Merkezi İşlemci (CPU) Nedir, CPU Nasıl Çalışır

3
3173
işlemci nedir

Öncelikle yazımı söz verdiğim vakitte yayınlamadığım için özür dilerim. Projeler, vizeler ve kendime ayırdığım vakit söz konusu olunca geciktirdim, ancak en kısa vakitte “Ekran Kartı nedir ve görevlerine göre kıyasları” yazımı da hazırlayacağım. Şimdiden bir not bırakayım, özellikle 3D modelleme programlarında kullanılan ekran kartları ile sıradan ekran kartları arasındaki farkların bazıları sizi çok şaşırtacak. İspat gibi detaylara girmeyeceğim, kabul edemeyecek düzeyde ekran kartı severler, lütfen sakin olunuz. Ardından “Televizyon Elektroniği” ve “Maxwell Denklemlerinin İntegral Biçimi” gelecek ve yeni konu arayışına gireceğim. Sıra bu şekilde olacak.

İşlemci aslında tek başına kullanıldığında pek çok farklı bölgede çalışan birim kastedilmiş olabilir, ekran kartının içindeki, DAC’ın içindeki ve hatta herhangi bir mikro denetleyici içindeki işlemci dahi kast edilmiş olabilir. Biz Central Processor Unit, yani Merkezi İşlemci Birimi ile yeterince detaylı şekilde uğraşacağız.

7 temel konu başlığı olacak, olabildiğince net, sade ve kısa anlatacağım. Bunlar sırasıyla;

  • Merkezi İşlemci nedir ve İşlemci Mimarisi
  • Intel’in doğuşu ve bugüne kadar geldiği noktalar
  • i (i3, i5, i7) serisi özel
  • AMD işlemciler ve serileri
  • Telefonlarda CPU dünyası
  • Overclock (Hız Aşırma)
  • Son notlar

Merkezi İşlemci nedir ve İşlemci Mimarisi

Merkezi işlemci, benim tanımımla bilgisayardaki tüm döngüleri işleyen birimdir. Döngü, belirli bir kod sistemi aracılığıyla oluşturulan parçalardır.

 

Merkezi İşlemci nedirBu parçalardan sadece ALU’ya detaylıca değinecek, diğer bazı parçalar tanıtılacaktır. MAR, Memory Adress Register açılımına sahip olup, Bellek Adres Yazmacı anlamına gelir, MDR, Memory Data Register açılımına sahip olup, Bellek Veri Yazmacı anlamına gelir. CU ise Control Unit olup, Kontrol Birimi anlamına gelir. ALU ise Arithmetic Logic Unit, yani Aritmetik Mantık Birimi anlamına gelir. CPU genelde kaç bit ise ALU da o kadar bite sahiptir, son 64 bit işlemcilerde ise yine de 32 bit ALU kullanılır. İspatı basittir, 32 bit ALU, en fazla 32 basamaklı sayılar ile işlem yapabilir. En temel matematik/aritmetik işlemlerini bu bölge yapar. Burada Elektronik ve Bilgisayar Mühendislerine özel bir şema koyacak, çok ufak bir açıklamada bulunacağım ama herkesin anlamasını beklemeyeceğimden temel lojik işlemleri bilmeyenler, bu bölgeyi atlayabilirler.

 

İşlemci MimarisiEn üstten en alta doğru incelersek, S0’dan S3’e kadar olan 4 “seçicinin” olduğunu görürüz. Bu bize ALU’nun 4 bit olduğunu gösterir. Sadece bu kadar basit bir ALU bile son derece karışık bir yapıya sahiptir, lojik analizi ise yapılar benzer olduğu için görece daha kolaydır ama anlamak için temel bir birikim gerekebilir. Kısaca, ALU burada 4 basamaklı her türlü dört işlemi yapabileceğini göstermektedir.

