İŞLEMCİ NEDİR ?

İŞLEMCİ NEDİR ? işlemci, bilgisayarın birimlerinin çalışmasını ve bu birimler arasındaki veri (data)akışını kontrol eden, veri işleme (verileri değerlendirip yeni veriler üretme) görevlerini yerine getiren elektronik aygıttır. Veriler üzerindeki yaptığı işlemler, temel aritmetik işlemleri kadar basit (örneğin 1+3 gibi) ya da çok daha karmaşık (bu değeri al ve ses kartına yolla ki böylelikle hoparlörden müzik dinleyebilinsin) gibi çeşitli seviyelerde olabilir. Aslında işlemciler, sadece bilgisayarlarda bulunan bir donanım değildir. Tüm elektronik sistemlerde işlemciler bulunur. Örneğin, otomatik çamaşır makinesi, otomatik bulaşık makinesi; fabrikalardaki otomatik cihazlar, televizyon. İşlemci yerine mikroişlemci, CPU (sipiu diye okunur - Central Processing Unit ), MİB (CPU’nun Türkçe karşılığı - Merkezi İşlem Birimi), μP (mikro processor-mikro prosesır diye okunur) isimlerini de sıklıkla kullanıyoruz
işlemci = Mikroişlemci = MİB = CPU = μP
işlemciler, klavyeden girilen tuşun ifade ettiği karakteri aynen ekranda gösterme şeklinde bir işlem yaptığı gibi; aldığı verileri değerlendirip yeni veriler de üretebilir.Örneğin, hesap makinesinin işlemcisi, girilen rakamlar üzerinde istenilen işlemi uygulayarak yeni sonucu ekranda gösterir.İşlemciler, bilgisayarda yönetici konumunda çalışır. İnsan beyninin tüm vücut organlarını sinir sistemi vasıtasıyla yönetmesi gibi işlemciler de kontrol sinyalleriyle sisteme bağlı tüm birimlerin çalışmasını düzenler ve yönetir.1971 yılında Intel firması, binlerce transistörü silikon çip üzerine yerleştirip işlemcinin boyutlarını küçültmesiyle birlikte daha önce sadece büyük şirketler ve üniversitelerin kullanabildiği bilgisayarlar iyice küçülmüş ve evlere girmeye başlamıştır.Mikroişlemciler, milyonlarca transistörden oluşmaktadır. Elektrik sinyalleri bunların üzerinden akar. Bilgisayarın yaptığı tüm işleri toplama, çıkarma, çarpma ve bölme gibi işlemler bu sinyaller vasıtasıyla gerçekleşir. Devrede elektrik sinyalinin olması “1”, elektrik sinyalinin olmaması “0” ile ifade edilir. İşlemci bu işlemleri en basit sayma sistemi olan ikilik düzen yani 0 ve 1 sayılarını kullanarak yapar. Komut, işlem, veri, vb. kavramların ikili sayı sistemi ile ifadesine, makine dili (makine kodu) denir. Mesela “A” harfi ikilik sistemde“01000001” ile ifade edilebildiği gibi mavi gibi bir renk de ikilik tabandaki sayı gruplarıyla ifade edilir. Aynı şekilde bir ses veya görüntü kaydı da yine buna benzer ikilik sayı gruplarI ile ifade edilirler. Bu “0” veya “1”in bilgisayarda kapladıkları alana bit adı verilir. Bu sayı grupları üzerinde işlem yapmak için işlemci içerisinde komut listesi (komut seti = instruction set) mevcuttur. Bu komutlar, işlemcinin sorumlu olduğu tüm matematiksel ve mantıksal işlemleri gerçekleştirir. İşlemciye gönderilen ve ona ne yapması gerektiğini söyleyen komutlara ise programlar denir
İŞLEMCİNİN GÖREVİ
İşlemcinin görevi nedir? Diye sorulduğunda birçok kişi net bir cevap veremese de işlemciyi bilgisayarın beyni olarak tanımlar. Bu tanımlama, işlemcinin öneminikavradıklarını ifade eder. İşlemcinin anlaşılabilmesi için görevini net olarak tanımlamalıyız.Bugün piyasada çeşitli işlemciler bulunmaktadır. Eğer işlemcinin bilgisayardaki görevini tam olarak bilmezseniz bu donanımda seçim yapmanız zorlaşacaktır. İşlemciyi anlamanız sizi hem mesleğinizde daha yeterli yaparken hem de bilinçli bir tüketici hâline getirecektir.
PROGRAMLAR NEREDE TUTULUR?
