1 CPU Tanımı 3 Mikroişlemciler Özet: “CPU Nedir? CPU Ne Anlamına gelir? Anlamı” başlıklı yazımızda CPU nedir, CPU ne anlamına gelir, CPU...
1 CPU Tanımı
3 Mikroişlemciler
Özet: “CPU Nedir? CPU Ne Anlamına gelir? Anlamı” başlıklı yazımızda CPU nedir, CPU ne anlamına gelir, CPU kelimesinin tanımı, CPU zamanı, CPU performansı, mikroişlemciler benzer biçimde CPU hakkında ayrıntılı detayları göreceksiniz.
Özet: “CPU Nedir? CPU Ne Anlamına gelir? Anlamı” başlıklı yazımızda CPU nedir, CPU ne anlamına gelir, CPU kelimesinin tanımı, CPU zamanı, CPU performansı, mikroişlemciler benzer biçimde CPU hakkında ayrıntılı detayları göreceksiniz.
Özet: “CPU Nedir? CPU Ne Anlamına gelir? Anlamı” başlıklı yazımızda CPU nedir, CPU ne anlamına gelir, CPU kelimesinin tanımı, CPU zamanı, CPU performansı, mikroişlemciler benzer biçimde CPU hakkında ayrıntılı detayları göreceksiniz.
CPU Tanımı
Merkezi işlem birimi (MİB ya da CPU) bir bilgisayarın en mühim parçasıdır. Çalıştırılmakta olan yazılımın içinde bulunan komutları işler. İşlemci terimi genel anlamda MİB için kullanılır. Mikroişlemci ise tek bir yonga içine yerleştirilmiş bir MİB’dir. Genel anlamda, günümüzde MİB’ler mikroişlemci şeklindedir.
Merkezi işlem birimi (MİB) [ing. Central Process Unit (CPU)], ya da basitçe işlemci, dijital bilgisayarların veri işleyen ve yazılım komutlarını gerçekleştiren bölümüdür. İşlemciler, ana depolama ve giriş/çıkış işlemleri ile beraber bilgisayarların en lüzumlu parçaları içinde yer alır. Mikroişlemciler ise tek biryonga içine yerleştirilirmiş bir merkezi işlem birimidir. 1970’lerin ortasından itibaren gelişen mikroişlemciler ve bunların kullanımı, günümüzde MİB teriminin genel olarak mikroişlemciler yerine de kullanılması sonucunu doğurmuştur.
Merkezi işlem birimi aritmetik ve mantıksal işlem yapma kabiliyetine haizdir. Giriş ve çıkış birimleri içinde verilen yazılım ile uygun emek harcamayı sağlar. MİB makine dili denilen az seviyeli kodlama sistemi ile çalışır; bu kodlama sistemi bilgisayarın algılayabileceği işlem kodlarından oluşur. Bir mikroişlemcinin algılayabileceği kodların tamamına o işlemcinin komut kümesi denir.
Merkezi işlem birimi aritmetik ve mantıksal işlemleri Aritmetik Mantık Birimi (AMB) vasıtasıyla yapar. Bunun haricinde virgüllü sayılarla daha rahat hesap yapabilmesi için bir Kayan Nokta işlem birimi (FPU) vardır. Mikroişlemcinin içinde bulunan minik veri gizleme alanlarına yazmaç denir.
İlk Merkezi İşlem Birim’leri (MİB) daha büyük,kimi zaman türünün tek örneği bilgisayarlar için hususi olarak tasarlanmışlardı.Ama, belli başlı bir uygulama için hususi MİB tasarımının pahalı olması, bir ya da pek çok gaye için meydana getirilen kitlesel olarak üretilmiş işlemcilerin gelişmesine yol açtı.Bu standartlaşma eğilimi ayrık transistörlü ana sistemler ve mini bilgisayarlar döneminde başladıve entegre devrelerin (ED) popülerleşmesiyle giderek hız kazanmıştır.ED giderek daha karmaşık ve nanometre ile ölçülebilecek MİB’lerin tasarlanmasına ve üretilmesine olanak verdi.MİB’lerin küçülmesi ve standartlaşması, çağdaş hayatta dijital cihazların varlığını ilk bilgisayar örneklerinin sınırı olan uygulamalarının çok ötesinde arttırdı.Çağdaş mikroişlemciler otomobillerden, cep telefonlarına ve oyuncaklara, her yerde görünmeye başladı..
