Bilgisayar Donanımı Bilgisayar Nedir ? 0 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya 1 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya B İLG İSAYAR NED İR? Bilgisayar, kullanıcıdan aldı ğı verilerle mantıksal ve aritmetiksel i şlemleri yapan; yaptı ğı i şlemlerin sonucunu saklayabilen; sakladı ğı bilgilere istenildi ğinde ula şılabilen elektronik bir makinedir. Bu i şlemleri yaparken veriler girilir, i şlenir, depolanabilir ve çıkı şı alınabilir. Bilgisayar i şlem yaparken hızlıdır, yorulmaz, sıkılmaz. Bilgisayar programlanabilir. Bilgisayar kendi ba şına bir i ş yapmaz. Giri ş: Kişi tarafından veya bilgisayar tarafından sa ğlanan verilerdir. Bu veriler, sayılar, harfler, sözcükler, ses sinyalleri ve komutlardır. Veriler giri ş birimleri tarafından toplanır. İşlem: Veriler insanların amaçları do ğrultusunda, programın yetenekleri ölçüsünde i şlem basamaklarından geçer. Bellek: Verilerin saklandı ğı yerdir. Giri ş yapılan veriler, i şlenen veriler bellekte saklanır. BÖLÜM 1 2 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Çıkı ş: Bilgisayar tarafından üretilen rapor, döküman, müzik, grafik, video, resimlerdir. İşlenmi ş sonuçların yazılı olarak ekrandan veya di ğer çıkı ş birimlerinden çıkarılmasıdır. Bir bilgisayar sistemi i şletmek için yazılım ve donanıma gereksinim duyulmaktadır. • Bilgisayar donanımı (hardware): Bilgisayarların fiziksel elektronik kısımlarına donanım denilmektedir. Elle tutulabilirler. Ekran, klavye, Sabit disk (harddisk), fare, yazıcı, bellek, mikroi şlemci, tarayıcı,… Bilgisayar yazılımı (sofware): Donanımı kullanmak için gerekli programlardır. Bilgisayarın nasıl çalı şaca ğını söylerler. Elle tutulmazlar. Belirli bir i şlemi yapmak üzere bilgisayara kurulurlar (set up, install). Örne ğin: Kelime i şlem (word processor) programları son kullanıcıların yazı yazması için kullanılır. Tablolama (spread sheet), sunu (presentation), programlama dilleri (Pascal, C ...), ses (sound) programı gibi. Kapasitelerine ve Büyüklüklerine GöreBilgisayar Türleri Makro Bilgisayarlar ( Mainframe - Ana Bilgisayar ) : Bunlar en büyük tiplerdir. Kapasiteleri Terabyte büyüklü ğündedir. Genellikle büyük şirketlerde, bilgi i şlem merkezlerinde, ara ştırma kurumlarında ve üniversitelerde kullanılırlar. Aynı anda yüzlerce kullanıcı tarafından kullanılabilirler. Mini Bilgisayarlar : Orta boy bilgisayarlardır. Sı ğaları daha azdır. Aynı anda daha az kullanıcı tarafından kullanılabilirler. Fiyatları dü şük ve i şletme masrafları daha azdır. Orta boy i şletmeler tarafından tercih edilirler. Mikro Bilgisayarlar (Personal Computer - Ki şisel Bilgisayar - PC): Tek kullanıcı için tasarlanmı şlardır. Ofis otomasyonunda, e ğitimde, yayın i şlerinde, küçük i şletmelerin ticari hesaplarının ve personel kayıtlarının tutulmasında etkin biçimde kullanılırlar. 3 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya A ğlar (Network) Bilgisayarların birbirine ba ğlanmasıdır. Veriler, donanım ve yazılım payla şılarak maliyet dü şürülür ve i şler daha hızlı yapılır. Ayrıca bilgisayarlar arası haberle şme de yapılır. Yerel a ğlar (Local Area Network - LAN) dan ba şka di ğer a ğ türleri Geni ş A ğ (Wide Area Network-WAN), Intranet (kurum içi a ğ) ve Internet (A ğların A ğı) 'dir. A ğlarda güvenlik sorunu vardır. Bunu çözmek için her kullanıcıya A ğ Yöneticisi tarafından kullanıcı adı (login name) verilir. Kullanıcı adından ba şka sadece kullanıcı tarafından bilinen, gerekti ğinde kullanıcı tarafından de ği ştirilen, ba şka ki şilerin bilmemesine dikkat edilen şifre (password) kullanılır. B İLG İSAYAR YAZILIMI Kullanımı Serbest Olan Yazılımlar (Public Domain): Kullanımı herkese açık olan yazılımlardır. İsteyen istedi ği kadar kullanabilir. İstedi ği kadar kopyalayıp da ğıtabilir. Payla şılabilir Yazılımlar (Shareware): Copyright'lı yazılımlardır. Yalnız belirli bir süre (15 gün, 1 ay, 2 ay gibi) deneme amaçlı olarak kullanılabilir. Sürekli kullanım hakkı için belirli bir miktar parayı (10-40 $) kayıt ücreti olarak ödemek gerekir. İşletim Sistemi (Operating Sistem): Kullanıcı ile bilgisayar arasında ileti şimi sa ğlayan programlardır. Bilgisayar sisteminin tüm hareketlerini denetler. Sistemde bulunan M İB, ana bellek vb. kaynakları yönetir. Disk İşletim Sismtemi DOS (Disk Operating System): Windows (3.1, 95, 98) Windows NT MAC OS, UNIX, LINUX … 4 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Yararlı Programlar: İşletim Sistemi ile verilen format, sıkı ştırma, kurtarma vb. Aygıt sürücüleri (Device Driver): Çevre birimlerinin çalı şması için bilgisayara yüklenen programlar. Programlama Dilleri: Bir i şi bilgisayara yaptırmak ancak belirli kodların belirli bir sıra do ğrultusunda kullanılması ile olanaklıdır. Kullanılan bu koda programlama dili denilir. Yazılan kaynak kod program derleyici veya yorumlayıcı tarafından bilgisayar diline çevrilir. Programlama dillerinden bazıları C, Pascal, Delphi, Java, Visual Basic, Visual C… Uygulama Programları : Belli bir amacı gerçekle ştirmek üzere üretilmi ş yazılımlardır. Örne ğin, okul yönetim sistemi programları, muhasebe programı, bilgisayar oyunları, programlama dilleri derleyicileri vb. Uygulama yazılımları belirli uygulamaları çalı ştırırlar. Bilgisayarın çok amaçlı olmasına olanak tanırlar ve i şlerin daha iyi yapılmasına yardımcı olurlar. Kelime i şlemci (word processor) yazılımları mektup, günlük plan, ders notu hazırlamada; tablolama programları ö ğrenci not ortalaması hesaplama, maa ş bordrosu yapmada; veri tabanı yazılımı, ö ğrenci bilgilerinin saklanması, bulunması, güncellenmesi, düzenlenmesi ve rapor olu şturulmasında kullanılırlar. Elektronik posta yazma, grafik hazırlama, masaüstü yayıncılık, çalı şma planı hazırlama, i ş akı şı çizimi, web sayfası olu şturma programları da uygulama yazılımlarına örnektir. Ticari yazılımlar: Muhasebe, tahmin yapm, proje yönetimede kullanılırlar. E ğlence yazılımları: Oyun, ekran koruyucu E ğitim ve Ba şvuru Yazılımları: Bilgisayar Destekli E ğitim yazılımları, benzetim (simulasyon) yazılımları, elektronik ansiklopedi, atlas. Çokluortam (Multimedia) Yazılımları: Bilgisayar tabanlı medya ile bütünle şik olarak hazırlanırlar. Ses, video, animasyon, resim içerirler. Çokluortam ansiklopedileri bunlara örnektir. Yazılımlar donanıma uyumlu ise çalı şır. İşletim sistemi ile yazılımlar uyumlu olmalıdır. Yazılımlar disket ya da CD_ROM kullanılarak kurulur. Yazılımları bilgisayara kurmak için ilk olarak genellikle SETUP (Windows 95 için), INSTALL (Windows 3.1 için), KUR (Türkçe yazılımlar için) çalı ştırmak gerekir. 5 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Bilgisayar Dosyaları Veri: harfler, sayılar, grafikler Bilgi: İşlenmi ş veridir. Dosya: Saklanan verilerin veya programların ismi. Dosya ismi genellikle iki bölümden olu şur. Birinci bölümde dosyanın adı, ikinci bölümde dosyanın uzantısı yazılır. İki bölüm bir nokta ile birbirinden ayrılır (dosyaadı.dosyauzantısı) Örne ğin: yazılı1.doc. yazılı1 dosya adı; doc dosya uzantısıdır. Dosya adı dosyanın içeri ğine uygun verilmelidir. Dosya uzantısını genellikle uygulama programı verir. Dosya uzantıları genellikle üç harften olu şur. 1,2,4 harfli dosya uzantıları da vardır. .c, .db, .html gibi. Çalı şan dosyalar: Uzantıları exe veya com dur. Ba şka bir programın yardımına ihtiyaç duymadan çalı şırlar. Kaynak dosyalar: Çalı şmadan önce makine diline çevrilmesi gerekmektedir. Örneğin pascal programlama dilinde yazılan bir programın çalı şması için makine diline çevrilmesi gerekmektedir. Bunun içinde o dosyanın pascal programlama dili kurallarına uygun olarak yazılıp; pascal programlama dili derleyicisi tarafından derlenmesi gerekmektedir. Veri Dosyası: Üzerlerinde silme, ekleme, de ği ştirme yapılabilir. İçeriklerinin çıktısı yazıcıdan alınabilir veya ba şka birisine elektronik olarak postalanabilir. Yazılı1.doc. bir dökümandır. Bir kelime i şlemcide yazılmı ştır. O kelime i şlemci çalı ştırılmadan dökümanın içi görülemez. Kelime i şlemci çalı ştırıldıktan sonra içine girilip, de ği ştirme, düzeltme, silme ve ekleme yapılabilir. Yazıcıdan çıkı şı alınabilir. KULLANIM HAKKI (COPYRIGHT) Ço ğu yazılımların kullanım hakları belirlenmi ştir. Yazılımın kullanım hakkı o yazılımı alan ki şiye aittir. Son kullanıcı tarafından kopyalanamaz. Da ğıtılamaz. Sadece satıcı tarafından kopyalanır. Lisans Anla şması ile kullanılan yazılımlar: Satıcı ile son kullanıcı tarafından Lisans anla şması yapılır. Bu lisans anla şması yazılı olabilece ği gibi, yazılım kurulurken ba şlangıçta da yapılabilir. Tek kullanıcı için lisans sözle şmesi yapılan yazılımlar, çok kullanılıcı için lisans sözle şmesi yapılan yazılımlar, anla şmalı sayıda kullanıcı için lisans sözle şmesi yapılan yazılımlar ve site lisanslı yazılımlar vardır. 