Intel’in doğuşu ve bugüne kadar geldiği noktalar

Şimdi, herkesin daha iyi anlayabileceği kısımlara geçiş yapalım. Intel ilk mikro işlemcisini 1971 yılında Intel 4004 ile 4 bit bir işlemci ile üretmiştir. O günden bugüne pek çok aileyi üretmiş olan Intel, en çok Pentium ailesini evirip, çevirmiştir. O günden bugüne, Celeron, Pentium, i serisi, Core 2 (Duo ve Quad) gibi ailelerde işlemci çıkaran Intel halen en başarılı mikro işlemci üreticisidir. XEON ise burada bahsedeceğim özel bir ailedir. En kuvvetli işlemcilerini aslında XEON ile üreten Intel, şu anda 22 çekirdek ve yeterli saat hızlarında yaptığı XEON işlemcileriyle temel döngü hesaplarında rakipsizdir.

i (i3, i5, i7) serisi özel

Serinin en zayıf ailesi i3 olmakla beraber, en kuvvetli ailesi de “genel olarak” i7’dir. 45 nm ile i serisi dünyasına giren Intel, o zamanların bilindik bir işlemcisi olan i7 740QM ve i7 940XM gibi işlemcileriyle diğer notebook işlemcilerine nazaran beklenmedik performans sunuyor, notebook dünyasının artık harika işlemcilere sahip olacağının sinyalini veriyordu. 32 nm ile Tick Tock dünyasına giren Intel, yanılmıyorsam tek saat bölgesinde 2 sinyal veriyor. Bunun bir açıklamasını bulamadım ama kare dalganın periyodik durumunda yüksek voltaj bölgesinin (Kare dalga basamak gibidir, yüksek tarafını düşünün) her iki kenarı için de, yani yükselen kenar ve alçalan kenar için de ayrı ayrı işaret gönderdiğini düşünmekteyim. Yanlışsam affola ama daha makul bir açıklama yok. 22 ve 14 nm ile yeterince kuvvetlenen Intel, 5 nm’ye kadar düşmeyi planlamaktadır. Üç adet SiO2 molekülünü (Silisyum Di Oksit) yan yana dizdiğimizde tek bir MOS transistör oluşturmak mümkün ama teoride mümkün. Öyleyse teorik sınırın “hatırladığım kadarıyla” 543 pm, yani başka bir deyişle, 0.543 nm olacağı aşikardır, yine de bu düzeye gelineceğini düşünmemekteyim. Güncel en kuvvetli Intel i7 masa üstü işlemcisi olan i7 5960X ile güncel en kuvvetli notebook işlemcileri arasında (Masa üstü işlemci kullanan notebooklar değil) halen 2 kata yakın bir fark vardır.

AMD işlemciler ve serileri

AMD işlemciler FX, Opteron, A serisi (A10’a not düşeceğim), Phenom gibi serilere sahiptir. FX serisi çok güç harcayan, çok çekirdekli, 9 GHz’in üzerine çıkma şerefine erişerek rekor kıran saat hızlarına sahip, fena önbellekli ama bir o kadar hayal kırıklığı derecesinde performansa sahiptir. Öyle ki, ideal bir notebook işlemcisi bu işlemciyi rahatlıkla stok hızlarında geçebilir. A10 ise uygun fiyata bilgisayar toplamak isteyenler için adeta biçilmiş ve hatta adeta kılıfı hattına uygun dizayn edilmiş kaftan. Bu kadar övmemin sebebi içindeki dahili ekran kartı, yoksa performansı çok mükemmel değil. A10’un en üst seviye işlemcisi 500 TL değil bile veya en fazla o kadar ama diyorsanız ki, ben az oyun oynarım ve ucuz yollu bilgisayarımda az da olsa Render performansı isterim ve de genel olarak işimi görsün, bence daha iyisine gerek yok. Solidworks gibi programlarda GTX 950 performansı verir, Siemens NX (Unigraphics) gibi programlarda ise GTX 1080’e, evet, yeni çıkan GTX 1080’e oldukça yakın performans verir. Burada oyun performansında GTX 1080’e değil yaklaşması, aralarında birkaç kat fark bulunması durumu dahi söz konusu değildir, hatta bazı GPU’ya doğrudan yüklenen çizim programlarında da fark açılmaktadır ama belirli özelleşmiş çizim programlarında ya Quadro tercih edeceksiniz ya da sırf hava atmak ve render almak için GTX 1080 alma hatasına düşmeyeceksiniz! Diğer yazımda daha detaylı değineceğim. Burada uygun yollu bilgisayar toplamak isteyenlere geçilebilecek bir kıyak geçtiğimi söyleyebilirim.

