Bir İşlemcinin Performansı
Bir işlemcinin performansını belirleyenler arasında kullanıcıların en çok tartıştıkları aşağıdakilerdir:
– İşlemci Mimarisi: Burayı çoğu kimse atlasa da en önemli etken budur. Bir işlemcinin bir saat döngüsünde ne kadar uzunlukta kaç tane komutu aynı anda işleyebildiğini saat hızı ya da önbelleği değil sadece mimarisi belirler.
– Saat Hızı: İşlemcinin çalışma frekansıdır ve günümüzde GHz mertebesine kadar ulaşmıştır. Saat hızı ne kadar yüksek olursa saniyedeki saat vuruşu (ve işlemci çevrimi) sayısı da o kadar yüksek olacağından saat hızının performansa etkisi oldukça yüksektir. Yalnız burada yapılabilecek çok büyük bir hata farklı mimarideki işlemcileri saat hızlarına göre karşılaştırmaktır. Saat hızı kullanılarak ancak aynı işlemci ailesi içinde gerçekçi karşılaştırmalar yapılabilir. Bir işlemcinin saat hızını sistem hızıyla (FSB, Front Side Bus) işlemcinin çarpanının çarpımı belirler. Sistem hızı fazla yüksek olmasa da işlemci kendi içinde çarpanlarını kullanarak çok daha yüksek hızlara çıkabilir. Örneğin oldukça popüler olan 1.8 GHz hızında çalışan bir Pentium 4 işlemci 18×100 MHz’te çalışır.
– L1/L2 Cache: Önemli veriler işlemcinin ihtiyaç anında onlara daha hızlı ulaşabilmesi için önbellekte tutulur. 1. seviye önbellek daha önceliklidir ve buradaki verileri işlemci daha çok kullanır. Önbellek miktarlarını karşılaştırırken işlemci mimarisi yine çok önemlidir. Mesela 16 KB L1 cache bir Pentium 4 için yeterliyken aynı performansta çalışan bir AMD Athlon işlemcide 128 KB L1 cache bulunur. Önemli olan önbelleğin ne şekilde kullanıldığıdır.
Ham işlemci performansını ifade etmek için MIPS (Million Instructions Per Second, saniyede işlenebilen komut sayısı) ve MFLOPS (MillionFloating Point Operations Per Second, saniyede yapılabilen kayar nokta hesabı) birimleri kullanılır ve performans konusunda evrensel geçerliliği olan tek kavramlar bunlardır.
Yazılım Uyumluluğu
Bilgisayarların ilk günlerinde herkes kendi yazılımını yazdığı için işlemci mimarisi biraz daha arkaplandaydı. Geçen zamanla birlikte yazılımlar da oldukça gelişti ve bugünse yazılım başlı başına bir sektör. Günümüzde her ihtiyacımız için oturup kendi yazılımlarımızı hazırlmamamız imkansız, bir o kadar da gereksiz. Belirli bir standartlaşmayla beraber işlemcilerin önemi de arttı.
Günümüz PC’leri Intel 80×86 mimarisini kullanır. Bu mimari 70’li yıllardan bugüne kadar gelmiştir, güncel CISC işlemciler hala bu mimariyi kullanır. Bu standartlaşmanın sonucu olarak programlar işlemcilere göre değil komut setlerine göre yazılır ve 80×86 mimarisine göre yazılmış bir programın bir Intel işlemcide çalışıp da bir AMD işlemcide çalışmaması (ya da bunun tersi) mümkün değildir. İşlemcilere özel bazı ek komut setleri olsa da (SSE, 3D Now! gibi) bunlar sadece işlemciye yönelik optimizasyonlardır ve programlar temelde aynıdır. 80×86 miamarisine göre yazılmış 32 bitlik bir program aynı mimarideki 32 bitlik bütün işlemciler tarafından sorunsuzca çalıştırılabilir.
Yazımızı Bitirirken
Mimari olarak fazla bir değişikliğe uğramasa da hızı en çabuk artan parçaların başında işlemcilerin geldiğini rahatlıkla söyleyebiliriz. 0,09 mikronluk üretim tekniklerinin de kullanılabilmesiyle silikonlara daha fazla transistör sığdırmak mümkün olacak ve çok yakında piyasaya çıkması beklenen 64 bitlik Hammer serisi AMD işlemciler Intel’in IA64 mimarisini kullanan işlemcilerinin aksine 32 bitlik komutları da çalıştırabilecekler. Intel’se Hyperthreading teknolojisini yeni komut setleriyle geliştirerek biz son kullanıcıları kendine çekmeye çalışacak. Yani işlemci pazarı her zamanki gibi hareketli olacak ve gittikçe hızlanan işlemciler için biz son kullanıcılar yine ceplerimizi boşaltmaya devam edeceğiz.