6 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya B İLG İSAYAR ve SA ĞLIK Bilgisayarın sa ğlı ğa zararlarından korunma Do ğru oturu ş Bilgisayarın kar şısında otururken şunlara özen göstermeliyiz. • Masa yüksekli ği 65-70 cm. • Yüksekli ği ayarlanabilir, sırtı bele uygun ve esnek bir ergonomik koltuk • Omuzlar rahat bırakılmı ş • Dik oturulmu ş ve sırt desteklenmi ş • Kollar yatay veya biraz yukarıda • Dirsek ve eller düz bir çizgide • Bacakların üst kısmı yatay • Dizler 9 veya 110 derece açıda olmalı Gözlerimizin sa ğlı ğı için: • Bilgisayar kullanmadan önce bir göz muayenesinden geçmeli, görme bozuklu ğu varsa mutlaka düzeltilmeli • Ekrandan 45-75 cm. uzakta oturmalı • Ekranın üst kenarı ile göz hizasının aynı seviyede olmasına dikkat etmeli • Ka ğıt tutucu kullanıyorsak bunu ekranla aynı hizada tutmalı • Odanın lo ş ı şıklı, aydınlatma 30-50 mumluk ve indirekt olmalı • I şık ekrana dik açıyla gelmemeli • I şık yansıma ve parlamaları önlemeli • 15-20 dakikada bir kısa süre gözleri uza ğa odaklayarak göz kaslarının dinlenmesi sa ğlanmalı. 7 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Bunların yanı sıra: • Saat ba şı mola vererek odayı temiz hava ile doldurmak ve ufak ekzersizler yapmak • Hamilelerin ekran ba şına geçmemelerini sa ğlamak gerekiyor. Temel Kavramlar Bilgisayarlar çalı şma şekilleri ve fiziksel büyüklükleri bakımından iki kategoriye ayrılabilirler. Çalı şma bakımından bilgisayarlar kendi aralarında üçe ayrılırlar. Bunlar; analog bilgisayarlar, sayısal (digital) bilgisayarlar ve bunların karı şımından meydana gelen karma (hybrit) bilgisayarlardır. Analog bilgisayarlar: kayıt yapmada tam bir de ğerin ba şlangıcından sonuna kadar sürekli fonksiyonlarını kullanırlar. Nasıl ki bir termometre ısıya veya bir barometre atmosfer çevresindeki hava de ği şimine (basıncına) duyarlıysa, analog bilgisayarlar da kullanıldı ğı uçak veya benleri sistemlerde bu de ğerlerin ölçülüp de ğerlendirilmesinde: duyarlı ğa sahiptir. Bir çok ölçüm ve denetim cihazı, kesik adımlı sinyallerden daha çok sürekli sinyallere ba ğlı olarak analog çalı şırlar. Sayısal bilgisayarlar: kesikli veya süreklilik arz etmeyen bilgiyi yorumlarlar. Sayısal sistemlerde her şey "evet" veya "hayır"la ifade edilebilmektedir. Böylece "evet" yerine geçen 1'ler ve "hayır" yerine geçen 0'larla her şey tanımlanabilmekledir. Di ğerine nazaran hızlı ve performansı yüksektir. Analog bilgisayarlar matematiksel olarak bazı i şlemleri yapabildikleri halde, sayısal bilgisayarlar aynı zamanda mantık i şlemlerini de kolaylıkla yapabilmektedir. Karma bilgisayarlar: analog ve sayısal bilgisayarların her iki özelli ğini kendisinde bulunduran bilgisayarlardır. Uygulama özelliklerine göre bu cihazlar tasarlanmaktadır.Bilgisayarlar fiziksel açıdan birbirinden ayrılmasında büyüklü ğü, hızı ve maliyeti göz önüne alınmakladır. Günümüzde moda kelimelerle ifade edilen bu ayırımlardan en küçük olanına Mikrobilgisayar denilmektedir. Belli ba şlı elemanları; sistem birimi, monitör ve klavyedir. Sistem biriminin içersinde CPU, anakart, ekran karlı, sahil disk, CD-sürücü bulunan metalik-plastik karı şımı kutudur. Büyük orandaki verilerin depolanmasında ve üzerinde hesaplamaların yapılmasında, daha güçlü ve büyük veri depolama ve i şleme araçları gerektirmi ştir. 8 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Adına minibilgisayar(büyük ölçekli bilgisayar) denilen yüksek düzeyli makinalarda, veriler ve programlar manyetik disk ortamında tutulurken ,aynı anda birden fazla ki şi tarafından payla şılması sa ğlanmaktadır. Bu tip bilgisayarlar bir ana sistem ve bunlara ba ğlı manyetik disk birimi ve terminaller (Workstation) bulunan yapıya sahiptir. Mini bilgisayarlar genelde bilimsel ara ştırmalarda küçük boyutlu bankalarda ve i şletmelerde kullanılmaktadır. Giderek ihtiyaçların ço ğalması, bilimin ve teknolojinin ilerlemesi daha büyük ve hızlı sistemleri de beraberinde getirmi ştir. Daha büyük kapasiteli veri saklama ortamları ve bunları çok hızlı bir şekilde i şleyebilecek sistem elemanlarına sahip sistemlere Mainframe (Çok büyük ölçekli bilgisayar) denilmekledir. Mainframe, mini bilgisayarların talep edilen zamanda sonuçlandıramadı ğı i şlemleri çok kısa zamanda yapabilecek yetene ğe sahip sistemlerdir. Bu sistemde büyük ve birden fazla manyetik veri depolama ortamları, disk ortamları, yazıcılar ve daha çok terminaller bulunmaktadır. Bu büyük boyutlu bilgisayarlar, veri i şleme i şlerinde orta büyüklükteki i ş merkezinden çok büyük i şmerkezlerine kadar kullanılmakladır. Genellikle büyük maliyetli bilimsel çalı şmalarda (NASA), bankacılık i şlemlerinde ve üniversitelerin ara ştırma laboratuvarlarında yer almaktadır. Di ğer bir yüksek düzeyli bilgisayar türleride Süperbilgisayarlardır. Bu sistem, ölçek olarak mainframe'den daha büyük olmayabilir, fakat yaptı ğı i ş ve maliyet bakımından di ğerlerinden ayrılmaktadır. Çok hassas ölçümlerin üzerinde çalı şılmasında, kesin hava tahminlerinde, derin uzay ara ştırmalarında ve geni ş ölçekli sayısal çalı şmalarda bu bilgisayarlar kullanılmaktadır. Bir çok bilgisayar bir araya getirilerek süper bilgisayar sistemi olu şturulabilece ği gibi günümüzde süperbilgisayar olarak satılan bilgisayar sitemleri de vardır(Cray II gibi). 1024 Byte = 1 KiloByte [KB] 1024 KB = 1 MegaByte [MB] 1024 MB = 1 GigaByte [GB] 1024 GB = 1 TeraByte [TB] 1024 TB = 1 PetaByte [PB] 1024 PB = 1 ExaByte [EB] Frekans (Frequency) Sıklık demektir. Periyodik bir i şaretin bir saniyedeki tekrarlanma sayısıdır. Birimi Hz (Hertz) dir. Aynı zamanda saniyede atılan tur sayısıdır.Eski ismi "Cps (Cycles Per Second )" dir. 1 kilohertz kHz 10 3 Hz 1 000 Hz 1 megahertz MHz 10 6 Hz 1 000 000 Hz 1 gigahertz GHz 10 9 Hz 1 000 000 000 Hz 1 terahertz THz 10 12 Hz 1 000 000 000 000 Hz 1 petahertz PHz 10 15 Hz 1 000 000 000 000 000 Hz 1 exahertz EHz 10 18 Hz 1 000 000 000 000 000 000 Hz 9 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Bant genişli ği (Bandwidth) Bir devrenin veya sistemin çalıstı ğı veya geçirdi ği frekans bölgesinin geni şli ğidir. Bilgisayarlar arası haberle şme için, band geni şli ği, saniyede iletilen bit sayısı ile verilir. E ğer bir veri yolu 100 MHz'de çalı şıyorsa (saniyede 100 milyon saat çevrimi), ve her bir çevrimde 8-baytlık veri ta şıyabiliyorsa bu sistemin bantgeni şli ği 800 MB/s olacaktır. Bantgeni şli ği = veri yolu saat frekansı * veri miktarı Bantgeni şli ği = 100 * 8 = 800 MegaBayt/saniye E ğer daha hızlı bir veri yolu sa ğlamamı şsa, meselâ 200 MHz, bantgeni şli ği 200*8=1.6 GB/s olacaktır. Veri yolunun iki misline geni şlediği dü şünülürse, 200*16=3.2 GB/s olacaktır. Bu de ğerleri yükseltmenin yolu daha öncede belirtildi ği gibi, saat frekansını yükseltmek ve veri yolunu geni şletmektir. Bazı semboller; milli m 10 -3 micro µ 10 -6 nano n 10 -9 pico p 10 -12 10 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya CPU (Central Processing Unit - Merkezi İşlem Birimi) İşlemci, bilgisayarın beyni niteli ğindeki en önemli bile şendir. Di ğer aygıtlardan gelen verileri matematiksel i şlemler yardımı ile i şler, sonuca ula şır ve sonucu gerekli yerlere gönderir. Çalı şabildikleri maksimum saat hızları yani frekansları sınıflandırılmalarına yardımcı en önemli kriterdir. Çalı ştıklarında çok ısınırlar, dolayısıyla üzerlerine so ğutucu ve fanlar yerle ştirilir. GÖREVİ Örnek olarak 2 ve 3 ü topla sonucu bana ilet komutu verildiğinde i şlemci hemen aritmetik merkezini devreye sokar, i şlemi gerçekle ştirir ve sonucu bize iletir. Benzer şekilde özel bir yöntemle kodlanmı ş MP3 dosyalarını açar, i şler ve gerekli veriyi ses kartına iletir. Kısacası hesaplaması veya karar verilmesi gereken her şeyde i şlemci devreye girer Hesaplama i şlemlerinde “aritmetik”, karar verilmesi gereken i şlemlerde de “mantık” ünitesi devreye girer. İşlemcilerin yapısı hiç bir mekanik parçası olmayan tamamen devreler ve transistörlerden olu şur. İçlerinde milyonlarca transistor bulunur ve bu transistorlerin sayısı ne kadar fazla olursa i şlemci okadar hızlı olur. İşlemcilerin hızları MHZ (MegaHertz) cinsinden ölçülür. Do ğal olarak bu sayı ne kadar yüksek olursa, hızı da o kadar yüksek olur. İşlemci Üniteleri... Esasen mikro i şlemciler, açma kapama dü ğmeleri gibi çalı şan milyonlarca transistörden olu şur. Elektrik sinyalleri, yazılmı ş bir program önderli ğinde mikro i şlemcide de ği şik sinyallere dönü ştürülmektedirler. Bu i şlemler Binary düzeyinde temel matematiksel i şlemlerle yapılır. Bunlara Bit denir. CPU bu Bitler üzerinde i şlem yapabilmek için temel bir yazılıma ihtiyaç duyar ki bu söz konusu temel yazılım mikro i şlemcinin çalı şması için gereklidir. Bu yazılım veya program bir komut listesinden ibarettir ve i şlemcinin içindedir. Bu komutlar duruma göre toplama i şlemini yapabilir veya Conditional Branch ile cevap verebilir. Komutları yerine getirme i şini ise i şlemci içinde bulunan uygulama ünitesi (Execution Unit) veya fonksiyon ünitesi (Function Unit) sa ğlar. Modern i şlemcilerde de ği şik komutların i şlenmesi amacıyla birden fazla fonksiyon ünitesi bulunmaktadır. Bundan ba şka i şlemci içinde tamsayı (Integer) i şlemlerini yapan aritmetik/mantıksal ünitesi (Arithmetic /Logic Unit) ve küsuratlı sayı i şlemlerini yapan kayan nokta ünitesi (FPU-Floating Point Unit) bulunmaktadır. Bir i şlemcideki fonksiyon ünitesi ne kadar çoksa çalı ştırılabilecek komut sayısı da o kadar çoktur. 