İşlemci Nedir?

İşlemci Nedir?
 “İşlemcinin görevi nedir?” diye sorulduğunda birçok kişi net bir cevap veremese de  işlemciyi bilgisayarın karar verebilen tek parçası olarak tanımlayabiliriz. Bu tanımlama,  işlemcinin önemini göstermektedir. Bugün piyasada çeşitli işlemciler bulunmaktadır.  Eğer işlemcinin bilgisayardaki görevini tam olarak bilemezseniz, bilgisayar donanımda doğru seçim yapamazsınız. İşlemciyi anlamanız sizi, bilinçli bir tüketici hâline getirecektir..... 

İŞLEMCİ NEDİR? 
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 kadar basit (örneğin 2+2 gibi) ya da çok daha karmaşık (bu değeri al ve ses kartına yolla ki böylelikle hoparlörden müzik dinlenebilsin) seviyelerde olabilir. Aslında işlemciler, sadece bilgisayarlarda bulunan bir donanım değildir. Tüm elektronik sistemlerde işlemciler bulunur. Örneğin, cep telefonları, televizyonlar vb.  
Günlük kullanımda işlemci yerine mikroişlemci, CPU (Central Processing Unit ), MİB  (Merkezî İşlem Birimi) isimini de sıklıkla kullanırız.  
İşlemciler, klavyeden girilen tuşun ifade ettiği karakteri aynen ekranda gösterme şeklinde bir işlem yaptığı gibi;  aldığı verileri değerlendirip yeni veriler de üretebilir. Örneğin, hesap makinesinin işlemcisi, girilen rakamlar üzerinde istenilen işlemi uygulayarak yeni sonucu ekranda gösterir. İşlemciler, bilgisayarda yönetici konumunda çalışır. İnsan beyninin tüm vücut organlarını sinir sistemi vasıtasıyla yönetmesi gibi işlemciler de kontrol sinyalleriyle sisteme bağlı tüm birimlerin çalışmasını düzenler ve yönetir.  

1971 yılında Intel firması, binlerce transistörü silikon çip üzerine yerleştirip işlemcinin boyutlarını küçültmesiyle birlikte daha önce sadece büyük şirketler ve üniversitelerin kullanabildiği bilgisayarlar iyice küçülmüş ve evlere girmeye başlamıştır. Günümüzde mikroişlemciler, milyarlarca transistörden oluşmaktadır. Elektrik sinyalleri bu transistörler üzerinden akar. Bilgisayarın yaptığı toplama, çıkarma, çarpma ve bölme gibi işlemler bu sinyaller vasıtasıyla gerçekleşir. Devrede elektrik sinyalinin olması “1”, elektrik sinyalinin olmaması “0” ile ifade edilir. İşlemci bu işlemleri en basit sayma sistemi olan ikilik düzen yani 0 ve 1 sayılarını kullanarak yapar. Komut, işlem, veri, vb. kavramların ikili sayı sistemi ile ifadesine, makine dili (makine kodu) denir. Mesela “A” harfi ikilik sistemde “01000001” ile ifade edilebildiği gibi mavi gibi bir renk de ikilik tabandaki sayı gruplarıyla ifade edilir. Aynı şekilde bir ses veya görüntü kaydı da yine buna benzer ikilik sayı grupları ile ifade edilir. Bu “0” veya “1”in bilgisayarda kapladıkları alana bit adı verilir. Bu sayı grupları üzerinde işlem yapmak için işlemci içerisinde komut listesi  (komut seti = instruction set) mevcuttur. Bu komutlar, işlemcinin sorumlu olduğu tüm matematiksel ve mantıksal işlemleri gerçekleştirir. İşlemci, her saniyede milyonlarca, hatta milyarlarca komutu işleyebilir.