CPU’nun Zamanı
İlk işlemciler belirgin işlemler için hususi üretilen ve büyük olan parçalardı. Daha sonraları ise maliyeti devasa yükseklikte olan bu üretim şeklinin yerini, gelişen teknoloji ile daha küçük olan ve tek işlev yerine çok işleve haiz olan üretimler almıştır. Bu devrin başlaması, transistörlerin ve minibilgisayarların ortaya çıkışına dayanmaktadır ve tümleşik devrelerin yayılmasıyla da hız kazanmıştır. Tümleşik devreler, işlemcilerin daha karmaşa olarak tasarlanabilmesine ve bunların çok az yer kaplayacak şekilde (milimetreler cinsinden) üretilmesine olanak elde etmiştir. Böylece işlemciler çağdaş hayatta pek çok yerde kullanılmaya başlanmıştır (otomobiller, cep telefonları vs.).
Günümüz işlemcilerine benzerliklerin başlamasından ilkin, ENIAC ve benzeri bilgisayarların belirgin işleri gerçekleştirebilmesi için bağlantılarının fizyolojik olarak değiştirilmesi gerekiyordu. MİB kelimesi genel olarak yazılım (bilgisayar programı) uygulama aracı olarak tanımlandığından, gerçek mealde MİB’lerin oluşumu kayıtlı-program bilgisayarların gelişmiyle ortaya çıkmıştır.
Kayıtlı-program bilgisayar fikri ENIAC tasarımı esnasında mevcut olmasına karşın, bu düşünce makinanın erken bitirilebilmesi için rafa kaldırılmıştı. 30 Haziran 1945’te, ENIAC hemen hemen tamamlanmadan, matematikçi John von Neumann EDVAC proje raporunun ilk taslağını yayımladı. Bu taslakta kayıtlı-program bilgisayarının ama Ağustos 1949’da tamamlanabileceği gösteriliyordu. EDVAC, belirgin sayıda operasyonları gerçekleştirecek şekilde tasarlanmıştı. EDVAC için yazılan programlar, kabloların fizyolojik olarak değiştirilmeyi gerektiren bir ortamda değildir, süratli bir bilgisayar belleğinde kayıtlı tutuluyordu. Bu özelliğiyle de ENIAC’ın engellemelerinin üstesinden gelip, zamandan ve zahmet açısından tutum sağlıyordu. Her ne kadar von Neumann kayıtlı-program bilgisayar fikrini ortaya koyan şahıs olarak gösterilsede ondan ilkin de (mesela Konrad Zuse’nin) benzer fikirler vardı. Ayriyetten, EDVAC’tan ilkin tamamlanan Harvard Mak I’nın Harvard mimarisi, elektronik hafıza yerine delikli kâğıt şerit kullanarak kayıtlı-program dizaynı gerçekleştirmişti. Günümüzde ise çağdaş MİB’lEr temel olarak von Neumann tasarımı olsa da, Harvard mimarisinden de özellikler göze çarpmaktadır.
Dijital aygıt olmalarından dolayı, tüm MİB’ler ayrık durumlarla ilgilenirler; bu nedenle durumları ayırt edebilmek için bir tür geçiş unsuruna gereksinimleri vardır. Transistörlerin kabulünden ilkin, elektriksel röleler ve vakum tüpleri bu gaye için kullanılırlardı. Bunların her ne kadar hız pozitif yanları olsa da, tamamen mekanik dizayn olduklarından değişik sebeplerden dolayı güvenilir değillerdi. Mesela, doğru akım ardışık mantık devrelerinin rölelerden dışarı kurulması, kontak sekmesi problemiyle başedebilmek için fazladan donanım gerektiriyordu. Vakum tüpleri kontak sekmesi problemi yaşamazken, bu tür şeyler, tamamiyle çalışır hale gelebilmek için ısınma gerektiriyordu, ve işler durumdan da hep beraber çıkmaları gerekiyordu. Genel anlamda, tüplerden birisi başarısız olduğunda, bozulan parçanın tespit edilmesi için MİB’in teşhis edilmesi gerekmekteydi. Bundan dolayı vakum tüplü bilgisayarlar daha süratli olmasına karşın röle bazlı bilgisayarlardan daha az güvenilirdi. Tüp bilgisayarlarında (EDVAC) arızalanma 8 saatte bir olurken, röle bilgisayarlarında (Harvard Mark I) daha ender rastlanıyordu. Netice olarak ise tüp bazlı MİB’ler hız pozitif yanlarının arızalanma sorunundan daha ağır basmasından dolayı daha yaygın hale geldiler. Bu eski senkron MİB türleri, günümüzle kıyaslandığında, oldukça az saat frekanslarında çalışmaktaydılar. Kuruldukları geçiş aygıtlarının hızlarıyla kısıtlandıklarından, o zamanlar için 100 kHz ile 4 MHz içinde farklılık gösteren saat sinyal frekans değerleri oldukça yaygındı.