11 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya OVERCLOK İŞLEM İ İşlemciler fabrikada belirli hız ararlıklarında üretilirler. Meselâ bir i şlemci fabrikada 200-400 MHZ hızı arasında üretilmi ştir. Son kullanıcıya yani bizlere işlemci 200 MHZ hızında gelir. Fakat “overclock” sayesinde i şlemcinin destekledi ği maksimum hıza ula şılabilir. Overclock i şlemi i şlemci üzerindeki ve anakart üzerindeki jumperlardan ayarlanır. Bu sayede bir i şlemci, kendi hızının iki katına çıkılabilmektedir. Ama overclock i şlemi bilinçsizce yapıldı ğı takdirde i şlemci ve anakartın yanma riski çok yüksektir. Sadece profesyonel kullanıcılar tarafından yapılmalıdır. Artı overclock i şlemi, i şlemcinin daha hızlı çalı şmasını dolayısıyla daha çok ısınmasını sa ğlar ve gerekli so ğutma i şlemleri yapılmayıp i şlemciye daha güçlü bir fan takılmazsa bilgisayar çok sık kilitlenir. Bu ve bunun gibi durumlarda i şlemcinin yanma olasılı ğı çok yüksektir. Overclock i şlemi ço ğu ki şi tarafından yadırganır ve önerilmez. YAPISI 3-4 santimetrekare büyüklü ğünde bir silikon tabaka içinde milyonlarca transistörden olu şurlar. İşlemcilerin olu şturulmasını sa ğlayan sistem mikron teknolojisidir. Bu teknoloji sayesinde bir kaç santimetrekarelik bir alana milyonlarca transistor sı ğdırabilmek mümkündür. İşlemcileri anakarta takabilmek için özel yuvalara gerek vardır. Örne ğin, Pentium 2 model i şlemciler ancak slot uyumlu anakartlara ve Celeron model i şlemciler de Soket uyumlu anakartlara takılabilirler. Slot yuvalar düz ve 4-5 cm uzunlu ğunda slottur. Soket ise 3-4 santimetrekare büyüklü ğünde bir yuvadır. Örne ğin yanda gördü ğünüz bir Pentium 3 450 MHZ i şlemcidir ve ancak slot uyumlu anakartlara takılabilir. Üstte gördü ğünüz i şlemci ise soket uyumlu bir i şlemci olup soket uyumlu anakartlara takılabilirler. Günümüz i şlemcileri 100, 133, 333 MHZ ve daha fazla veriyolu hızında (Veriyi iletme hızı) çalı şabilmektedir. Bu hız de ğeri ne kadar yüksek olursa, i şlemci de o kadar fazla veri iletebilir. Ancak yukarıda da belirtti ğim gibi hızı belirleyen asıl faktör frekanstır. Veriyolu hızı frekansın yanında pek fazla bir şey ifade etmemektedir. ÖNBELLEKLER (CACHE) Bütün i şlemciler bir ön belle ğe 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 de ği şirler. Önceden yapılmı ş olan ve yapılmakta olan i şlerin bu belleklerde geçici olarak tutulmasını sa ğlarlar. Bu sayede cache bellekte tutulan bu verilere daha hızlı eri şim sa ğlanmı ş olunur. 12 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Hyper Threading Hyper Threading teknolojisini, bir fiziksel i şlemcide 2 mantıksal i şlemci olarak tanımlamak mümkündür. Intel'in sunucu sistemlerinde kullandı ğı ve daha sonra Pentium 4 i şlemcilerle masaüstü sistemlere adapte etti ği bu teknolojide, birbirini etkilemeyen iki farklı i ş, farklı mantıksal i şlemcilerde yapılarak performans artı şı elde edilir. B İLG İSAYAR TAR İH İ GEL İŞİM İ 1- Mekanik ku şak 2- Elektronik ku şak 3- Mikroi şlemci ku şa ğı 1 - Mekanik Ku şak Tarihte ilk hesaplayıcı M.Ö 500’de kullanılan ABACUS ’tür. Önceleri balçıktan yapılmı ş bir tablet ve içerisinde dizili ufak ta şlardan meydana gelirken, sonraları dı şı çerçeveli ve içerisinde dizili ufak ta şlardan yada boncuklardan olu şan basit bir alet halini almı ştır. Abacus, boncukların pozisyonuna göre farklı de ğerler göstermekte ve hesaplama, boncukların cetvel setine göre hareketiyle sa ğlanmaktadır. Önceleri Mısır ve Romalı’lar tarafından kullanılan bu alet zamanla tüm dünyaya yayılmı ştır. Şu anda bir benzeri ilk okullarda matematik ö ğretimi için kullanılmaktadır. M.Ö 876’da sıfır için ilk sembol Hindistan’da kullanıldı. 1614’de yayınlana ilk logaritma tablosu ile büyük sayılar üzerinde i şlem yapılmaya ba şlandı. 13 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya 1620’de İngiliz Edmund Guenter elektrikli hesap makinelerini öncüsü olacak kaydırma kuralını buluyor ve logaritma bilgilerine de ğerler veren kayan cetvel yapıldı. 1642’de Pascal, PASCALINE adı verilen bir mekanik hesaplayıcı dizayn eder. On bölümden olu şan bir çok di şli çarktan olu şuyordu. Her bir çark 10 dönü ş yaptı ğında hemen solundaki çark dönmeye ba şlar. Bu mantık hala kullanılmaktadır ve tüm mekanik hesaplayıcıların temeli olmaktadır. Bu çalı şmalarının anısına yazılan bir programlama dilinin adına PASCAL denmi ştir. 1694’de Gotfried Leibniz sayıları ikili sistemde gösterebilen bir hesap makinesi yaptı. 1821’de fabrika i şçisi Ludd i şçiye olan ihtiyacı ortadan kaldıran makinelere kar şı sava şmak için arkada şlarını topluyor. O günden sonra teknolojiye kar şı olan insanlara Luddite terimi kullanılmaya ba şlandı. 1822’de Babbage adlı matematikçi, fark alma yöntemini kullanan Difference Engine denilen hesaplayıcıyı yaptı. Aynı makineye artarda verilen i şlemlerin kendisine verilecek bir i şlemler zinciri ile nasıl yapılabilir? Sorusu Babbage’a yön vermi ştir. 1835’de Babbage Analitik Motor adı verilen bir mekanik hesaplayıcı yaptı. 1ila 20 haneye kadar ondalık sayılarla i şlem yapabilen ve aritmetik i şlemleri pe ş pe şe yapabilme ve karar verebilme kabiliyeti olan bir makinedir. 1854’de Gorge Boole elektronik bilgisayarların geli şiminde büyük rol oynayacak olan mantık kuramını geli ştirdi. Boolean cebiri denilen bu sistem 0 ve 1’lerden olu şmakta ve mantıksal olarak çalı şmaktadır. 1890’da Herman Hollerith delikli kartların kullanılarak verilerin i şlendiği Hollerith Tabulatör(Listeleyici) tasarladı. ABD nüfus Bürosunun veri hesaplamaları böylece 10 yıldan 2.5 yıla dü ştü. 1896’da Herman Hollerith ‘Computing Tabulating Recording Company’ isimli bir firma kurdu. Bu firma daha sonra ba şka iki firma ile birle şerek International Business Machine (IBM) kurdu. Elektronik Ku şak 1941’de Konrad Zuze Z3 isimli elektrik motorları ile çalı ştırılan mekanik bir bilgisayar yaptı. Bu (Z1, Z2, Z3 ve Z4 serisi) program kontrollü ilk bilgisayardır. 1943’de alan Turing tarafından COLOSSUS denilen özel amaçlı bir elektronik vakum tüpleri kullanan bir bilgisayar geli ştirdi. 1944’de Harvard Üniversitesinde ASCC MARK I (Automatic Sequence Controlled Calculator) denilen bir bilgisayar geli ştirildi. MARK 1, tamamı elektronik olmayan genel amaçlı bir bilgisayardı. Bu makine 23 haneli iki sayıyı 4.5 saniyede çarpabiliyordu ve 14m uzunlu ğunda 2.4m yüksekli ğinde olup üzerinde 800km uzunlu ğunda kablo kullanılmı ştı. 14 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya 1946’da Pensilvanya Üniversitesinde ENIAC (Elektronics Numerical Integrator and Calculator) geli ştirildi. Anahtar setlerinin, fi şlerin ve soketlerin de ği ştirilmesi esasına göre çalı ştı ğından ilk genel amaçlı bilgisayardır. 70 bin direnç, 10 bin kondansatör, 18000 lamba ve bu elemanların harcadı ğı 150-200 kilowatt enerji ve sadece 20 sayıyı depolama özelli ğine sahipti ve 30 tondu! 1946’de Dr. Von Neumann ve arkada şları programı bellekte saklayabilen ilk bilgisayar olan EDVAC (Elektronic Discrete Variable Automatic Computer) geli ştirdi. 4096 bellek gözü bulunmaktaydı ve veriler ile programlar aynı bellekte saklanmaktaydı. 1948’de ilk transistor Bell lâboratuarlarında geli ştirildi. 1951’de UNIVAC 1 adlı ilk ticari amaçlı olan bilgisayar geli ştirildi. Bütün komutlar ve veriler 0 ve 1 şeklinde depolandı. 1958’de Entegre devreler geli ştirildi. 1960’larda depolama için manyetik çekirdek hücreli bellekler kullanılarak bilgilere do ğrudan erişim sa ğlandı. 1960’ların ortasında IBM sistem 360 bilgisayarı piyasaya sürülüyor. Ayrıca DEC firması da ilk klavye ve fareye sahip PDP-1 makinasını geli ştirdi. 