İşlemci nedir ve nasıl çalışır? İşlemci Yapısı

İ

Bugün biraz donanım görmek üzereyiz. Ekibimiz, birlikte veri depolama ve işleme kapasitesine sahip çok sayıda elektronik bileşenden oluşur. İşlemci, CPU veya merkezi işlem birimi ana bileşenidir. Bir işlemcinin ne olduğu, bileşenlerinin ne olduğu ve ayrıntılı olarak nasıl çalıştığı hakkında konuşalım.

İşlemci nedir ve nasıl çalışır? İşlemci Yapısı

İşlemci nedir?

Tanımlamamız gereken ilk şey, her şeyi bilmek için bir mikroişlemci nedir. Mikroişlemci bir bilgisayarın beynidir, milyonlarca transistörden oluşan bir silikon çipin içine yerleştirilmiş entegre bir devreden oluşur. İşlevi veriyi işlemek, tüm bilgisayar cihazlarının çalışmasını kontrol etmektir, en azından bunların büyük bir bölümünü ve en önemlisi: Mantıksal ve matematiksel işlemlerin gerçekleştirilmesinden sorumludur.

Bunu fark edersek, makinemizde dolaşan tüm veriler, bazı sinyallerden ve bit denilen sıfırlardan oluşan elektriksel darbelerdir. Bu sinyallerin her biri talimatları ve programları oluşturan bir dizi bit halinde gruplandırılmıştır. Mikroişlemci, temel işlemleri gerçekleştirerek tüm bunları anlamalıdır: SUMA, RESTA VE VEYA, MUL, DIV, OPPOZİT VE YATIRIM. O zaman mikroişlemcimiz var:

Bilgisayarın ana belleğine yüklenen programların talimatlarını çözer ve yürütür.
Orjinali oluşturan tüm bileşenleri ve ona bağlı olan çevre birimleri, fare, klavye, yazıcı, ekran vb. Koordine eder ve kontrol eder.
İşlemciler şu anda genellikle kare veya dikdörtgen şeklindedir ve taban plakasına sabitlenmiş bir soket adı verilen bir elemana yerleştirilir. Bu, işlemci ile kendisine bağlı öğelerin geri kalanı arasında veri dağıtır.

Bir bilgisayarın mimarisi


İlerleyen bölümlerde bir işlemcinin tüm mimarisini göreceğiz.

Von Neumann tarafından Mimarlık:


Mikroişlemcilerin icadı bugüne kadar bunlar, işlemciyi daha sonra göreceğimiz çeşitli elemanlara bölen bir mimariye dayanıyor. Buna Von Neumann mimarisi denir. 1945 yılında matematikçi Von Neumann tarafından bir dizi parça veya elemana bölünmüş dijital bilgisayarın tasarımını tanımlayan icat ettiği bir mimari.

Mevcut işlemciler hala bu temel mimariye dayanmaktadır, ancak mantıksal olarak bugün sahip olduğumuz son elemanları tamamlayana kadar pek çok yeni unsur tanıtılmıştır. Aynı çipte birden fazla sayı, çeşitli seviyelerde hafıza elemanları, birleşik grafik işlemcisi, vb.

Bilgisayarın iç parçaları

İşlemci nedir ve nasıl çalışır? İşlemci Yapısı


Bir bilgisayarın bu mimariye göre temel parçaları şunlardır:

Bellek: bilgisayar tarafından yürütülen talimatların ve talimatların çalıştığı verilerin depolandığı unsurdur. Bu talimatlara programlar denir.
Merkezi İşlem Birimi veya CPU: Daha önce tanımladığımız öğedir. Bellekten gelen talimatların işlenmesinden sorumludur.


Giriş ve çıkış birimi: harici elemanlarla iletişime izin verir.
Veri otobüsleri: önceki elemanları fiziksel olarak bağlayan izler, yollar veya kablolardır. En önemli otobüsler:

Mikroişlemcinin Elemanları


Bir keresinde bilgisayarın ana kısımları tanımlanmış ve bilginin onun içinde nasıl dolaştığını anladı.

