CPU (işlemci)


Bir bilgisayarın en önemli parçası işlemcidir. Kısaca CPU (Central Processing Unit / Merkezi İşlem Birimi) olarak anılan işlemciler adından da anlaşılacağı üzere bir bilgisayardaki işlemleri yürüten ve sonuçları gerekli yerlere gönderen elemandır. Bugünün mikroişlemcileri bilgisayarınızın beyinidir. İçindeki ince silikon yonga (chip) milyonlarca anahtar ve bağlantı iletkenleri bilgisayarınızın önemli kararlar almasını sağlayan ve bu işlemleri çok hızlı bir şekilde yapan elemandır.

Mikroişlemciler açma kapama anahtarı gibi çalışan milyonlarca transistörden oluşmaktadır. Bu anahtarların programlanma durumuna göre elektrik sinyalleri bunların üzerinden akar. Bu sinyaller bilgisayarın yaptığı tüm işleri toplama çıkarma çarpma ve bölme gibi temel matematiksel işlemlere indirir. İşlemci de bu işlemleri en basit sayma sistemi olan ikilik (binary) düzen yani sadece 0 ve 1 sayılarını kullanarak yapar.

Mikroişlemciler her türlü işi ikilik sayma sistemine dökmüştür. Mesela “Y” harfi ikilik sistemde “1011001″ ile ifade edilebildiği gibi kırmızı gibi bir renk de bunun gibi ikilik tabandaki üç ayrı sayı grubu ile ifade edilir. Aynı şekilde bir ses veya görüntü kaydı da yine buna benzer ikilik sayı grupları ile ifade edilirler.

Bu sayı grupları üzerinde işlem yapmak için işlemci içerisinde bir takım komut listesinden ibaret bir program mevcuttur. Bu komutlar işlemciye iki sayının çıkarılmasıtoplanması yönünde emir verebildiği gibi klavyeden girilen tercihlere göre bir takım komut satırını atlayıp (şartlı dallanma – conditional branch) diğer komut satırlarını yürütmeye devam edebilir.

Birimler

İşlemci üzerinde komutları icra etme işini uygulama birimi (execution unit) ya da fonksiyon birimi (function unit) adı verilen üniteler gerçekleştirir. Modern işlemcilerde değişik komut türlerini işletmek üzere birden fazla fonksiyon birimi bulunur. Çoğunlukla aritmetik/mantıksal birim (arithmetic/logic unit) olarak da anılan tamsayı (integer) birimleri tam sayılar ile ilgili işlemleri yapar. Kayan nokta birimi (FPU-Floating Point Unit~Matemetik İşlem Birimi) ise ondalıklı sayılarla ilgili işlemleri yapar. Bir mikroişlemcide ne kadar fazla fonksiyon birimi varsa aynı anda çalışabilecek komut sayısı da o kadar artar.

Register seti

Registerler işlem anında bir program tarafından kullanılmakta olan sayıların saklandığı geçici hafıza hücreleridir.

Pipelining

Pipelining tıpkı bir fabrikadaki seri üretim bandı gibi çalışır. Bir fonksiyon birimi her komutun işletilmesini aşamalarına ayırır. Basit bir pipeline?de beş ya da altı aşama olabilir. Bir superpipeline?da ise 10 ya da daha fazla aşama olabilir. Böyle bir pipeline?dan aynı anda birkaç komut birden akabilir. Her komut da ayrı bir aşamada işlem görmekte olabilir. Superscalar bir işlemcide her birisinin kendisine ait pipeline?ı olan iki ya da daha fazla fonksiyon birimi yer alabilir. Böyle bir işlemci birkaç komutu birden paralel olarak işletebilir.

Cache

Cache çalışmakta olan bir programa ait komutların geçici olarak saklandığı bir hafızadır. Cache bellekler işlemcinin komutları daha hızlı yüklemesini sağlayan yüksek hızlı hafızalardır. Cache bellekler Level 1 (L1) Level 2 (L2) ve Level 3 (L1) olmak üzere üçe ayrılırlar.


şlemci bilgisayarın beyni niteligindeki en önemli bileşendir. Diger aygıtlardangelen verileri matematiksel işlemler yardımı ile işler sonuca ulaşır ve sonucu gerekli yerlere gönderir. Çalisabildikleri maksimum saat hizlari yani frekanslari sınıflandırılmalarına yardımcı en önemli kriterdir. Çalıştıklarında çok ısınırlar dolayisiyla üzerlerine sogutucu ve fanlar yerleştirilir.

Görevi
Örnek olarak 2 ve 3 ü topla sonucu bana ilet komutu verildiginde işlemci hemen aritmetikmerkezini devreye sokar islemi gerçekleştirir ve sonucu bize iletir. Benzer şekilde özel bir yöntemle kodlanmış MP3 dosyalarını açar işler ve gerekli veriyi ses kartına iletir. Kısacası hesaplaması veya karar verilmesi gereken her seyde işlemci devreye girer Hesaplama işlemlerinde aritmetik karar verilmesi gereken işlemlerde de mantik ünitesi devreye girer. İşlemcilerin yapısı hiç bir mekanik parçası olmayan tamamen devreler ve transistörlerden olusur. İçlerinde milyonlarca transistor bulunur ve bu transistorlerin sayısı ne kadar fazla olursa işlemci o kadar hızlı olur. İşlemcilerin hızları MHZ (MegaHertz) cinsinden ölçülür. Dogal olarak bu sayı ne kadar yüksek olursa hızı da o kadar yüksek olur.