Türlü teknolojilerin daha minik ve daha güvenilir elektronik aygıtlar üretmeye başlamasıyla MİB tasarımlarının karmaşa yapıları da artış gösterdi. Bu yoldaki ilk gelişme transistörlerin gelişiyle başladı. 1950’ler ve 1960’lar da MİB’lerın transistörlere geçişi ile vakum tübü ve elektriksel röle benzer biçimde güvensiz ve kırılgan geçiş elemenları bundan böyle kullanılmaz hale gelmişti. Bu gelişim yardımıyla de, üstünde ayrık bileşenler bulunan bir ya da aniden çok baskı dönem kartlarına daha karmaşa ve daha güvenilir MİB’ler yerleştirildi.
Bu zamanda, oldukça minik alanlara fazla sayıda transistör yerleştirebilme metodu popülerlik kazanmıştır. Tümleşik dönem (IC) yardımıyla, büyük sayıda transistörler, yarı iletken tabanlı kalıplar ya da çip denilen birimlerin üstünde üretilebilindi. İlk başlangıçta, NOR kapıları benzer biçimde yalnız belirgin kolay dijital dönem tipleri tümleşik devreler üstüne minyatürleştirildi. MİB’lerın bu inşa bloğu olan tümleşik devrelere kurulması durumuna “küçük-ölçekli tümleşme” (SSI) denir. SSI tümleşik devreler, Apollo güdüm bilgisayarında (Apollo guidance computer) kullanılanlar benzer biçimde, transistör sayısı açısından onun katları biçimindeydi. Mikro elektronik teknolojisi geliştikçe, tümleşik dönem üstündeki transistör sayılarıda artış gösterdi, ve böylelikle bir MİB’i tamamlamak için ihtiyaç duyulan bağımsız parça sayısını azaltılmış oldu. Orta ve büyük-ölçekli (MSI ve LSI) tümleşik devreler yardımıyla, barındırılan transistör sayıları yüzler ve onbinler seviyesine kadar arttı.
1964 senesinde IBM, birden fazla seri bilgisayarda kullanılan ve aynı programları değişik hız ve performans değerleriyle yürütebilen System/360 adlı bilgisayar mimarisini tanıttı. O dönemde büyük bölümü elektronik bilgisayar, aynı üreticiden çıkmış olsa dahi bir diğeriyle uyumsuzluk problemi yaşarken bu gelişim oldukça mühim bir yer tutmuştu. Bu gelişimi kolaylaştırmak için, IBM mikroprogram (ya da mikrokod) konseptini kullanmaya başladı, ki bu konsept çağdaş MİB’lerın çoğunda hala geniş bir şekilde kullanılmaktadır (Amdahl et al. 1964). System/360 mimarisinin popülerliği, onu birden fazla onyıl süresince anaçatı bilgisayar pazarını ele geçirmesini, ve IBM zSeries benzer biçimde benzer çağdaş bilgisayarlarda kullanılır hale getircek bir efsaneleşmiş olmasını sağlamış oldu. Aynı yılda (1964), Digital Equipment Corporation (DEC), bilimsel ve araştırma pazarlarını hedef seçmiş bir başka bilgisayar olan PDP-8’i piyasaya sürdü. Daha sonları ise DEC, SSI tümleşik devrelere kurulmuş olan ama sonunda LSI bileşenlerin pratikleşmesiyle bunlarla gerçekleştirilmiş ve oldukça popüler olan PDP-11’i piyasaya sunacaktı. SSI ve MSI öncelleriyle haiz olduğu fark ile, PDP-11’in ilk LSI gerçekleştirilmesi, 4 LSI tümleşik devreden oluşan bir MİB’e sahipti (Digital Equipment Corporation 1975).
Transistör bazlı bilgisayarların, öncellerine kıyasla fazla sayıda ve belirgin avantajları vardı. Yüksek güvenilirlik ve az güç tüketiminin yanı sıra, transistörler yardımıyla MİB çabalama hızları transistörlerin haiz olduğu az geçiş süreleri yardımıyla oldukça artış gösterdi. Bu zamanda, yüksek güvenilirlik ve geçiş süresinde ki belirgin hız artışı yardımıyla, MİB’lerin saat hızlarında MHz’in on katları seviyesine erişildi. Ek olarak, ayrık transistör ve tümleşik dönem MİB’leri sık kullanımda iken, SIMD (Tek Komut Çoklu Data) vektör işelmcileri benzer biçimde yeni yüksek performans tasarımlar ortaya çıkmaya başladı. Başlangıçta deneysel tasarım olan bu sistemler, daha sonraları ise Cray Inc. benzer biçimde firmalar tarafınca üretilmiş, uzmanlaşmış süperbilgisayarların çağına adım atılmasını sağlayacaktı.
YORUMLAR