RAM’ler sabit disklerden hızlı olduklarına göre, işlemciyle uyum açısından neden sabit disk yerine sadece RAM’leri kullanmıyoruz? Birincisi sabit diskler RAM’lerden yüzlerce kat bilgiyi saklayabilirler. İkincisi RAM’ler bilgisayarı kapattığınız anda üzerindeki Tüm bilgileri kaybederlerken sabit diskteki bilgiler kaybolmaz. Yüksek oranda bilgi tutabilen ve bilgisayar kapalıyken de üzerindeki bilgileri kaybetmeyen bir belleğin üretim maliyeti sabit diskin maliyetinden çok daha fazladır. Bu nedenle tüm programlar sabit diskte tutulur ve çalıştırılmak istenen program RAM’e alınarak hızlı bir şekilde çalıştırılır.
RAM = Random Access Memory = Sistem Belleği = Ana Bellek

İŞlemciye ne yapmasını istediğimizi söyleyen programlar olmadığı sürece işlemci bir işe yaramaz. Peki bu programlar nerede tutulur, çalıştırılır, bu programların içerdiği komutlar işlemciye nasıl ulaşır? Bilgisayarda tüm programlar sabit diskte (hard disk) tutulur. Peki sabit diskte tutulan bu programların çalıştırılması aşaması nasıl gerçekleşir?İşlemci her saniyede milyonlarca, hatta milyarlarca komutu işleyebilir. Sabit disk, işlemcinin komut işleme hızına ulaşamaz. Bu sorunu ortadan kaldırmak için programlar sabit diskten alınarak RAM’e (rem diye okunur) yüklenir. RAM’den de işlemciye aktarılır. Bir program RAM’e yüklendiğinde ve işlemci kendisinden istenileni gerçekleştirdiğinde buna program (yazılım) çalışıyor deriz. Verinin sabit disk, RAM ve işlemci arasındaki akışı tek yönlü bir işlem değildir. İşlemcinin yaptığı işlemler sonucunda ürettiği veriler de işlemciden,RAM’e ve oradan da sabit diske alınarak, sabit diskte tutulur.
İşlemci Nasıl Çalışır?
İşlemci kendi içinde bir mimariye sahip olup işlemlerin yapılabilmesi için birçok ünitesi bulunmaktadır. İşlemler yapılırken Logic (mantıksal 1 veya 0) mantığı ile yapılmaktadır. Yani iki sayıyı toplamak için ilk olarak sayıların ikilik değerleri (1001010 şeklinde) ele alınır ve bunun üzerine işlemler yapılarak sonuç elde edilir. Veya bir film izlerken ekrandaki görüntünün oluşması için hafızada bulunana ikilik değerler birleştirilerek görüntüler oluşur. İşlemciler hafızalarında bulunana komutlarla dışarıdan gelen uyarılar eşliğinde işlemleri yapmaktadırlar. İşlemcini hafızasında bulunan komutlara o işlemcinin komut seti denilebilir. Normalde bilgisayarımızda veya başka kompleks ürünlerde sadece bir tane işlemcinin olduğunu düşünürüz oysaki detaylıca inceleyecek olursak Bilgisayarımızda; - Ekran Kartı: İkilik sistemdeki verileri görüntüye dönüştürmek ve görüntüledeki bozukluklar ile yuvarlamalar, gölgelendirmelere, hareketlendirmeler ve diğer bütün efektlerin gerçekleştirilmesi için bir işlemci bulunmaktadır. - Ses Kartı: Sistemdeki verileri ikilik sistemden alarak özel bir işleme sayesinden duyabileceğimiz şekle getiren, dolby, stereo, çok kanallı gibi özel ifadelerle belirtilen efektlerin oluşması için merkezi bir işlem ünitesine sahiptir. - Tv Kartı: Yine yayından aldığı verileri ikilik sisteme dönüştürerek işlemci üstünden ekran kartına aktarılmasını sağlayan merkezi bir işlem birimine sahiptir. Bu örneklerin sayısı sürekli arttırılabilir yani anlıacağımız yapılan her şey için bir işlemci biriminin gerekli olduğudur. Ve işlemcilerin ne işe yaradığı yukarıdaki örneklerdede daha iyi oalrak anlaşılmıştır.