İşlemci Üniteleri
Esasen mikro işlemciler açma kapama dügmeleri gibi çalışan milyonlarca transistörden oluşur. Elektrik sinyalleri yazılmış bir program önderliginde mikro işlemcide degişik sinyallere dönüştürülmektedirler. Bu işlemler Binary düzeyinde temel matematiksel işlemlerle yapılır. Bunlara Bit denir. CPU bu Bitler üzerinde işlem yapabilmek için temel bir yazılıma ihtiyaç duyar ki bu söz konusu temel yazılım miko işlemcinin çalişması için gereklidir. Bu yazılım veya program bir komut listesinden ibarettir ve işlemcinin içindedir. Bu komutlar duruma göre toplama işlemini yapabilir veya Conditional Branch ile cevap verebilir. Komutları yerine getirme işini ise işlemci içinde bulunan uygulama ünitesi (Execution Unit) veya fonksiyon ünitesi (Function Unit) saglar. Modern işlemcilerde degişik komutların işlenmesi amacıyla birden fazla fonksiyon ünitesi bulunmaktadır. Bundan başka işlemci içinde tamsayı (Integer) işlemlerini yapan aritmetik/mantıksal ünitesi (Arithmetic /Logic Unit) ve küsuratli sayı işlemlerini yapan kayan nokta ünitesi (FPU-Floating Point Unit) bulunmaktadır. Bir işlemcideki fonksiyon ünitesi ne kadar çoksa çalıştırılabilecek komut sayisi da o kadar çoktur.

Overclock İşlemi
İşlemciler fabrikada belirli hız ararlıklarında üretilirler. Mesela bir işlemci fabrikada 200-400 MHZ hızı arasında üretilmiştir. Son kullanıcıya yani bizlere işlemci 200 MHZ hızında gelir. Fakat overclock sayesinde işlemcinin destekledigi maksimum hıza ulaşılabilir. Overclock işlemi işlemci üzerindeki ve anakart üzerindeki jumperlardan ayarlanır. Bu sayede bir işlemci kendi hızının iki katına çıkılabilmektedir. Ama overclock işlemi bilinçsizce yapıldıgı takdirde işlemci ve anakartın yanma riski çok yüksektir. Sadece profesyonel kullanıcılar tarafından yapılmalıdır. Artı overclock işlemi işlemcinin daha hızlıçalışmasını dolayısıyla daha çok ısınmasını sağlar ve gerekli sogutma işlemleri yapılmayıp işlemciye daha güçlü bir fan takılmazsa bilgisayar çok sik kilitlenir. Bu ve bunun gibi durumlarda işlemcinin yanma olasılıgı çok yüksektir. Overclock işlemi çogu kişi tarafından yadırganır.

Yapısı
3-4 santimetrekare büyüklügünde bir silikon tabaka içinde milyonlarca transistörden oluşurlar. İşlemcilerin olusturulmasını sağlayan sistem mikron teknolojisidir. Bu teknoloji sayesinde bir kaç santimetrekarelik bir alana milyonlarca transistor sıgdırabilmek mümkündür. İşlemcileri anakarta takabilmek için özel yuvalara gerek vardır. Örnegin Pentium 2 model işlemciler ancak slot uyumlu anakartlara ve Celeron model işlemciler de Soket uyumlu anakartlara takılabilirler. Slot yuvalar düz ve 4-5 cm uzunlugunda slottur. Soket ise 3-4 santimetrekare büyüklügünde bir yuvadır. Örnegin yanda gördügünüz bir Pentium 3 450 MHZ işlemcidir ve ancak slot uyumlu anakartlara takılabilir. Üstte gördügünüz işlemci ise soket uyumlu bir işlemci olup soket uyumlu anakartlara takilabilirler. Günümüz işlemcileri 100 133 333 MHZ ve daha fazla veriyolu hızında (Veriyi iletme hızı) çalışabilmektedir. Bu hız degeri ne kadar yüksek olursa işlemci de o kadar fazla veri iletebilir. Ancak yukarıda da belirttigim gibi hızı belirleyen asil faktör frekanstır. Veriyolu hızı frekansın yanında pek fazla bir şey ifade etmemektedir.

Önbellekler (Cache)
Bütün işlemciler bir ön bellege sahiptirler. Bunlar birincil (L1) ve ikincil (L2) olmak üzere ikiye ayrılırlar. Bu tür belleklere Cache de denir ve 32 KB ile 512 KB (Kilobyte) arasında degişirler. Önceden yapılmış olan ve yapılmakta olan işlerin bu belleklerde geçici olarak tutulmasını sağlarlar. Bu sayede cache bellekte utulan bu verilere daha hızlı erişim saglanmış olunur.

Hyper Threading
Hyper Threading teknolojisini bir fiziksel şslemcide 2 mantıksal işlemci olarak tanımlamak mümkündür. Intel’in sunucu sistemlerinde kullandıgı ve daha sonra Pentium 4 işlemcilerle masaüstü sistemlere adapte ettigi bu teknolojide birbirini etkilemeyen iki farklı iş farklı mantıksal işlemcilerde yapılarak performans artısı elde edilir.