İşlemci nedir ve nasıl çalışır? İşlemci Yapısı

Kontrol Ünitesi (UC): Bu, kontrol sinyalleri vasıtasıyla komut vermek; saat. Ana bellekteki talimatları arar ve bunları yürütmek için komut kod çözücüsüne iletir.

İç parçalar:
Saat: İşlemcinin işlemlerini senkronize etmek için kare bir dalga oluşturur.
Program sayacı: yürütülecek bir sonraki talimatın hafıza adresini içerir.
Talimat günlüğü – şu anda çalışmakta olan talimatı içerir
Sıralayıcı: işleme talimatları için temel komutlar üretir.
Talimat kod çözücüsü (DI): gelen komutları yorumlamaktan ve uygulamaktan, işlem kodunu talimattan çıkarmaktan sorumludur.
İşlemci nedir ve img02 nasıl çalışır?

Mantık aritmetik birimi (ALU): Aritmetik hesaplamaları yapmaktan (SUMA, RESTA, ÇOKLULUK, BÖLÜM) ve mantıksal işlemlerden (VE, VEYA, …) sorumludur. İç parçalar.


İşletim devresi: işlem yapmak için çoklayıcılar ve devreler içerir.
Giriş kayıtları: operasyonel devreye girmeden önce veriler kaydedilir ve çalıştırılır.
Akümülatör: gerçekleştirilen işlemlerin sonuçlarını saklar
Bayrak: sonraki işlemlerde dikkate alınması gereken belirli koşulları saklar.

İşlemci nedir ve nasıl çalışır? İşlemci Yapısı

Kayan nokta birimi (FPU): Bu eleman mimarinin özgün tasarımında değildi, daha sonra grafikler ile gösterilen programların görünümü ile talimatlar ve hesaplamalar daha karmaşık hale geldiğinde tanıtıldı. Bu birim kayan nokta işlemlerini, yani gerçek sayıları gerçekleştirmekten sorumludur.
Kayıt bankası ve önbellek: mevcut işlemciler RAM bellekten CPU’ya köprü görevi gören geçici bir belleğe sahiptir. Bu RAM bellekten çok daha hızlıdır ve mikroişlemcinin ana belleğe erişimini hızlandırmaktan sorumludur.
İşlemci nedir ve img04 nasıl çalışır?

Ön Yan Veri Yolu (FSB): Veri yolu, ana veri yolu veya sistem veri yolu olarak da bilinir. Mikroişlemciyi anakartla, özellikle kuzey köprüsü ya da köprü olmayan çip ile iletişim kuran yol veya kanaldır. Bu işlem CPU’nun ana veriyolunun, RAM’in ve portların PCI-Express gibi genişleme işlemlerinin kontrol edilmesinden sorumludur. bu veri yolunu tanımlamak için kullanılan terimler Intel için “Hızlı Yol Bağlantısı” ve AMD için “Hypertransport” dür.

 

Arka Taraf Veri Yolu (BSB): Bu veri yolu, seviye 2 önbellek hafızasını (L2) CPU çekirdeğine entegre olmadığı sürece işlemciyle iletişim kurar. Şu anda, tüm mikroişlemciler çipin içine entegre önbellek belleğine sahiptir, bu yüzden bu veri yolu aynı yonganın bir parçasıdır.

İki veya daha fazla çekirdekli mikroişlemci


Aynı işlemcide sadece bu unsurları kendi içinde dağıtmakla kalmayacağız, şimdi çoğaltılıyorlar. Birkaç işlemci çekirdeğine sahip olacağız ya da aynı olanı ünite içinde birkaç mikroişlemci olacak. Bunların her biri kendi L1 ve L2 önbelleğine sahip olacak, normal olarak L3 aralarında, çiftler halinde veya birlikte dağıtılacak.