1968’de Intel firması kuruldu. Mikroi şlemci Ku şa ğı 1971’de ilk mikroi şlemci INTEL tarafından çıkarılan 4-bitlik 4004’dür. Belli ba şlı mikroi şlemci üreten firmalar ise; Intel, AMD, Cyrix, AlphaDEC, Hp, Mips, SUN Sparck ve Nexgen’dir. Firmalar 4-Bitlik 8-Bitlik 16-Bitlik 32-Bitlik 64-Bitlik Intel 4004 4040 8008 8085 8080 8086 8088 * 80286 80386DX- 80386EX 80386SX- 80486DX/DX2 /DX4-80486SX Pentium Pentium Pro PII PIII PIV Motorola - 6800 68000 68010 68020-68030 8040- 68060-PowerPC Mostek - 6502 Zilog - Z-80 Z8000 Mikro kontrol, tümle şik kontrol devreleri yapıyor. Fairchild - F-8 - - Rockwell - PPS-8 - - AMD - - - K6- K6_3D K7 Cyrix - - - 486SLC- 486DLC 5x86I-6x86I 6x86MXI Tablo 1.1 İşlemcilerin geli şimi * 8 bitlik veri yoluna sahiptir. 8086’dan sonra çıkmasına ra ğmen daha yava ştır. 15 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya 4004 İlk i şlemci 4 bitlik 45 komuttan olu şuyor. Teknolojisi: P- kanallı MOSFET Hızı: 50 KIPs (Kilo-instruction per second), oysa ENIAC’ın hızı 100000 ips’dı. 640 byte adresleme kapasitesi vardı. Eski video oyunlarında, küçük mikroi şlemci-tabanlı kontrol sistemlerinde kullanıldı. 4040 4004’ün bir üst versiyonu. 4004 den hızlı, kelime geni şli ği ve bellek büyüklü ğü daha fazlaydı. 8008 4004’ün geli şmi ş 8 bitlik versiyonu. 16 Kbyte adresleme kapasitesi var. Eklenmi ş komutlarla toplam 48 adet komutu var. Verilerle i şlem yapabilme fakat hala yetersiz. Bir i şlem 20 µs ki bu da f = 1/T’ den 1/20*10 -6 = 50,000 ips. 8080 İlk modern 8 bitlik mikroi şlemci 8008’den 10 kat daha hızlı. Bir i şlem 2 µs ki bu da f = 1/T’ den 1/2*10 -6 = 500,000 ips. TTL (transistör-transistör mantı ğı) ile uyumlu. 8008’den 4 kat adresleme kapasitesine, 64 K, sahip. MITS Altair 8800 ki şisel bilgisayarda (1974) kullanıldı. Bu bilgisayarda Bill Gates tarafından yazılan BASIC yorumlayıcısı ve Digital Research Corporation tarafından yazılan DR-DOS vardı. 8085 1974’de 8080’in bir üst versiyonu olarak çıktı. Intel’in son 8-bitlik genel amaçlı mikroi şlemcisidir. Bir i şlem 1,3 µs ki bu da 769,230 ips. 246 adet komut vardır. İç sistem kontrolcüsü, yüksek saat frekansı ve iç saat üreticisi vardı. 8086 16 bitliktir. Bir i şlem 400 ns, 2,5 MIPS(saniyedeki milyon komut) 1 MB adresleme kapasitesi. Bir kaç komut i şlemeden önce 4 veya 6 byte komut cache’i veya kuyru ğu 20,000 adet komut vardır. Mimarisi CISC ‘dir. 16 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya 8088 8 bitlik veri yoluna sahiptir. Bir i şlem 400 ns, 2,5 MIPS(saniyedeki milyon komut) 1 MB adresleme kapasitesi. Bir kaç komut i şlemeden önce 4 veya 6 byte komut cache’i veya kuyru ğu 20,000 adet komut vardır. Mimarisi CISC ‘dir. 1981’de IBM ki şisel bilgisayarlarında 8088 kullanmaya karar verdi. 80286 16 bitliktir. 8 Mhz’de bir i şlem 250 ns, 4,0 MIPS(saniyedeki milyon komut) 16 MB adresleme kapasitesi. İlk defa sanal bellek kullanıldı, 1 Gbyte. 8086/8088’e göre ek komutları vardı. 80386 Intel’in ilk 32 bitlik mikroi şlemcisidir. Daha önce üretti ği 32 bitlik iapx_432 ba şarısız olmu ştur. 4 GB adresleme kapasitesi. 80386SX, 16 bit veri yolu, 24 bit adres yoluna sahiptir ve 16 MB adresleme kapasitesine sahiptir. 80386SL/80386SLC, 16 bit veri yolu, 25 bit adres yoluna sahiptir ver 32 MB adresleme kapasitesine sahiptir. 80386SLC i şlemlerini daha hızlı yapabilece ği iç cache’e sahiptir 80386EX’de, entegre edilmi ş bir devre üzerinde AT sınıfı ki şisel bir bilgisayarın elemanlarını topladı ğından buna ‘Tümle şik PC’ de denilmektedir. G/Ç verileri için 24 bitlik bir yol, 26 bitlik adres yolu, 16 bit veri yolu, bir DRAM kontrolcüsü ve programlanabilir çip seçme ünitesine sahiptir. Önceki i şlemciler bellek yönetimini yazılıma bırakırken 386 buna ayrı bir donanım devresi atayarak yazılımın i şini hafifletmi ştir. 8086, 8088 ve 80286 ile uyumludur ve 32 bit ile i şlem yapabilmek için ek komutlara sahiptir. 80486 80386’ya yapı olarak benzemesine ra ğmen komutları 2 kat hızlı çalı ştırır. 4 GB adresleme kapasitesi. 50 Mhz versiyonun arkasından 80486DX2 gelmi ş ve 66 Mhz hızındadır, 80486DX4 ise 100 Mhz hızındadır ve 60 Mhz Pentium ile aynı h ızda komutları i şletir. Önceki 486’larda 8 KB cache varken 80486DX4’de 16 KB cache vardır. Overdrive denen versiyon ise çift kat hızla çalı şmaktadır. Örne ğin 25 Mhz’de çalı şan 80486SX yerine Overdrive denen i şlemci konuldu ğunda 50 MHz’de çalı şır. Pentium P5 veya 80586 olarak etiketlendiyse de numaraların telif hakkının alınmasında problem çıktı ğı için isim kullanılmaya ba şlanıldı. 17 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya 64 bitttir. 60 ve 66 Mhz hızlarındaydı. 8KB komut ve 8KB veri cache’ine sahiptir. Adresleme kapasitesi 4 GB’dır. Pentium OverDrive(P24T), 80486’ların 63 MHz ve 83 MHz saat hızlarına sahip olmasını sa ğlar. 63 MHz, 80486DX2 50 MHz’i, 83 Mhz ise 80486DX2 66 MHz’i yükseltir. Bir saat periyodunda iki i şlemin yapılmasına olanak sa ğlayan superskalar teknoloji mimarisinde çift tamsayı i şlemcisi vardır. Kayan_nokta yardımcı i şlemcisi vardır. Mimarisi RISC’dir. Pentium Pro Kod adı P6’dır. 64 bitliktir. Adresleme kapasitesi 64 GB’dır. 16K L1 cache (8K data ve 8K komut cache) 256K L2 cache’i vardır. 3 yürütme motoru sayesinde 3 farklı komutu aynı anda yürütür. 36 bit adres yoluna sahiptir. 150, 166, 180, 200 MHz hızlarındadır. Pentium II Adresleme kapasitesi 64 GB’dır. P6 mimarisi ile Intel MMX teknolojisine sahiptir. 200, 233, 266, 300, 400, 450 MHz hızlarındadır. Süper kanal teknolojisine sahiptir. 57 ek komut multimedya için gereklidir. 32K L1 cache (16K data ve 16K komut cache) 512K L2 cache’i vardır. Ba ğımsız iki yönlü yol mimarine(Dual Independent Bus Architecture) sahiptir. Pentium III Adresleme kapasitesi 64 GB’dır. 500, 533, 550, 600, 650, 667, 700, 733 MHz hızlarındadır. 70 ek komutu vardır. Ba ğımsız iki yönlü yol mimarine(Dual Independent Bus Architecture) sahiptir. Pentium IV Tahmini dallanma vardır. SSE2 (Screaming SIMD Extension 2) 144 yeni komut vardır. 18 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Firma İşlemci Veri Yolu Geni şli ği Bellek Büyüklü ğü 8048 8 2 K iç 8051 8 8 K iç 8085A 8 64 K 8086 16 1 M 8088 8 1 M 8096 16 8 K iç 80186 16 1 M 80188 8 1 M 80251 8 16 K iç 80286 16 16 M 80386EX 16 64 M 80386DX 32 4 G 80386SL 16 32 M 80386SLC 16 32 M + 1 K cache 80386SX 16 16 M 80486DX/DX2 32 4 G + 8 K cache 80486SX 32 4 G + 8 K cache 80486DX4 32 4 G + 16 K cache Pentium 64 4 G + 16 K cache Pentium Overdrive(P24T) 32 4 G + 16 K cache Pentium Pro 64 64 G + 16 K L1 cache + 256 K L2 cache Pentium II 64 64 G + 32 K L1 cache + 512 K L2 cache Intel Pentium III 64 64 G + 16 K L1 cache + 512 K L2 cache 6800 8 64 K 6805 8 2 K 6809 8 64 K 68000 16 16 M 68008Q 8 1 M 68008D 8 4 M 68010 16 16 M 68020 32 4 G 68030 32 4 G + 256 cache 68040 32 4 G + 8 K cache 68050 32 Piyasaya sürülmedi 68060 64 4 G + 16 K cache Motorola PowerPC 64 4 G + 32 K cache Tablo Intel ve Motorola firmalarının i şlemcileri 19 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya 1970, 1980 ve 1990 YILLARININ INTEL MIKRO İŞLEMC İLER İN İN TEKN İK ÖZELL İKLER İ 1970’LI YILLARIN İŞLEMCILERI 4004 8008 8080 8086 8088 Piyasaya Sürülme Tarihi 15/11/71 1/4/72 1/4/74 8/6/78 1/6/79 Saat Hızları 108 KHz 200 KHz 2 MHz 5 MHz, 8 MHz, 10 MHz 5 MHz, 8 MHz Yol Geni şlikleri 4 bit 8 bit 8 bit 16 bit 8 bit Transistor Sayısı 2,300 (10 mikron ) 3,500 (10 mikron) 6,000 (6 mikron) 29,000 (3 mikron) 29,000 (3 mikron) Adresledi ği Bellek 640 byte 16 Kbyte 64 Kbyte 1 MB 1 MB Sanal Bellek - - - - - Özet Anlatım İlk mikro- bilgisayar çipi, Aritmetik i şlem yapma Veri/Karakter İşleme 8008 ‘in 10 katı performans 8080 ‘in 10 katı performans 8-bit dı ş yolu dı şında 8086’ya benzer 1980’LI YILLARIN İŞLEMCILERI 80286 Intel 386? DX Mikroi şlemci Intel386? SX Mikroi şlemci Intel486? DX Mikroi şlemci Piyasaya Sürülme Tarihi 1/2/82 17/10/85 16/6/88 10/4/89 Saat Hızları 6 MHz, 8 MHz, 10 MHz, 12,5 MHz 16 MHz, 20 MHz, 25 MHz,33 MHz, 16 MHz, 20 MHz, 25 MHz,33 MHz, 25 MHz, 33 MHz, 50 MHz, Yol Geni şlikleri 16 bit 32 bit 16 bit 32 bit Transistor Sayısı 134000 (1,5 mikron ) 275000 (1 mikron) 275000 (1 mikron) 1,2 milyon (1 mikron) ( 50 MHz’de 8 mikron) Adresledi ği Bellek 16 Mbyte 4 Gbyte 16 Mbyte 4 Gbyte Sanal Bellek 1 Gbyte 64 Terabyte 64 Terabyte 64 Terabyte Özet Anlatım 8086’nın 3-6 katı 32-bit veri seti ile çalı şan ilk X86 32-bit i şlem yapan düşük-maliyetli 16- bit adres yolu Çipte L1 cache 20 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya 1990’LI YILLARIN İŞLEMCILERI Intel486? SX Mikroi şlemci Pentium İşlemci Pentium Pro İşlemci Pentium II İşlemci Pentium III İşlemci Piyasaya Sürülme Tarihi 22/4/91 22/3/93 10/11/95 7/5/97 25/1/99 Saat Hızları 16MHz,20MHz, 25MHz, 33MHz 60MHz, 66MHz 150MHz, 166MHz, 180MHz, 200MHz 200MHz, 233MHz, 