İŞLEMCİNİN YAPISI 

Üreticiler, farklı işlemci mimarilerine göre işlemci üretirler. İşlemci mimarisi; işlemcinin işlemleri gerçekleştirme yöntemi, teknolojisi ve tasarımını ifade eder. Ortak mimariye sahip olan işlemciler aynı komutları tanımakta ve aynı yazılımları çalıştırabilmektedirler. Her işlemci temel bazı birimleri içinde barındırır. İşlemcilerin gelişim sürecinde bu birimlerin özellikleri artırılmıştır. Genel bir işlemci yapısı aşağıdaki Şekil 6,2’deki gibi gösterilebilir.  

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

 ALU (Aritmetik Lojik Unit / Aritmetik Mantık Birimi): İşlemci tarafından gerçekleştirilecek matematiksel ve mantıksal işlemlerin yapıldığı bölümdür. 

Mikroişlemciler  

Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi  4  

İlk grafik tabanli işletim sistemi olan Windows 95’in piyasaya verildiği 1995 yılından günümüze kadar geçen sürede mikroişlemci hızları 50 MHz’den 3 GHz seviyesinin üzerine çıkmıştır. Yani 60 kat daha hızlı çalışan mikroişlemciler üretilmiştir.     

 Ön Bellek (Cache): Sistem belleğinden gelen veriler, çoğunlukla CPU’nun hızına yetişemezler. Bu problemi çözmek için CPU içinde yüksek hızlı hafızalar bulunur. 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. İşlemci, ihtiyaç duyduğu komutu ilk önce L1 ön bellekte (L1 ön bellek L2 ön bellekten daha hızlıdır.) arar. Eğer işlemcinin aradığı komut burada yoksa L2 önbelleğe bakar. Eğer burada da yoksa sırasıyla RAM ve sabit disk üzerindeki sanal hafıza üzerinde arar. Ön belleklerin kimisi işlemci ile aynı hızda çalışır.  

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.  

 İşlemci Hızı : Günümüzde  kişisel  bilgisayarlarda  (PC=Personel  Computer)  kullanılan  tüm donanımlar 20 yıl öncesine göre çok daha hızlıdır. Ama her donanımın hızı eşit ölçüde artmamıştır. En büyük hız gelişimi, işlemcilerde gerçekleşmiştir. 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) 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. Örneğin, bir ses kartı sistem hızının 1/3’ü ya da 1/4’üne denk gelen 33 Mhz’de veri alışverişinde bulunur. Modern bir işlemci, sistem hızının çarpanları kadar hızlı çalışır. Örneğin, 100 Mhz sistem hızına sahip bir sistemde 1.8 Ghz hızında çalışan bir işlemci, 18 çarpanını kullanıyor demektir

işlemci hız hesaplama tablosu

Üreticiler, sürekli olarak daha hızlı işlemcileri piyasaya sürerken eski modellerinin üretimini durdururlar.  Her işlemcinin üzerine üretici tarafından belirlenmiş,  işlemcinin kararlı bir şekilde çalışabileceği hız yazılır. 

 Üreticiler, işlemci hızını artırmak için çeşitli yollar izlemişlerdir. Birincisi, bir tek işlemci modeli üretiminde uğraşarak hızını artırmışlardır. İkincisi, işlemcinin fiziksel boyutunu küçültüp, işlemciyi çalıştırabilmek için gereken voltaj miktarını, dolayısıyla da işlemci ısısını azaltmışlardır. İşlemciden çıkan ısıyı azaltmanın verdiği avantajla da aşırı ısınmadan korkmaksızın işlemcinin çekirdek hızını yükseltmişlerdir. Sonuç olarak ortaya çıkan yüksek hız, oyun severler başta olmak üzere herkesi mutlu etmektedir. İşlemcin tek başına hızlı olması sadece işlemci içi işlemlerde etkilidir. İşlemcinin kendi içinde çalışma hızı, çevre birimleri ve iletişim hatlarına göre çok hızlıdır. İşlemci çevre birimleri ile iletişim kurarken onların hızlarına uymak zorundadır. Bir işlemci sisteminin hızlı olabilmesi için işlemci dışındaki diğer birimlerin de hızlı olması gerektiği unutulmamalıdır.