Telefonlarda CPU Dünyası

Telefonların da akıl almaz bir gelişme gerçekleştirdiği açıktır. Genel olarak MediaTek, Exynos, Qualcomm ve Apple’ın işlemcileri bulunmaktadır. Apple’ın (Samsung ve bir diğer marka asıl üreticilerdir) özellikle son çıkan A9 işlemcisi, diğer yüksek dozda çekirdek ve saat hızı barındıran telefon işlemcilerinden açık ara iyidir. Hatta ve hatta bazı i7 ve çoğu i5 notebook işlemcisi ile baş edebilecek düzeydedir. Çok düşük güç tüketimine sahip olması, Apple’ın yaptığı işe şapka çıkarttırır. Bu kadar performans bilgisi size ilginç gelebilir ama 10 yıllık tecrübem bana bunun gayet de mümkün olabileceğini açık ara göstermektedir.

Overclock (Hız Aşırma)

İngilizcesi Türkçesi ile tam aynı olmasa da, Overclock aslında Saat Üstü demektir. Bir mikroişlemcinin temel performansını saniyede yaptığı işlem belirtir. Bu saat hızı ile her zaman doğru orantılı olmak zorunda değil, hatta ve hatta çekirdek sayısı, önbellek gibi bileşenlerle de doğru orantılı olmak zorunda değil. Transistör sayısı ve mimariye (3D transistör özelleştirmesi gibi) bağlı olarak saat hızını göz önüne alabiliriz ama aynı model iki işlemci arasında saat hızı daha yüksek olanın saat hızına bağlı olarak doğrudan performans artışı olduğunu söyleyemeyiz. Bu bir Overclock rehberi değil ama Voltaj değeri, Çarpan Kilidi gibi Overclock etmenlerinden kısaca bahsedelim. Voltaj değeri belirli bir saat hızı geçilmek istendiğinde işlemcinin daha çok güç çekebilmesini ve o saat hızını sağlayabilmesine yarar. Çarpan Kilidi: Normalde bir işlemci belirli bir katsayıya sahiptir ve asıl saat hızı bu katsayı ile çarpılarak elde edilir. Bu kilidin açılması saat hızlarını inanılmaz ölçüde arttırmaya yarar ama henüz 10 GHz geçilemedi diye biliyorum. Ayrıca saat hızının teorik bir de limiti var olmalı, elektron hızlarına bağlı olarak. Yine de gelişen teknolojiye bağlı olarak Overclock işlemi gittikçe önemsiz hale gelmektedir.

Son notlar

İşlemciler endüstriyel alandan tutun, çamaşır makinelerine, telefonlardan tutun, herhangi bir bilgisayara kadar günümüzde çok fazla uygulama alanına sahiptir. İyi bir işlemci seçimi için, ne derece ihtiyaçları olan bir kullanıcı olduğumuzu bilmek, “En iyisini alalım” mantığından kat kat iyidir. Kullanacağımız sürenin 5 yıl olmasındansa, 2 yıl adam gibi kullanmak ve gerilmemek “bence” çok daha makuldür.

Sevgilerle, yazımın tüm sorumluluğunu kabul ediyorum.

Paylaşır mısınız?
Önceki İçerikMühendislik ve Felsefe
Sonraki İçerikÇalışan Kadının Karşılaştığı Zorluklar
Kayra Rıdvan Özcan
Merhaba, Yıldız Teknik Üniversitesinde Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği okumaktayım. Okulu uzatmama rağmen pes etmek gibi bir lüksüm yok, bitirmek kafamda bitirdiğim ama resmen de bitirmem gereken bir durum. Elektronik, Donanım, Hi-Fi ve Doğa Bilimleri hakkında yazacağım.

3 Yorum

  1. Yazı gayet güzel ve açıklayıcıydı. Konuyla alakasız olarak şunu eklemek isterim; güzel vatanımızın emekdar bir bireyi olarak seni kutlarım, inşallah gelecekte teknolojik gelişmelere ön ayak olup nice yeni buluşlara kaynak sağlarsınız. Bu ülkenin diğer medeniyetlerle yarışması için sizin gibi mühendis beyinlere ihtiyacı vardır. Yazılarınızı takip etmekteyim, olabildiğince bildiklerini takipçiler ile paylaşmanı isterim.

    • Sayın DokTorAY, size güzel düşünceleriniz için çok teşekkür ederim, elimden geleni yapacağım. :)

  2. Underclocking’den de bahsedilmeli diye düşünüyorum.Açıklayıcı yazı için teşekkürler.
    Siteniz de uzun süreler aktifim.

Düşünceleriniz Nedir?