Buna ek olarak, her bir çekirdek için bir ALU, UC, DI ve FPU’ya sahip olacağız, böylece hız ve işlem gücü sahip olduğunuz çekirdek sayısı ile çarpılır. Mikroişlemcilerde yeni elemanlar da ortaya çıkar:

Tümleşik bellek denetleyicisi (IMC): Artık birkaç çekirdeğin görünümü ile işlemcinin ana belleğe doğrudan erişime izin veren bir sistemi var.
Tümleşik GPU (iGP): GPU, grafik işlemeyi işler. Bunlar çoğunlukla yüksek yoğunluklu bit zincir kayan nokta işlemleridir, bu nedenle işleme normal program verilerinden çok daha karmaşıktır. Bu nedenle, yalnızca grafik işlemesi için bir ünite içinde uygulanan mikroişlemciler vardır.
AMD Ryzen gibi bazı işlemciler dahili grafik kartını entegre etmiyor. Sadece onların APU 😉

İşlemci nedir ve nasıl çalışır? İşlemci Yapısı

Bir mikroişlemci nasıl çalışır?


Bir işlemci talimatlarla çalışır, bu talimatların her biri CPU’nun anlayabileceği belirli bir uzantının ikili kodudur.

Bu nedenle, bir program bir talimatlar dizisidir ve yürütülmesi için sırayla yapılması gerekir, yani her adımda veya zaman diliminde bu talimatlardan birinin gerçekleştirilmesi gerekir. Bir talimatı uygulamak için birkaç aşama vardır:

Talimatları arayın: talimatı bellekten işlemciye getiririz
Talimat kod çözme: talimat, CPU tarafından anlaşılan daha basit kodlara ayrılmıştır.


İşlem araması: CPU’ya yüklenen komut ile ilgili operatör aranmalıdır.
Öğretim uygulaması: gerekli mantık veya aritmetik işlem gerçekleştirilir.
Sonuç depolama: sonuç önbellekte saklanır
Her işlemci belirli bir talimatlar kümesiyle çalışır, bunlar işlemcilerle aynı anda gelişti. X86 veya x386 ismi, bir işlemcinin çalıştığı talimat dizisini belirtir.

Geleneksel olarak, 32 bit işlemcilere de x86 veya x386 adı verilmiştir.
Geleneksel olarak, 32-bit işlemcilere x86 adı da verilmiştir, çünkü bu mimaride 32-bit mimariyi ilk uygulayan Intel 80386 işlemciden gelen bu talimatlarla çalıştılar.

İşlemci nedir ve nasıl çalışır? İşlemci Yapısı

Bu talimat dizisinin daha verimli ve daha karmaşık programlarla çalışabilmesi için güncellenmesi gerekir. Bazen, bir programın çalıştırılması gerekliliklerinde SSE, MMX, vb. Gibi bir kısaltmaların geldiğini görüyoruz. Bunlar, bir mikroişlemcinin başa çıkabileceği bir dizi komuttur. Böylece sahibiz:

SSE (Streaming SIMD Extensions): CPU’lara kayan nokta işlemleriyle çalışmalarını sağladılar.
SSE2, SSE3, SSE4, SSE5, vb: bu talimat grubunun farklı güncellemeleri.

İşlemciler arasındaki uyumsuzluk


Bir Apple işletim sisteminin bir Windows veya Linux PC’de ne zaman çalışabileceğini hepimiz hatırlıyoruz. Bu, farklı işlemcilerin talimatlarının türünden kaynaklanmaktadır. Apple, Intel ve AMD dışındaki talimatlarla çalışan PowerPC işlemcilerini kullandı. Bu şekilde birkaç talimat tasarımı vardır:

CISC (Karmaşık Komut Seti Bilgisayarı): Intel ve AMD tarafından kullanılan, az sayıda komutun kullanıldığı ancak karmaşık olan bir komut. Birkaç saat döngüsü gerektiren daha eksiksiz talimatlar olduğu için daha fazla kaynak tüketirler.


RISC (Azaltılmış Komut Seti Bilgisayarı): Apple, Motorola, IBM ve PowerPC tarafından kullanılır, bunlar daha verimli işlemcilerdir, çünkü daha fazla talimatı vardır, ancak daha az karmaşıklığı vardır.
Şu anda her iki işletim sistemi de uyumludur çünkü Intel ve AMD işlemcilerinde bir mimariler kombinasyonu uygular.