266MHz, 300MHz, 400MHz, 450MHz 500MHz 533MHz 550MHz 600MHz 650MHz 667MHz 700MHz 733MHz Yol Geni şlikleri 32 bit 64 bit 64 bit 64 bit 64 bit Transistor Sayısı 1,185 milyon (1 mikron ) 3,1 milyon (10 mikron) 5,5 milyon (0,35 mikron) 7,5 milyon (0,35 mikron) 28 milyon (0.18 mikron) Adresledi ği Bellek 4 Gbyte 4 Gbyte 64 Gbyte 64 Gbyte 64 Gbyte Sanal Bellek 64 Terabyte 64 Terabyte 64 Terabyte 64 Terabyte 64 Terabyte Özet Anlatım Matematiksel yardımcı i şlemcisiz fakat Intel486? DX Mikroi şlemci ile aynı tasarıma Süperskalar mimarı 33-Mhz Intel486? DX i şlemciden 5X kat performans Yüksek- performanslı i şlemciyi sa ğlayan dinamik çalı şma mimarisi Çift ba ğımsız yol, dinamik çalı şma, Intel MMX teknolojisi İş ve tüketici PC, iki-yollu sunucu ve istemci 21 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya 2000’Lİ YILLARIN İŞLEMCILERI Pentium® III Xeon™ İşlemci Pentium® III Xeon™ İşlemci Pentium4 İşlemci (Willamette ) Piyasaya Sürülme Tarihi 12 Ocak 2000 (800 MHz) 10 Nisan 2000 (866 MHz) 24 Mayıs 2000 (933 MHz) 8 Mart 2000 (1.0 GHz); 20 Kasım 2000 Saat Hızları 800MHz 850MHz 866MHz 933MHz 1GHz 400MHz sistem yolu 1.30GHz 1.40GHz 1.50GHz 1.70GHz 1.80GHz 1.90GHz 2.00GHz 2.20GHz 2.40GHz 2.50GHz 2.60GHz 533MHz sistem yolu 2.26GHz 2.40GHz 2.53GHz 2.66GHz 2.80GHz 3.00GHz Yol Geni şlikleri 64 bit 64 bit 64 bit Transistor Sayısı 28 milyon (0.18 mikron) 28 milyon (0.18 mikron) 42 milyon (0.18 mikron, 0.13 mikron ) Adresledi ği Bellek 64 Gbyte 64 Gbyte 64 Gbyte Sanal Bellek 64 Terabyte 64 Terabyte 64 Terabyte Özet Anlatım İş ve tüketici PC, iki- yollu sunucu ve istemci İş ve tüketici PC, iki- yollu sunucu ve istemci Hiper Kanallı, 400 ve 533 Mhz sistem yolu vb. özellikleri ile yeni bir mimari. İleti şim Yolları Her ne kadar mikroi şlemci mimarisine girmese de i şlemciyle ayrılmaz bir parça olu şturan ileti şim yolları gerçekle ştirdikleri göreve göre kendi aralarında üçe ayrılırlar. Adres yolu: komut veya verinin bellekte bulundu ğu adresten alınıp getirilmesi veya tersi işlemlerde adres bilgisinin konuldu ğu yoldur. 16-bitlik hatta sahip adres yolu tek yönlü yapıya sahiptir. Çünkü, sadece i şaretçi olarak vazife görür. Adres sadece tarif edilir, gelmez. Adres yolunu meydana getiren hatlar aynı zamanda adresleme kapasitesini de gösterir. Maksimum bellek kapasitesi 2üssü n'dir. Burada n, adres hattı sayısıdır. E ğer bir sistemde adres hattı 16-bit ise o sistemin bellek büyüklü ğü 2 üzeri 16=65536, kısaca 64 KB olacaktır. 22 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Veri yolu ; i şlemciden belle ğe veya G/Ç birimine veri yollamada ya da tersi i şlemlerde kullanılır. E ğer kaydediciler 8-bitlikse veri yolları da 8-bitliktir. Di ğer durumlarda veri iki parça halinde iki kerede getirilecek ve dolayısıyla zaman kaybı olacak veya kapasite uyu şmazlı ğı ba ş gösterecektir. Veri yolları bilginin çift yönlü ta şınmasında (yükle ve sakla i şlemleri) kullanılmaktadır. Kontrol Yolu : Sisteme ba ğlı birimlerin denetlenmesini sa ğlayan özel sinyallerin olu şturdu ğu bir yapıya sahiptir. R/W (Read/Write), CS (Chip Select), CE (Chip Enable), Halt (i şlemci durdurma) gibi sinyaller birer kontrol sinyalidir. Kontrol yolunu meydana getiren sinyaller üç gruba ayrılır: • Kesme Sinyalleri : Dı ş dünyadan (çevre elemanlarından) veya i şlemci dı şarısından gelebilecek kesme sinyallerinin kullandı ğı hatlardır. Bunlar; IRQ, NMI veya RESet gibi sinyallerdir. • Yön Belirleme Sinyalleri : Verinin hangi yöne gidece ğini ve hangi yonganın seçilece ğini belirleyen sinyallerdir (Bellekten okuma veya yazma gibi). • Zamanlama Sinyalleri : Bu hatları kullanan sinyaller hangi zamanda ne yapılaca ğını tayin ederler. Bunlar saat darbeleri ve i şlemci içerisinde veya dı şarısında bir elemanı tetiklemek üzere gönderilen sinyallerdir. Meselâ, A kaydedicisine bir veri yüklenece ği zaman "in" ucuna kontrol birimi tarafından bir sinyal gönderilmelidir. Ya da bellekten okunan bir verinin veri yolu üzerinden sisteme girdi ğinde hangi birime gidece ği bu yoldan gönderilen sinyalle belirlenir. Aksi durumda bu veri tüm birimlere yüklenecektir. Veri Yolu Ba ğda ştırma Devreleri Veriler iletim yolunda gezerken hangi birimle ilgiliyse o birime do ğrudan giremez veya çıkamaz. Mutlaka ilgili birimlerin tampon veya sürücü devrelerinde sorgulandıktan sonra i şlem görürler. Bu tip uygunla ştırıcı veya ba ğda ştırıcı devreler üç durumlu elektronik kapılar dizisinden olu şturulur. RAM tipi belleklerden veya G/Ç biriminden hem okuma hem de yazma yapılabildi ğinden iki yönlü veri akı şını sa ğlayan düzenler kullanılır. ROM tipi bellekten sadece okuma yapıldı ğından tek yönlü üç-durumlu devreler kullanılır. Üç-durumlu devreler adından da anla şılaca ğı gibi bir uca sahiptir. Bu uçlardan ikisi giri ş ve çıkı ş olarak di ğeri de yetkilendirme(kontrol) ucu olarak düzenlenmi ştir. Üç-durumlu kapılardan bazılarının yetkilendirme uçlarında invertör kullanılırken bazılarının çıkı ş uçlarında kullanılır. Veri yolundaki her bir hatta bir adet üç-durumlu ba ğlanır. 23 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Şekilde A0-A8 ile gösterilen hatlar adres yoluna ba ğlıyken, D0-D3 hatları veri yoluna ba ğlıdır. Mikroi şlemci tarafından ana bellekten bir veri okunması gerekiyorsa, zamanlama ve kontrol birimi tarafından kontrol yolundaki CS ve R/W hattına gerekli yongayı seç ve oku (mantıksal 1) sinyali gönderilirken, kontrol mantı ğı devresi üç- durumlu mandallara verinin dı şarı çıkaca ğını bildirir, yani sol yandaki mandal grubuna yetki verilir. Böylece okunacak verinin adresi belli, kontrol sinyalleri de gönderildi, son olarak mandallar açılarak veri otomatik olarak veri yoluna çıkar. Veri yoluna çıkan verinin aynı yoldan tekrar belle ğe dönmesi mümkün de ğildir. Bundan dolayı veri yolundaki bilgiler mikroi şlemci tarafından alınır veya e ğer sistemde Do ğrudan Bellek Eri şim (DMA) devresi bulunuyorsa çıkı şa gönderilebilir. Mikroi şlemcinin tek bir komutu i şleme hızı. Bir mikroi şlemcinin hızı saat frekansıyla do ğrudan ilgilidir.Fakat saat frekansı her zaman gerçek çalı şma frekansını yansıtmaz. İşlemci hızını belirleyen bir çok yol vardır. Bunlar, çalı şma çevriminin uzunlu ğudur ki , bu ölçüm fazla kullanı şlı de ğildir. Ba şlıca mikroi şlemci hızları mikrosaniye olarak 1, 66, 100 MHz veya MIPS'tir(Saniyede Milyom Adet Komut İşleme). Bir mikroi şlemciyi di ğerinden daha hızlı yapan unsurlar şunlardır: • CPU'nun devre teknolojisi ve planı. • İşlemcinin bir defada i şleyebileceği kelime uzunlu ğu. Daha uzun kelime daha hızlı i şlem demektir • İşlemci komut kümesi. Bir i şlemcide bir i şlem tek bir komutla yapılırken di ğerinde daha çok komutla yapılabilir. • Genel olarak denetim düzeni. • Kesme altyordam çe şitleri. • Bilgisayar belle ğine ve G/Ç cihazlarına eri şim hızı. 24 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Mikroi şlemcinin do ğrudan adresleyebilece ği bellek büyüklü ğü. Bilgisayar sistemlerindeki ana bellek mikroi şlemci tarafından adres yolu vasıtasıyla adreslenir. Adres yolu hattı ne kadar çoksa adresleme kapasitesi de ona göre büyük olur. İşlemci içerisindeki adres i şaretçisi kaydedicilerin büyüklü ğü, i şlemcinin adres çıkı şında bir kaydıran kaydedici yardımıyla artırılabilirken ve adres yolu da ço ğaltılmı ş olur. XT tipi bilgisayarlarda adres kaydedicisi (MAR) 16-bitlik olmasına ra ğmen adres bilgisi dört bit sola kaydırılarak 20-bitlik hatta verilirken 1 MB'lık bellek adreslenebilmektedir. AT tipi bilgisayarlarda 24 ve 32-bitlik adres hattı kullanılarak 4 GB'lık bellek adreslenebilmektedir. Programcının üzerinde çalı şabilece ği kaydedici çe şitleri. Kaydedici sayısının fazla olması manevra kolaylı ğı ve esneklik sağlar. Kaydediciler üç gruba ayrılır; genel amaçlı kaydediciler (A, B ve X ), özel amaçlı kaydediciler (PC, SP, ve PSW) ve gizli kaydedicilerdir (ÎR, MAR, MDK. DAR, DR). Programcının kullanabilice ği de ği şik türdeki komutlar. Mikroi şlemci hızını etkileyen komutlar, veri manevra komutları, giri ş/çıkı ş komulları, aritmetik komutlar, mantık kumulları ve test komutları gruplarından birisine dahildir. Programcının bellek adreslerken gerek duyaca ğı farklı adresleme modları. Do ğrudan adresleme, dolaylı adresleme ve indeksli adresleme gibi adresleme türleri programcıya ekstra kolaylıklar sa ğlar. Adresleme modları üzerinde çalı şılan bir verinin belle ğe nasıl ve ne şekilde yerle ştirileceği veya üzerinde çalı şılacak bir verinin bellekten nasıl ve hangi yöntemle ça ğrılaca ğıdır. İleri Mikroi şlemci Özellikleri Son zamanlarda mikroi şlemcili sistemlerdeki hız ve performans artı şı, büyük ve esaslı düzenler sayesinde sa ğlanmı ştır. Bu düzenlerden belli ba şlıları, ön-bellek sistemleri, is-hattı teknolojileri, üstün dallanma tahmini yürüten sistemler ve yüksek akı şkanlık sa ğlayan sistemlerdir. Di ğer İleri İşlemci Özellikleri Yukarıda bahsedilen yüksek performanslı ileri i şlemci özelliklerine ilave olarak pek çok özellikler katılabilir. Bu özellikler artık tüm ileri i şlemcilerde yaygın olarak kullanılmakladır. Belli ba şlıları a şa ğıda sıralanmı ştır: • Multimedya i şlemi: İşlemcilerin; resim, ses, grafik ve ileti şim gibi işlemlerde performansının dü ştü ğü bir gerçektir. Tamamına multimedya özellikleri denilen ve MMX ve 3D NOW gibi adlarla anılan bu özellikler X86 tabanlı i şlemcilerin performansında büyük artı ş sa ğlamı ştır. • Komutların i şlenmesi: MMX komutları kullanılana dek geli şmi ş i şlemciler, aynı anda tek bir komutla tek bir veri üzerinde oynayabilme özelli ğine (SISD- Single Instruction Single Data-Tek komut Tek Veri) sahipti. 