son yıllarda piyasada Intel ve AMD işlemcilerin baskın olmasından dolayı birçok bilgisayar firması ana kartlarını AMD uyumlu ana kartlar/Intel uyumlu ana kartlar olarak sınıflandırmaktadır. Ana kartın kitapçığında ana kartla ilgili teknik bilgiler yer alır. Genellikle ana kart satın aldığınızda ana kartla birlikte ana kart kitapçığı da size verilir.

Her ana kart belirli sayıda işlemciye destek verir. Ana kart üreticileri kitapçıklarında ana kartın hangi işlemciyi desteklediğini tablo şeklinde gösterirler. Bir işlemci satın almayı düşündüğünüzde o işlemcinin takılabileceği soket yapısına sahip ana kart seçilmelidir. Örneğin, Pentium 4'ün soket 423, soket 478, soket 775 soketlerine takılabilecek paketlemeleri vardır. Hangi Pentium 4 paketlemesini seçtiyseniz ona uygun soketi bulunduran ana kartı seçmelisiniz.

Soket 775 işlemciyi seçtiyseniz soket 775'e sahip ana kartı seçmelisiniz.

CPU	Socket 939 for AMD AthlonTM 64FX/Athlon TM 64 X2/Athlon TM 64 precessors

Tablo 1.4:Bir ana kart kitapçığında belirtilen desteklenen marka/ model / soket bilgileri

CPU	Support Socket 370 Processors : 500 Mhz -1 Ghz and faster 370 pins 66/100/133 Mhz socket on board Intel Pentium® !!! 100/133 Mhz FSB, FC-PGA Intel Celeron™ 66 Mhz FSB, PPGA/FC-PGA VIA Cyrix® III 100/133 Mhz FSB, PPGA

Tablo 1.5: Diğer bir ana kart kitapçığında belirtilen desteklenen marka/ model / soket bilgileri

 

Yukarıdaki tabloya baktığınızda anakartın soket 370'e sahip olduğu görülmektedir. Bu anakart soket 370 paketlemesine sahip Pentium, Celeron, Cyrix işlemcileri uygundur.