Öğretim Uygulama Süreci

İşlemci nedir ve nasıl çalışır? İşlemci Yapısı

Bir RESET sinyali aldığında işlemci yeniden başlatılır, böylece sistemin işlem hızını belirleyen bir saat sinyali alarak sistemi hazırlar.
CP register (program sayacı) programın başladığı hafıza adresini yükler.
Kontrol ünitesi (UC), RAM’in CP’deki hafıza adresinde sakladığı talimatı getirmek için komut verir.


Ardından, RAM verileri gönderir ve RI’da (Talimat Kaydı) depolanana kadar veri yoluna yerleştirilir.


UC, süreci yönetir ve talimat, talimatın anlamını bulmak için kod çözücüye (D) geçer. Daha sonra yürütülecek UC’den geçer.
Talimat ve yapılacak işlem bilindikten sonra, her ikisi de ALU giriş kayıt defterlerine (REN) yüklenir.


ALU işlemi gerçekleştirir ve sonucu veri yoluna yerleştirir ve bir sonraki komutu uygulamak için CP 1’e eklenir.


İşlemci nin iyi olduğunu anlama


Bir mikroişlemcinin iyi veya kötü olup olmadığını bilmek için, iç bileşenlerinin her birine dikkat etmeliyiz:

Veriyolu genişliği


Bir veriyolunun genişliği, içinde dolaşabilecek kayıtların boyutunu belirler. Bu genişlik işlemci kayıtlarının boyutuyla eşleşmelidir. Bu şekilde, otobüsün genişliğinin, tek bir işlemle taşıyabileceği en büyük kaydı temsil ettiği anlaşılmaktadır.

Veriyolu ile doğrudan bağlantılı olan RAM bellek de olacaktır, bu kayıtların her birini sahip oldukları genişlikte saklayabilmelidir (buna bellek genişliği denir).

Veri yolu genişliği 32 bit veya 64 bit olduğunda şu anda sahip olduğumuz şey, yani, 32 veya 64 bit zincirlerini aynı anda taşıyabilir, depolayabilir ve işleyebiliriz. Her biri 0 veya 1 olma olasılığına sahip 32 bit ile 232 (4 GB) bellek miktarına ve 64 bit 16 EB Exabyte’a sahip olacağız.

Bu, ekipmanlarımızda 16 Exabyte belleğe sahip olduğumuz anlamına gelmez, ancak yön kapasitesini ve belirli miktarda belleği kullandığı anlamına gelir. Buradan itibaren 32 bitlik sistemlerin sadece 4 GB’lık belleğe yönelik bilinen kısıtlamaları geliyor.

Kısacası, otobüs ne kadar genişse, o kadar fazla iş kapasitesi.

Ön bellek


Bu anılar RAM’den çok daha küçük ancak daha hızlıdır. İşlevleri, sadece işlenecek olan veya en son işlenen talimatları saklamaktır. Önbellek arttıkça, CPU’nun alabileceği ve düşürdüğü işlem hızı artar.

Burada, işlemciye ulaşan her şeyin sabit diskten geldiğinin farkında olmalıyız ve bunun RAM bellekten ve hatta önbellekten bile çok daha yavaş olduğu söylenebilir. Bu yüzden bu katı hal hatıraları, sabit diskin büyük engelini çözmek için tasarlandı.

Ve kendimize soracağız, o zaman neden sadece büyük önbellek anıları üretmiyoruz, cevap basit, çünkü çok pahalılar.


Dahili işlemci hızı


Bir işlemci bakıldığında İnternet hızı hemen hemen her zaman en dikkat çekici şeydir. “İşlemci 3.2 GHz’e gidiyor”, fakat bu nedir? Hız, mikroişlemcinin çalıştığı saat frekansıdır. Bu hız ne kadar yüksek olursa, birim zaman başına o kadar fazla işlem gerçekleştirebilirsiniz. Bu daha yüksek performansa dönüşür, bu nedenle işlemci tarafından veri alımını hızlandırmak için her zaman birim başına maksimum işlemleri yapmak için önbellek vardır.