25 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya MMX komut kümesiyle birlikte i şlemciler zorunlu olarak tek komutla bir çok veri üzerinde çalı şılabilen (SIMD-Single Insruction Multiple Data-Tek komutla Çok Veri) bir yetene ğe sahip olmu şlardır. Daha sonraları SSE ve SSE-II denilen bu sistemde SIMD yetene ğine daha da akı şkanlık sa ğlanarak, mullımedya i şlemleri daha hızlı bir şekilde yürütülmesi hedeflenmi ştir. • Komutların mikro-operasyonlara bölünerek sırasız çalı ştırılması: Bazı RISC tipi mikroi şlemcilerde daha önce bazılarında daha sonra devreye sokulan geli şmi ş komut i şleme mantı ğı, X86 tipi i şlemcilere P6 ailesiyle birlikte girmi ştir. Eski CISC tipi i şlemcilerde komutlar bellekten getirilip kodu çözülerek i şleniyordu, i şlemci sadece X86 komutlarının kodunu çözüp icra birimine göndermek yerine, onları mikro-operasyon (uop) dizilerine dönü ştürerek süperölçekli i ş-hattında çalı ştırılmak üzere bekletir. • Çalı şma izleme belle ği: Çok kademeli i ş-hattında dallanmalardan dolayı meydana gelebilecek gecikmeleri ortadan kaldırmak için çe şitli adlar altında çalı şma izleme belle ği denilen birim eklenmi ştir. Ön-bellekte bekleyen komutları alıp kodlarını çözerek anla şılabilir formlara dönü ştürdükten sonra onları icra birimine hazır hale getiren bir havuzdur. • Yüksek bantgeni şli ği ve gecikme: Bantgenişli ği bir veri yolundan bit olarak belli bir zamanda ne kadar veri iletilebilece ğini gösterir. Yani kabaca, bu yol veya hat ne kadar veri ta şıyabilir. Genellikle bu tabir mikroi şlemcili sitemlerde CPU ile RAM arasındadır. İşlemcinin çalı şma frekansının (bu yükselen veya dü şen kenarında olabilir) her bir tıklamasında bu veri yolundan ne kadar bitlik veri gönderilebilece ğidir. Şekilde, ana belle ğin CPU'ya 8-baytlık veri blo ğunu 6 defa göndermesini göstermektedir. Burada 64-bitlik bellek veri yolu gözönüne alınmı ştır. E ğer bellek veri yolu geni şli ğinin yarı yarıya azaldı ğı dü şünülürse, her bir saat darbesinde veri ta şıma oranı yarıya dü şer(yani 4-bayta). E ğer iki misline çıkarılırsa, 128-bit, her saat darbesinde 16-bayt olacaktır. Her 8-baytlık blok gönderimi bellek frekansının dü şen kenarında gerçekle şmekledir. Her bir 8-baytlık blok word (sözcük) olarak anılır. Böylece şekildeki sistem bellekten i şlemciye ardarda 6 sözcük göndermektedir. Bu açıklamalar ı şı ğında, bantgenişli ğini artırmak için iki yol vardır. 26 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Birincisi, veri yolu saat frekansını artırmaktır. Her bir dü şen kenarla yükselen kenar arasında mutlaka bo ş kullanılmayan alan vardır. Bu alanı mümkün oldu ğunca sık tutmaktır. Bu durumda, dü şen belli bir zaman dahilinde dü şen kenarların sayısı artaca ğından veri ta şıma oranı da yükselecektir. İkincisi, yukarıda bahsedildi ği gibi bellek ile CPL1 arasında dö şenmi ş veri yolunu geni şletmektir. Bu ikisinin birlikte yapılması elbette ek maliyet getirecektir. Bantgenisli ği ile birlikte anılan di ğer bir terim gecikmedir(latency). Bu İşlem, bir verinin bir birimden di ğer birime geçi şine kadar ki geçen süreyle tanımlanabilir. Bunlar i şlemci ile belle ğin yapısal olarak ne kadar birbirine yakın oldu ğu ve bunların saat frekanslarıyla ilgilidir. Bir örnek verilecek olursa, e ğer bir veri yolu 100 MHz'de çalı şıyorsa (saniyede 100 milyon saat çevrimi), ve her bir çevrimde 8-baytlık veri ta şıyabiliyorsa bu sistemin bantgeni şli ği 800 MB/s olacaktır. Bantgeni şli ği = veri yolu saat frekansı * veri miktarı Bantgeni şli ği = 100 * 8 = 800 MegaBayt/saniye E ğer daha hızlı bir veri yolu sa ğlamamı şsa, meselâ 200 MHz, bantgeni şli ği 200*8=1.6 GB/s olacaktır. Veri yolunun iki misline geni şlediği dü şünülürse, 200*16=3.2 GB/s olacaktır. Bu de ğerleri yükseltmenin yolu daha öncede belirtildi ği gibi, saat frekansını yükseltmek ve veri yolunu geni şletmektir. Şekil-Saat frekansı ve veri yolu artırılmı ş bantgeni şli ğini gösteren diyagram Bantgeni şli ğinin yükseltmenin di ğer bir yolu Sekilde görüldü ğü gibi, son zamanlarda gelişmi ş i şlemcilerde uygulanmaktadır. Veri yolundan tek bir frekansla de ğil birden fazla frekansla ve bir kenarda de ğil hem yükselen hem de dü şen kenarlarda veri aktarmaktır (veri akı şkanlı ğını artırmaktır). Mikroi şlemci Performansı Performans, verilen bir görevin gerçekle ştirilmesi için harcanan zamanla do ğrudan ilgili bir kavramdır. Bir çok mikroi şlemci sabit oranda çalı şan bir saat (sabit frekanslı saat sinyali) kullanılarak tasarlanır. Böylece, tasarımcı onun frekansının veya periyodunun olu şturdu ğu saat sinyalini referans alır. Meselâ 100 ns'lik zaman periyodunda çalı şan bir i şlemcinin çalı şma frekansı 10 MHz olacaktır. Frekans, f=1/t formülünden yola çıkılarak bulunur. 27 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Performansa etki eden ana unsurlar şunlardır; • Verilen görevin yapılma zamanı: Bunları; i şlem zamanı, cevap verme süresi ve gecikmeler olu şturur. • Belli bir zamanda belirli bir i şin yapılması: Burada zaman; hafta, gün, saat, dakika veya saniye olabilir. Süreç ve bantgeni şli ği ile ifade edilir. Tüm bu karakteristikler mikroi şlemcinin teknolojik özellikleriyle ilgilidir. Bir mikroi şlemcinin performansı tek ba şına bir bilgisayarın performansını olu şturamayacağına göre, bu üç özellikte bir mikroi şlemcinin performansını tek ba şına olu şturamazlar. Bunlara ek olarak mikroi şlemcinin performansına etki eden faktörler vardır. Bunlar; i şletim sistemi, derleyici, ISA, organizasyon, teknoloji, uygulama programları ve buna benzer etkenlerdir. Performansa do ğrudan veya dolaylı etki eden faktörler şekilde görülmektedir. MMX MMX, multimedya uygulamalarını daha hızlı çalı ştıran bir Pentium mikroi şlemcisidir. Bu i şlemciye video, ses ve grafik i şlemlerini yapacak 57 ek komut eklenmi ştir. CELERON P6 mimarisine sahip ucuz bir Intel mikroi şlemcisidir. Pentium II ile aynı mimaride olmasına ra ğmen daha az özelliklere sahiptir. 300 A’dan sonraki Celeron modelleri i şlemci ile aynı saat hızında çalı şna L2 ön belle ği vardır. Pentium II’nin L2 ön belle ği 512 KB iken bu Celeron’da 128 KB’dır. PARALEL İŞLEMC İ Tek bir i şlemci üzerindeki saatlerce süren çalı şma o i şlemci üzerinde ısınma meydana getirerek sistemin yava şlamasına bundan dolayı da performansın azalmasına sebep olur. Bu gibi durumlarda veya bir a ğı yöneten serverler’da birinci i şlemci ile aynı özelliklere sahip ikinci bir i şlemci sisteme dahil edilerek bu problemin üstesinden gelinir. 