İşlemci Nedir?
CPU ingilizce olarak Central Processing Unit veya Merkezi İşlem Birimi olarak adlandırılına ve kısaca yukarıda bahsettiğimiz ve daha birçok işlemi yapan ve sistemlerin çalışmasını sağlayan bir ünite olarak adlandırılabilir. Saniyede yaptığı işlem sayısında göre bir hız birimi atanarak işlemcilerin kapasiteleri ve çalışma hızları belirlenmektedir. İşlemcinin çalışma hızları tamamen tasarım ve üretim teknolojisine bağlı olarak değişmekle birlikte yeni nesil işlemcilerde dışarıdan yapılan müdahalelerle (overclock) hız arttırımları söz konusu olmaktadır. İşlemcilerde hız birimi HZ, MHZ ve GHZ olarak adlandırılan birimle ifade edilmektedir. Bazı özel işlemcilerde ise bu birimin yerini Flop adı verilen bir birim almaktadır.
İşlemci Nasıl Çalışır?
İşlemci kendi içinde bir mimariye sahip olup işlemlerin yapılabilmesi için birçok ünitesi bulunmaktadır. İşlemler yapılırken Logic (mantıksal 1 veya 0) mantığı ile yapılmaktadır. Yani iki sayıyı toplamak için ilk olarak sayıların ikilik değerleri (1001010 şeklinde) ele alınır ve bunun üzerine işlemler yapılarak sonuç elde edilir. Veya bir film izlerken ekrandaki görüntünün oluşması için hafızada bulunana ikilik değerler birleştirilerek görüntüler oluşur. İşlemciler hafızalarında bulunana komutlarla dışarıdan gelen uyarılar eşliğinde işlemleri yapmaktadırlar. İşlemcini hafızasında bulunan komutlara o işlemcinin komut seti denilebilir.
Normalde bilgisayarımızda veya başka kompleks
ürünlerde sadece bir tane işlemcinin olduğunu
düşünürüz oysaki detaylıca inceleyecek olursak
Bilgisayarımızda;
- Ekran Kartı:
İkilik sistemdeki verileri görüntüye dönüştürmek
ve görüntüledeki bozukluklar ile yuvarlamalar,
gölgelendirmelere, hareketlendirmeler ve diğer
bütün efektlerin gerçekleştirilmesi için bir
işlemci bulunmaktadır.
- Ses Kartı:
Sistemdeki verileri ikilik
sistemden alarak özel bir işleme sayesinden
duyabileceğimiz şekle getiren, dolby, stereo,
çok kanallı gibi özel ifadelerle belirtilen
efektlerin oluşması için merkezi bir işlem
ünitesine sahiptir.
- Tv Kartı:
Yine yayından aldığı verileri ikilik sisteme
dönüştürerek işlemci üstünden ekran kartına
aktarılmasını sağlayan merkezi bir işlem
birimine sahiptir.
Bu örneklerin sayısı sürekli arttırılabilir yani anlıacağımız yapılan her şey için bir işlemci biriminin gerekli olduğudur. Ve işlemcilerin ne işe yaradığı yukarıdaki örneklerdede daha iyi oalrak anlaşılmıştır.
İşlemci Üniteleri Nelerdir?
İşlemcinin iç yapısına biraz bakacak olursak çeşitli ünitelerden teşkil edildiği gözükmektedir. Öncelikle kendi içinde bir belleğe sahiptir bu bellekte hafızasında bulunan komutlar (komut seti) ve işlem sırasında geçici bilgilerin saklanması için boş hafıza kısımları bulunmaktadır. Üniteleri biraz daha geniş açacak olursak.
- Data Yolları:
İşlemcinin içindeki bölümleri birbirine bağlayan
ve bilgi akışının olduğu kısımlar olarak
nitelendirebiliriz. Yeni nesil işlemcilerde data
yolları çok daha büyük yapılarak (32 Bit, 64
Bit, 128 Bit) büyük verileri daha kısa sürede
işlemeye olanak sağlamaktadırlar. Örnek olarak
64 bitlik veri yoluna sahip bir işlemcide tek
döngüde 64 bit uzunluktaki bir veri bir yerden
bir yere aktarılabilir.