İşlemci Üniteleri Nelerdir? İşlemcinin iç yapısına biraz bakacak olursak çeşitli ünitelerden teşkil edildiği gözükmektedir. Öncelikle kendi içinde bir belleğe sahiptir bu bellekte hafızasında bulunan komutlar (komut seti) ve işlem sırasında geçici bilgilerin saklanması için boş hafıza kısımları bulunmaktadır. Üniteleri biraz daha geniş açacak olursak. - Data Yolları: İşlemcinin içindeki bölümleri birbirine bağlayan ve bilgi akışının olduğu kısımlar olarak nitelendirebiliriz. Yeni nesil işlemcilerde data yolları çok daha büyük yapılarak (32 Bit, 64 Bit, 128 Bit) büyük verileri daha kısa sürede işlemeye olanak sağlamaktadırlar. Örnek olarak 64 bitlik veri yoluna sahip bir işlemcide tek döngüde 64 bit uzunluktaki bir veri bir yerden bir yere aktarılabilir. - Cache (Ön Bellekler): Normal olarak işlemci işlemleri gerçekleştirirken bir yerdeki bilgiyi alıp bir kısmını işeldikten sonra bilgilerin o anda tutulacağı ram adını verdiğmiz yerlere gönderir fakat işlemlerdevam ederken önceden ram e atmış olduğu bilgilerden bazılarına gereksinim duyabilir. Fakat işlemci ile ram arasındaki veri transferi işlemcinin kendi içindeki ram bölümündeki beri transferinden çok daha uzundur. Bu nedenle bu tarz gereksinimleri karşılamak için işlemciler dahili bir ram bellek ile (cache - ön bellek) üretilmektedirler. Öneli bilgiler ram bölümüne gönderilirken cache kısmındada saklanmaktadır ve bir işlem sırasında gereksinim duyulduğunda bu kısımda bilgiler alınmakta veya bu kısma aktarılmaktadır. - ALU: (Aritmetic Logic Unit - Matematiksel Mantık Birimi) olarak ta adlandırılabile bu bölüm ise işlemci içindeki işlemci oalrak nitelendirilebilir. İşlemci içinde 2 lik sistemde işlemlerin yapıldığı bölümdür ve tüm işlemler aslında toplama, çıkarma, çarpma, bölme gibi işlemlerin türevi olduğundan komut setleri ile gelen işlemler burdan gerekli şekilde işlenerek çıkartlılmaktadır.
İşlemcinin İç Yapısı Nasıldır ve Nasıl Tasarlanır?
İşlemciler aslında transistör adını veridiğimiz yarı iletken elemanların birleştirilmesi ile oluşmaktadır. Başlarda 100 -200 transistör birleştirilerek yapılan işlemciler, teknolojinin gelişmesi ise 1 Milyar ve daha fazla transistör birleştirilerek yapılabilir hale geldi. Aşağıdaki resimde yüzlerce milyon transistöre sahip bir işlemcinin yapısını görmektesiniz.

Yukarıdaki resimde aslında yüzmilyonlarca transistör bulunmatadır. Bunlar küçültülerek monte edildikleri için çok fazla sayıda transistör silicon wafer (silikon yüzey) adını verdiğimiz bu küçük yüzey üzerine sığdırılabilmektedirler. İşlemciler tasarlanırken birçok aşamadan geçmektedirler. Tasarım fabrikalarında 200 e yakın ayrı band dan geçerek üretimleri sonlanmaktadır. Öncelikle transistörlerin monte edilecekler pürüzsüz silikon yüzeyler oluşturulmakta ve elektronik departmanlarda hazırlanan transistör yerleşim planı ve bağlantı şekiller birçok aşamadan geçerek son halini almaktadır. Transistörlerin bulunduğu alanlar mor ötesi (ultraviyole) ışıklarla aşındırılarak negatif ve pozitif malzemeler eklenerek doldurulmakta ve transistörler oluşturulmaktadır. Transistörler arasındaki bağlantılar ise yine aşındırma yönteminden sonra aliminyum zerrecikler yardımıyla birleştirilmektedir. Fakat günümüz teknolojisinde artık bu şekilde birleştirilmelerin yapılamıyacağı küçüklüklere inildiği için yakın gelecekte karbon bağlantı yöntemi kullanılacaktır. Bu yöntemle enerjinin taşınmasını sağlayan elektronilar karbon yolalr üzerinden akacaktır. bunun haricinde silikon yüzey üzerindeki bağlantıları dışarı ile bağlamak için bir ara yol bölümüm birde iç yapıyı dış etkenlerden koruma için kılıf montajı yapılmaktadır. Silikon yüzeydeki bağlantıları, dışarı taşıyan bağlantılara bağlamak için altın kaynak teknolojisi kullanılmaktadır. Günümüzde belli başlı işlemci üreticileri bulunmaktadır. Bunların en başında glenler Intel, AMD,Via, Nvidia, Ati, IBM ve daha saymadığımız birçok firma gelmektedir. Bu şifrekteler sürekli olarak ürünlerini güçlendirerek piyasa sunmaktadırlar. Yeni nesil işlemcilerde sıkcalıkta çok önemli bir faktördür, işlemci sıcaklıkları ile ilgili problemlerin artmasından dolayı firmalara bununla ilgili oalrak yapısal mimari değişim çalışmalarına gitmişlerdir. İşlemcilerin tarihi gelişimi ve performans bilgileri ile ilgili makaleler bu bölüm altında sürekli olarak yayınlanacaktır.