28 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya İŞLEMC İ ÜRET İM M İMAR İLER İ CISC Mimarisi CISC mimarisinin karakleristik iki özelli ğinden birisi, de ği şken uzunluktaki komutlar, di ğeri ise karma şık komutlardır. De ği şken ve karma şık uzunluktaki komutlar bellek tasarrufu sa ğlar. Karma şık komutlar İki ya da daha fazla komutu tek bir komut haline getirdikleri için hem bellekleri hem de programda yer alması gereken komut sayısından tasarruf sa ğlar. Karma şık komut karma şık mimariyi de beraberinde getirir. Mimarideki karma şıklı ğın artması, i şlemci performansında istenmeyen durumların ortaya çıkmasına sebep olur. Ancak programların yüklenmesinde ve çalı ştırılmasındaki dü şük bellek kullanımı bu sorunu ortadan kaldırabilir. Şekil - CISC Tabanlı Bir İşlemcinin Çalı şma Biçimi Tipik bir CISC komut seti, de ği şken komut formatı kullanan 120-350 arasında komut içerir. Bir düzineden fazla adresleme modu ile iyi bir bellek yönetimi sa ğlar. CISC mimarisi çok kademeli i şleme modeline dayanmaktadır. İlk kademe, yüksek düzeyli dilin yazıldı ğı yerdir. Sonraki kademeyi makina dili olu şturur ki, yüksek düzeyli dilin derlenmesi sonucu bir dizi komutlar makina diline çevrilir. Bir sonraki kademede makina diline çevrilen komutların kodları çözülerek, mikroi şlemcinin donanım birimlerini kontrol edebilen en basit i şlenebilir kodlara dönü ştürülür. En alt kademede ise i şlenebilir kodları olan donanım aracılı ğıyla gerekli görevler yerine getirilir. Birinci M İB İkinci M İB 29 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya CISC Mimarisinin Avantajları • Mikroprogramlama, yürütülmesi kolaydır ve sistemdeki kontrol biriminden daha ucuzdur. • Yeni komutlar ve mikrokod ROM'a eklemenin kolaylı ğı tasarımcılara CISC makinalarını geriye do ğru uyumlu yapmalarına izin verir. Yeni bir bilgisayar aynı programları ilk bilgisayarlar gibi çalı ştırabilir. • Verilen görevi yürütmek için daha az komut kullanır. • Mikroprogram komut kümeleri, derleyici karma şık olmak zorunda de ğildir. CISC Mimarisinin Dezavantajları İşlemci ailesinin ilk ku şakları genelde her yeni versiyon tarafından kabullenilmi ştir; böylece komut kodu ve yonga donanımı bilgisayarların her kuşa ğıyla birlikte daha karma şık hale gelmi ştir. Mümkün oldu ğu kadar çok komut, mümkün olan en az zaman kaybıyla belle ğe depolanabiliyor ve kumutlar neredeyse her uzunlukta olabiliyor. Bunun anlamı farklı komutlar farklı miktarda saat çevrimi tutacaktır. Ço ğu özel güçlü komutlar geçerliliklerini do ğrulamak için yeteri kadar sık kullanılmıyor. Komutlar genellikle bayrak (durum) kodunu komuta bir yan etki olarak kurar. Bu ise ek saykıllar yani bekleme demektir. Aynı zamanda, sıradaki komutlar i şlem yapmadan önce bayrak bitlerinin mevcut durumunu bilmek durumundadır. Bu da yine ek saykıl demektir. RISC Mimarisi RISC mimarisi, CISC mimarili i şlemcilerin kötü yanlarını piyasanın tepkisi ve ona bir alternatif olarak, i şlemci mimari tasarımlarında söz sahibi olan IBM, Apple ve Motorola gibi firmalarca sistematik bir şekilde geliştirilmi ştir. 70'lerin ortalarında yarı iletken teknolojisindeki geli şmeler, ana bellek ve i şlemci yongaları arasındaki hız farkını azaltmaya ba şladı. Bellek hızı arttı ğından ve yüksek seviyeli diller assembly dilinin yerini aldı ğından, CISC' in ba şlıca üstünlükleri geçersizle şmeye ba şladı. Bilgisayar tasarımcıları sadece donanımı hızlandırmaktan çok bilgisayar performansını iyile ştirmek için ba şka yollar denemeye ba şlamı şlardır. Şekil - Mikrokod Denetimli CISC ve RISC Mimarisi 30 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya İlk RISC Modeli IBM, RISC mimarisini tanımlayan ilk şirket olarak kabul edilir. RISC'in felsefesi üç temel prensibe dayanır: • Bütün komutlar tek bir çevrimde çalı ştırılmalıdır: Gerçekle ştirilmesi bazı özelliklerin var olmasına ba ğlıdır: komut kodu harici Veri yoluna e şit ya da daha küçük sabit bir geni şlikte olmalı, ilave edilmek istenen operandlar desteklenmemeli ve komut kodu çözümü gecikmelerini engellemek için dikey ve basit olmalı. • Belle ğe sadece "load" ve "store" komutlarıyla eri şilmelidir: Komut alınıp getirilir ve bellek gözden geçirilir. RISC i şlemcisiyle, belle ğe yerle şmi ş veri bir kaydediciye yüklenir, kaydedici gözden geçirilir ve kaydedicinin içeri ği ana belle ğe yazılır. • Bütün icra birimleri mikrokod kullanmadan donanımdan çalı ştırılmalıdır: Mikrokod kullanımı, dizi ve benzeri verileri yüklemek için çok sayıda çevrim demektir. Günümüzün RISC yapısına sahip ticari mikroi şlemcilerinde genel olarak iki tarz görülür. Bunlar Berkeley modeli ve Stanford modelidir. RISC Mimarisinin Özellikleri RISC mimarisi aynı anda birden çok kumutun birden fazla birimde i şlendiği i ş-hattı (pipelining) tekni ği ve süperskalar yapılarının kullanımıyla yüksek bir performans sa ğlamı ştır.Bu mimari, küçültülen komut kümesi ve azaltılan adresleme modları sayısı yanında a şa ğıdaki özelliklere sahiptir: Bir çevrimlik zamanda bir komut i şleyebilme. Aynı uzunluk ve sabit formatta komut kümesine sahip olma. Ana belle ğe "load" ve "store" komutlarıyla eri şim; operasyonların kaydedici üzerinde yapılması. Bütün icra birimlerinin mikrokod kullanılmadan donanımsal çalı şması. Yüksek seviyeli dilleri destekleme. Çok sayıda kaydediciye sahip olması. RISC Mimarisinin Üstünlükleri RISC tasarımı olan bir i şlemciyi kullanmak, bir CISC tasarımını kullanmaya göre pek çok avantaj sa ğlar: Hız: Azaltılmı ş komut kümesi kanal ve superskalar tasarıma izin verdi ğinden RISC i şlemciler genellikle kar şıla ştırabilir yarı iletken teknolojisi ve aynı saat oranları kullanılan CISC i şlemcilerinin performansının 2 veya 4 katı daha yüksek performans gösterirler. Basit Donanım: RISC i şlemcinin komut kümesi çok basit oldu ğundun çok az yonga uzayı kullanırlar. Kısa Tasarım Zamanı: RISC i şlemciler CISC i şlemcilere göre daha basit oldu ğundan daha çabuk tasarlanabilirler ve di ğer teknolojik geli şmelerin avantajlarını CISC tasarımlarına göre daha çabuk kabul edebilirler. 31 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya RISC Mimarisinin Mahzurları CISC tasarım stratejisinden RISC tasarım stratejisine yapılan geçi ş kendi problemlerini de beraberinde getirmi ştir. Donanım mühendisleri kodları CISC i şlemcisinden RISC i şlemcisine aktarırken anahtar i şlemleri göz önünde bulundurmak zorundadır. Üretim İlk i şlemciler valflar, ayrık transistörler ve çok kısıtlı bir şekilde entegre edilebilmi ş devrelerden olu şuyordu fakat günümüz i şlemcileri tek bir silikon yonga üzerine sı ğabiliyorlar. Çip üretiminde temel madde bir yarıiletken olan silikondur. Üretim sırasında çe şitli i şlemler yapılır. Önce silicon ignot denen ilindirik bir yapı üretilir. Bunun hammaddesi safla ştırılmı ş silikondan elde edilen bir çe şit kristaldir. Daha sonra bu silindirik yapı ince ince dilimlenerek wafer denen dairesel tabakalar olu şturulur. Wafer tabakaları yüzeyleri ayna gibi olana kadar cilalanır. Çipler bu wafer tabakaları üzerinde olu şturulur. A şa ğıdaki resimde bir wafer tabakasıyla üzerindeki çipleri görebilirsiniz. Çipler üst üste katmanlardan olu şur ve bu katmanlar için de ği şik hammaddeler vardır. Örne ğin yalıtkan yüzey olarak silikon dioksit kullanılırken iletken yollar ploisilikonla olu şturulabilir. Silikona iyon bombardımanı yapılarak silikondan transistörler üretilir ve bu i şleme doping denir. Yazılım Uyumlulu ğu Bilgisayarların ilk günlerinde herkes kendi yazılımını yazdı ğı için i şlemci mimarisi biraz daha arkaplandaydı. Geçen zamanla birlikte yazılımlar da oldukça geli şti ve bugünse yazılım ba şlı ba şına bir sektör. Günümüzde her ihtiyacımız için oturup kendi yazılımlarımızı hazırlamamamız imkansız, bir o kadar da gereksiz. Belirli bir standartlaşmayla beraber i şlemcilerin önemi de arttı. Günümüz PC'leri Intel 80x86 mimarisini kullanır. Bu mimari 70'li yıllardan bugüne kadar gelmi ştir, güncel CISC i şlemciler hala bu mimariyi kullanır. Bu standartla şmanın sonucu olarak programlar i şlemcilere göre de ğil komut setlerine göre yazılır ve 80x86 mimarisine göre yazılmı ş bir programın bir Intel i şlemcide çalı şıp da bir AMD i şlemcide çalı şmaması (ya da bunun tersi) mümkün de ğildir. İşlemcilere özel bazı ek komut setleri olsa da (SSE, 3D Now! gibi) bunlar sadece i şlemciye yönelik optimizasyonlardır ve programlar temelde aynıdır. 80x86 miamarisine göre yazılmı ş 32 bitlik bir program aynı mimarideki 32 bitlik bütün i şlemciler tarafından sorunsuzca çalı ştırılabilir. Ön-Bellek Sistemi Mikroi şlemcilerin sistemdeki en büyük yardımcı birimlerinden birisi bellektir. Bellek, komut ve verileri üzerinde geçici veya kalıcı olarak tutan bir elektronik elemandır. Tasarıma göre komutlar ve veriler istenirse bellekte ayrı bölümlerde tutulabilmektedir. Buda neyin nerede bulunaca ğının bilinmesini sa ğladı ğından daha fazla hız demektir. 