Kaynaklar:
http://www.pctechguide.com/02procs.htm
http://www.howstuffworks.com/microprocessor.htm/printable
http://www.zenith-india.com/zen/TrainingMaterial/details/howmicroprocessorswork.htm
http://computer.howstuffworks.com/boolean.htm/printable
Hangi işlemciyi kullanırsanız kullanın çalışma prensibi aynıdır: Bir işlemci elektriksel sinyalleri 0 ve 1 (ikili sistemle çalışan bilgisayarlarımız için anlamlı olan tek değerler) şeklinde alır ve verilen komuta göre bunları değiştirerek sonucu yine 0’lardan ve 1’lerden oluşan çıktılar halinde verir. Sinyal yollandığı zaman ilgili hatta bulunan voltaj o sinyalin değerini verir. Örneğin 3.3 voltla çalışan bir sistemde 3.3 voltluk bir sinyal 1, 0 voltluk bir sinyal de 0 değerini üretir.
İşlemciler aldıkları sinyallere göre karar verip çıktı oluştururlar. Karar verme işlemi her biri en az bir transistörden oluşan mantık kapılarında yapılır. Transistörler, girişlerine uygulanan akım kombinasyolarına göre devreyi açıp kapayabilen ve bu sayede de elektronik bir anahtar görevi gören yarıiletken devre elemanlarıdır. Modern işlemcilerde bu transistörlerden milyonlarca tanesi aynı anda çalışarak çok karmaşık mantık hesaplarını yapabilirler. Mantık kapıları karar verirken (yani akımın geçip geçmeyeceğini belirlerken) Boolean Mantığı’nı kullanırlar. Temel Boolean operatörleri AND (ve), OR (veya) ve NOT’tır (değil). Bu temel operatörlerle birlikte bunların değişik kombinasyonları kullanılır, NAND (not AND) gibi.
Bir AND kapısının 1 değerini verebilmesi (yani akımı iletebilmesi için) iki girişindeki değerin de 1 olması (yani iki girişinde de akım olması) gerekir. Aksi takdirde 0 değerini verecek; yani akımı iletmeyecektir. OR kapısında ise akımın iletilmesi için girişlerin ikisinde de akım olmalı veya ikisinde de akım olmamalıdır. NOT kapısı ise girşindeki değerin terisini çıkışına verir.
OR Kapısı | ||||||||||||||||
| ||||||||||||||||
AND Kapısı | ||||||||||||||||
| ||||||||||||||||
NOT Kapısı | |||||||
| |||||||
NAND kapıları çok kullanışlıdır, çünkü bu kapılar sadece iki transistör kullanarak üç transistörlü AND kapılarından daha fazla işlevsellik sağlarlar.
NAND Kapısı | ||||||||||||||||
| ||||||||||||||||
Bunların yanında NOR (not OR), XOR (eXclusive OR) ve XNOR (eXclusive not OR) gibi değişik kapıların değişik kombinasyonlarından oluşan ve çok daha farklı aritmetik ve mantık işlemleri için kullanılan kapılar vardır.
Bu mantık kapıları dijital anahtarlarla beraber çalışırlar. Oda boyutundaki bilgisayarların zamanında bunlar bildiğimiz fiziksel anahtarlardı fakat günümüzde MOSFET (Metal-OxideSemiconductor Field-Effect Transistor) denen bir çeşit transistör kullanılır. Bu transistörün basit ama hayati öneme sahip bir görevi vardır: Voltaj uygulandığında devreyi açarak veya kapatarak tepki verir. Genel olarak kullanılan MOSFET türü, üst sınırda veya ona yakın voltaja sebep olan bir akım uygulandığında devreyi açar, uygulanan voltaj 0’a yaklaşınca da devreyi kapatır. Bir programın verdiği komutlara göre milyonlarca MOSFET aynı anda çalışarak gerekli sonucu bulmak için akımı gerekli mantık kapılarına yönlendirir. Her mantık kapısı bir veya daha fazla transistör içerir ve her transistör akımı öyle kontrol eder ki, sonuçta devre kapalıyken açılır, açıkken kapanır veya mevcut durumunu korur.
AND ve OR kapılarının şemalarına bakarak nasıl çalıştıkları hakkında fikir sahibi olabiliriz. Bu iki kapıda iki sinyal alıp onlardan bir sinyal üretir. AND kapısından akım geçmesi için girişlerine uygulanan sinyallerinin ikisinin düşük de voltajlı (0) veya ikisinin de yüksek voltajlı (1) olması gerekir. OR kapısında ise giriş sinyallerinden birinin değerinin 1 olması yeterlidir akımın geçmesi için.
Her girişteki elektrik akışını o girişin transistörü belirler. Bu transistörler devrelerden bağımsız ayrı elemanlar değillerdir. Çok miktarda transistör yarı-iletken bir maddenin (çoğu zaman silikonun) üzerine yerleştirilip kablolar ve dış bağlantılar olmadan birbirine bağlanır. Bu yapılara entegre devre denir ve ancak bu entegre devreler sayesinde karmaşık mikroişlemci tasarımları yapılabilir.
Güncel işlemciler mikroskobik boyuttaki transistörlerin dirençler, kondansatörler ve diyotlarla bir araya getirilmesinden oluşan milyonlarca karmaşık mantık kapısından oluşur. Mantık kapıları entegre devreleri oluştururken entegre devreler de elektronik sistemleri oluşturur.