- Cache (Ön
Bellekler): Normal olarak
işlemci işlemleri gerçekleştirirken bir yerdeki
bilgiyi alıp bir kısmını işeldikten sonra
bilgilerin o anda tutulacağı ram adını verdiğmiz
yerlere gönderir fakat işlemlerdevam ederken
önceden ram e atmış olduğu bilgilerden
bazılarına gereksinim duyabilir. Fakat işlemci
ile ram arasındaki veri transferi işlemcinin
kendi içindeki ram bölümündeki beri
transferinden çok daha uzundur. Bu nedenle bu
tarz gereksinimleri karşılamak için işlemciler
dahili bir ram bellek ile (cache - ön bellek)
üretilmektedirler. Öneli bilgiler ram bölümüne
gönderilirken cache kısmındada saklanmaktadır ve
bir işlem sırasında gereksinim duyulduğunda bu
kısımda bilgiler alınmakta veya bu kısma
aktarılmaktadır.
- ALU:
(Aritmetic Logic Unit - Matematiksel Mantık
Birimi) olarak ta adlandırılabile bu bölüm ise
işlemci içindeki işlemci oalrak
nitelendirilebilir. İşlemci içinde 2 lik
sistemde işlemlerin yapıldığı bölümdür ve tüm
işlemler aslında toplama, çıkarma, çarpma, bölme
gibi işlemlerin türevi olduğundan komut setleri
ile gelen işlemler burdan gerekli şekilde
işlenerek çıkartlılmaktadır.
İşlemcinin İç Yapısı Nasıldır ve Nasıl Tasarlanır?
İşlemciler aslında transistör adını
veridiğimiz yarı iletken elemanların
birleştirilmesi ile oluşmaktadır. Başlarda 100
-200 transistör birleştirilerek yapılan
işlemciler, teknolojinin gelişmesi ise 1 Milyar
ve daha fazla transistör birleştirilerek
yapılabilir hale geldi. Aşağıdaki resimde
yüzlerce milyon transistöre sahip bir işlemcinin
yapısını görmektesiniz.
Yukarıdaki resimde aslında yüzmilyonlarca transistör bulunmatadır. Bunlar küçültülerek monte edildikleri için çok fazla sayıda transistör silicon wafer (silikon yüzey) adını verdiğimiz bu küçük yüzey üzerine sığdırılabilmektedirler. İşlemciler tasarlanırken birçok aşamadan geçmektedirler. Tasarım fabrikalarında 200 e yakın ayrı band dan geçerek üretimleri sonlanmaktadır. Öncelikle transistörlerin monte edilecekler pürüzsüz silikon yüzeyler oluşturulmakta ve elektronik departmanlarda hazırlanan transistör yerleşim planı ve bağlantı şekiller birçok aşamadan geçerek son halini almaktadır. Transistörlerin bulunduğu alanlar mor ötesi (ultraviyole) ışıklarla aşındırılarak negatif ve pozitif malzemeler eklenerek doldurulmakta ve transistörler oluşturulmaktadır.
Transistörler arasındaki bağlantılar ise yine aşındırma yönteminden sonra aliminyum zerrecikler yardımıyla birleştirilmektedir. Fakat günümüz teknolojisinde artık bu şekilde birleştirilmelerin yapılamıyacağı küçüklüklere inildiği için yakın gelecekte karbon bağlantı yöntemi kullanılacaktır. Bu yöntemle enerjinin taşınmasını sağlayan elektronilar karbon yolalr üzerinden akacaktır. bunun haricinde silikon yüzey üzerindeki bağlantıları dışarı ile bağlamak için bir ara yol bölümüm birde iç yapıyı dış etkenlerden koruma için kılıf montajı yapılmaktadır. Silikon yüzeydeki bağlantıları, dışarı taşıyan bağlantılara bağlamak için altın kaynak teknolojisi kullanılmaktadır.
Günümüzde belli başlı işlemci üreticileri bulunmaktadır. Bunların en başında glenler Intel, AMD, Via, Nvidia, Ati, IBM ve daha saymadığımız birçok firma gelmektedir. Bu şifrekteler sürekli olarak ürünlerini güçlendirerek piyasa sunmaktadırlar. Yeni nesil işlemcilerde sıkcalıkta çok önemli bir faktördür, işlemci sıcaklıkları ile ilgili problemlerin artmasından dolayı firmalara bununla ilgili oalrak yapısal mimari değişim çalışmalarına gitmişlerdir. İşlemcilerin tarihi gelişimi ve performans bilgileri ile ilgili makaleler bu bölüm altında sürekli olarak yayınlanacaktır.