32 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Mikroi şlemcilerin ilk üretim yıllarında mikroelektronik tasarım teknolojisinden dolayı bellekler i şlemcilerden daha hızlıydı. Fakat, mikroi şlemci mimarisinin tasarımındaki iyile ştirmeler bellekten daha hızlı yol almı ştır. Mikroi şlemcilerin hızını artırmak için elden ne geldiyse yapıldı ğı halde bellek mimarisi yava ş ilerlemi ştir. Bu sebepten, daha sonraki yıllarda mikroi şlemcinin çalı şma hızı bellekleri geçmi ştir. Bu da ortaya hız uyu şmazlı ğı denilen bir problem çıkarmı ştır. Bellekler face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif">dinamik ve statik olmak üzere iki temel gruba ayrılmakladır. Dinamik belle ğin bir bittik yapısı transistör ve kondansatörlerden meydana geldi ğinden, mantıksal 1'lerin olu şabilmesi için kondansatörün dolması için uzun zaman gereklidir. Bo şalması da (mantıksal 0 tanımlaması) aynı zamanı alaca ğından bu tip bellekler mikroi şlemciye göre oldukça yava ş kalmaktaydı. Statik bellekler, dinamik belleklerin yava ş hareket etmesine bir alternatif olarak geliştirilmi şlerdir. Genellikle içerisinde FET transistörler kullanılan ve flip-flop yapısına göre çalı şan bu belleklerde istemi yava şlatacak herhangi bir kondansatör kullanılmamı ştır. Dinamik bellek, dört veya altılı gruplar halinde yapılanan FET'lerden meydana geldi ğinden taleplere çok hızlı biçimde cevap vermesini sa ğlamı ştır. Sistemdeki ana belleklerin yapısı (RAM-Random Access Memory) genelde ucuz olan bir transistör ve kondansatörden olu şan dinamik bellekten (DRAM) meydana geldiğinden performans yava şlamasına sebep olmaktaydı. Ana bellekte dinamik belleklerin yerine fazla FET kullanımından dolayı pahalı olan statik belleklerin (SRAM) kullanılması durumunda sistem pahalıya mal olmaktaydı. Bu durumda tasarımcılar ana belle ğin tamamını statik bellek yapmak yerine, mikroi şlemci ile ana bellek arasına az miktarda statik bellek yerle ştirilmesine karar vermi şlerdir. Bu tip mimari yakla şıma Ön-bellek altsistemteri denilmektedir. Bilgisayar sistemi ilk çalı ştırıldı ğında ana bellekte bulunan ve çalı ştırılmayı bekleyen veri grubundan ön-bellek kapasitesi kadarını ön-bellek denetleyicisi tarafından alınarak ön-belle ğe ta şınır. Daha sonra CPU bellekten bir veri talep etti ğinde önce ön-bellekte olup olmadı ğına bakar. E ğer veri ön-bellekte yoksa ana belle ğe bakar ve burada mutlaka varolması gerekir. E ğer veri ön-bellekte varsa alarak i şler, e ğer ön-bellekte yoksa ana belle ğe gidece ğinden ve ana bellekte yava ş oldu ğundan biraz gecikme ile veri alınarak i şlenecektir. Önceleri anakart üzerine konulan küçük miktardaki ön-bellekler (8KB), daha sonraları Pentium gibi geli şmi ş i şlemciler önceleri i şlemci paketi içerisine sonra çekirdek içerisine çekilmi ştir. Çekirdek içerisine çekilmesi demek, işlemci ile aynı hızda çalı şması demektir. Bu du büyük performans artı şı demektir. Fakat i şlemci içerisine çekilen ön-belleklerin miktarı büyük olamayaca ğından dolayı performans artı şı belli bir miktarda kalacaktır. 33 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya CPU içerisine çekilen ön-belleklere komut ve veri olmak üzere L1 (birinci düzey-Level 1), CPU' paketi içerisindeki ön-belleklere L2 (ikinci düzey) ve e ğer kullanılıyorsa anakart üzerindekilere L3 ön-bellekleri denilmektedir. CPU veri için önce L1'e e ğer yoksa L2'ye e ğer orada da yoksa L3'e orada da yoksa ana belle ğe bakar. E ğer bunlardan birisinde bulursa hızlı bir şekilde alarak i şler. İstenilen verinin i şlemciye en yakın olan ön-bellekte bulunması performansı daha çok artıracaktır. Tüm bu ön-bellekler ve bunların düzenli bir şekilde çalı şmasını sa ğlayan denetleyicilerine ön-bellek altsistemleri denilmektedir. Sistem performansını önemli ölçüde artıran ön-belleklerin kapasitelerinin artırılması ve ana belle ğin de SRAM bellekten yapılması durumunda ortaya çıkabilecek olumsuzluklar şunlardır; • Fazla transistör kullanımından dolayı SRAM'lar DRAM'lara nazaran pahalıdır. • 1'e dört veya altı fazla transistör kullanılması demek daha fazla yer demektir. • Çok transistörlü bir bellek grubu, çalı şma halinde daha fazla ısı yayacaktır. Fazla ısı performans dü şümüne sebep olaca ğından dolayısıyla sistemin so ğutulması gerekecektir ve gürültü ortaya çıkacaktır. • Fazla transistör, fazla güç ihtiyacı demektir ve güçlü ve pahalı güç kaynaklarına gerek duyulacaktır. Ön-bellekler mikroi şlemci dolayısıyla bilgisayar performansını artıran önemli elemanlardan birisidir. Sisteme sadece belli bir yük bindiren ön-bellekleri i şletmek ön- bellek altsistemleridir. Bu sistemler, verinin hangi bellekte oldu ğunu, bu veriye nasıl ve kaç koldan ula şılaca ğını ve verinin hangi bellekte yenilenip (update) hangisinde yenilenmedi ğinin bilgisini tutmaktadır. İş-Hattı(Pipeline) ve Süperölçekli İşlem Mikroi şlemci tarafından i şlenecek komutlar sırasıyla ana belle ğin kod bölümünden alınarak getirilir. Bir sonraki adımda getirilen bu kodun ne demek istedi ği kod-çözücü bölümünde de şifre edilir. Daha sonra bu de şifre edilen bilgiye göre i şlem gerçekle ştirilir. Basit olarak bir i şlemcinin çalı şması kaç adımda gerçekle şir; komutu algetir, kodunu çöz ve çalı ştır. 34 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Bilgisayar sistemlerinde gelişmeler i şlemci geli şmesine de yansıdı ğından, üç adımda ve tek tek i şlenen komutlar günümüzde be ş ve daha fazla adımda bir defada yapabilmektedir. Orta hızlı bir i şlemcide komut a şa ğıdaki a şamalardan geçer: • İşenecek komutun bellekten alınarak komut kaydedicisine getirilmesi (Algetir safhası). • Getirilen komutun, mikrokod veya donanımsal yönteme göre kodun çözülmesi (Kod- çözme safhası). • Üzerinde i şlem yapılacak birimin adresinin belirlenmesi (adres üretim safhası). • Komutun kodunun çözülmesiyle ne yapılmak istendi ği anla şılarak gerçekle ştirilmesi (icra/i şlem safhası). • Elde edilen sonucun belle ğe yazılması (geriye yazım safhası). Bir komutun yukarıda sıralanan be ş adımda gerçekle şmesi sırasında di ğer birimlerin i şini bitirdikten sonra yeni bir i şe ba şlaması sistem performansını önemli ölçüde artıracaktır. Algetir biriminin bir komut getirildikten sonra kod-çözme bölümüne göndermesi ve hemen ardından ba şka bir komutu i şlemek üzere getirmesi ve di ğer birimlerinde i şlerini bitirdikten sonra sıradaki i şleme dalmasına i ş-hattı sistemi denir. İş-hattı sistemi bir otomobil üretim merkezindeki i şlemlere benzer. Montaj hattının birinci kademede otomobilin şasesi yürüyen banda konur. İkinci a şamada, motor şase üzerine yerle ştirilir.Üçüncü a şamada; kapılar, kaput ve şase üzerinde gerekli olanların montajı yapılır. Dördücü a şamada tekerlekler takılırken be şinci a şamada boyamayla birlikte otomobil hazır olur.Bu sistemdeki montaj hattında çalı şan herkesin görevi vardır.Birincisi kaputu takarken di ğeri tekerlekleri takar, öteki sıradaki i şi. Yine bir kademedeki ki şi i şini bitirdikten sonra beklemeden montaj hattına yerle ştirilmi ş bulunan yeni bir şaseye gerekli parçaları yerle ştirmeye ba şlar ve bu görev devam eder. Bu be ş kademeli montajda her bir kademede otomobil bitene dek sadece bir i ş yapıldı ğı dü şünülürse ve her bir i ş 30 dakika sürerse, toplam i şlem 150 dakika demektir. Yani 150 dakikada bir araba demektir. Halbuki, her bir kademedeki i şlem bittikten sonra di ğer sıradaki i şe ba şlanırsa, bir otomobilin toplam üretim süreci kabaca 30 dakikaya inecektir. 35 B İLG İSAYAR DONANIMI Kaya Şekilde görüldü ğü gibi, montaj hattındaki her bir a şamada ortalama 30 dk. harcandı ğı varsayılırsa, bir otomobilin bitmi ş bir şekilde elde edilmesi için 150 dk. gerekecektir. Di ğer yandan i ş-hattı teknolojisi ile çalı şılan bir montaj hattında, her kademede sıradaki i ş yapıldı ğından toplam üretim süresi bir kademedeki süreye e şit olacaktır, 30 dakika. Şimdi be ş kademeli bir mikroi şlemci mimarisine di ğer bir veya iki ya da üç be ş kademe daha eklenirse ne olur? Bu sistem iki yollu veya üç yolu be ş kademeli bir sistem olur ki buna Süperölçekli mimariye sahip mikroi şlemci denir. Bu üç yollu be ş kademeli i şlemcide aynı anda tüm birimlerde i şlem yapıldı ğında çok kısa bir sürede büyük i şlemler yapılabilece ği ortaya çıkmaktadır. Tek bir montaj hattından 30 dk sonra bir otomobil çıkar. Fakat bir yerine iki veya üç montaj hattı yerle ştirirse her 30 dakikada iki yada üç otomobil üretilmi ş olacaktır. Aynı zamanda montaj hattının hızı uygun şartlarda artırılırsa bu süre daha da kısalacaktır. Mikroi şlemcilerde bir kaç is-hattıyla olu şturulan süperölçekli mimari, i şlemci çalı şma frekansının artırılmasıyla yüksek performanslara eri şir. Bazı durumlarda bazı kademeler a şa ğıda sıralanan tehlikelerden dolayı i şsiz kalabilir. Yapısal tehlikeler: aynı anda iki farklı yoldan aynı kaynakların kullanılmasına te şebbüs edilmesi. Veri tehlikeleri: daha veri hazır olmadan kullanılmaya kalkı şılması. Verinin bir parçası ikinci kademede di ğer parçası üçüncü kademede oldu ğu gibi ikinci kademedeki verinin i şi bitirilip üçüncü kademeye yollanmadan veri hazır de ğildir. Kontrol tehlikeleri: şartlar ve durumlar de ğerlendirilmeden önce karar vermeye te şebbüs edilmesi. Bir komutun islenmesi sonucunda dallanmanın olmadı ğına bakılmadan sıradaki komutun i şlenmesi gibi. Mikroi şlemci denetim sistemi öyle bir yapılandırılmalıdır ki, i ş-hattı kontrol mekanizması tehlikeleri sezebilsin. Gecikme hareketleri bu tehlikelerin çözülmesi yönelik olabilir.Günümüz i şlemcilerinden Pentium'da 5, P-6 ailesinde 10 ve P4'de 20 kademeli i ş-haltı vardır.