Bu saat frekansı periyodik bir kare dalga sinyali tarafından verilmektedir. Bir işlem yapmak için maksimum süre bir dönemdir. Periyot, frekansın tersidir.

Ama her şey hız ile ilgili değil. Bir işlemcinin hızını etkileyen birçok bileşen vardır. Örneğin, 1.8 GHz’de 4 çekirdekli bir işlemciye ve 4.0 GHz’de tek çekirdekli bir işlemciye sahipseniz, dört çekirdekli işlemcinin daha hızlı olduğundan emin olabilirsiniz.

Veriyolu hızı


İşlemci hızı önemli olduğu gibi, veri yolu hızı da önemlidir. Anakart her zaman mikroişlemciden çok daha düşük bir saat frekansında çalışır, bu yüzden bu frekansları ayarlamak için bir çarpana ihtiyacımız olacak.

Örneğin, saatte 200 MHz frekansında veriyolu olan bir anakart varsa, 10x çarpanı 2 GHz CPU frekansına ulaşacaktır.

Mikromimari


Bir işlemcinin mikro mimarisi, içindeki birim mesafe başına transistör sayısını belirler. Bu birim şu anda nm (nanometre) cinsinden ölçülür, ne kadar küçükse, o kadar fazla transistör yerleştirilebilir ve bu nedenle, daha fazla eleman ve entegre devre barındırılabilir.

Bunun enerji tüketimi üzerinde doğrudan etkisi vardır, daha küçük cihazlar daha düşük bir elektron akışına ihtiyaç duyacaktır, bu nedenle daha büyük bir mikro mimaride olduğu gibi aynı işlevleri yapmak için daha az enerji gerekecektir.

Bileşen soğutma


CPU’nun ulaştığı devasa hız nedeniyle, mevcut akış ısı üretir. Frekans ve voltaj ne kadar yüksek olursa, ısı da o kadar fazla üretilir, bu yüzden bu bileşeni soğutmak gerekir. Bunu yapmanın birkaç yolu vardır:

Pasif soğutma: Havayla temas yüzeyini yüzgeçler vasıtasıyla artıran metal dağıtıcılar (bakır veya alüminyum) vasıtasıyla.
Aktif soğutma: Soğutucuya ek olarak, pasif elemanın kanatçıkları arasında basınçlı hava akışı sağlamak için bir fan da yerleştirilmiştir.
İşlemci nedir ve img13 nasıl çalışır?

Sıvı soğutma: bir pompa ve kanatlı bir radyatörden oluşan bir devreden oluşur. Su, CPU’da bulunan bir blok üzerinden dolaştırılır, sıvı element, üretilen ısıyı toplar ve ısıyı bir kez daha zorla havalandırma yoluyla dağıtan, bir kez daha sıvının sıcaklığını düşüren radyatöre iletir.
Bazı işlemciler dağıtıcı içerir. Normalde onlar başka dünyanın hiçbiri değildir … ama PC’yi başlatmaya ve aynı zamanda onu geliştirmeye hizmet ediyorlar.

İşlemci nedir ve nasıl çalışır? İşlemci Yapısı

Isı boruları soğutma: sistem, sıvı dolu bakır veya alüminyum tüplerin kapalı bir devresinden oluşur. Bu sıvı CPU’dan ısı toplar ve sistemin tepesine kadar buharlaşır. Bu noktada, sıvının içten dış havaya ısı değiştirmesini sağlayan kanatlı bir soğutucu vardır, bu nedenle sıvı yoğunlaşır ve CPU bloğuna geri döner.

Bu, bir işlemcinin ne olduğu ve ayrıntılı olarak nasıl çalıştığı hakkındaki makalemizi sonlandırıyor. Umarız beğenmişsinizdir.

Daha Fazla Bilgi İçin: Başına 0 ekleyiniz. https://tr.wikipedia.org/wiki/İşlemci

Bilgisayar hakkında başka bilgiler için: https://pconeri.com/2019/04/02/ram-ne-demek-pc-parcalari-hakkinda-bilgi/

Yazar hakkında

Yorum ekle

furkan