CPU Nedir?

CPU olarak bildiğimiz Türkçe’de İşlemci olarak adlandırdığımız bu donanım ürünü aslında  Central Processing Unit kelimesinin kısaltılmış anlamıdır. Aynı şekilde bu kelimeyi Merkezi İşlem Birimi olarak çevirebiliriz.  İşlemci genel olarak, bilgisayarlarda yüklenen işletim sistemini ve aklınıza gelebilecek diğer tüm programların koordineli şekilde çalışmasını sağlar. Birimler arasındaki veri kışını kontrol ederek veri işleme işlemlerini sağlayan donanım birimidir. İşlemciler sadece bilgisayarda kullanılan bir donanım değildir. Genelde tüm elektronik cihazlarda işlemlerin gerçekleşmesi amacıyla kullanılmaktadır. Çamaşır ve bulaşık makineleri, televizyonlar, telefonlar, tezgahlar gibi ürünlerde kullanılmaktadır. Örnek olarak çamaşır makinelerinde 1 saatlik yıkamada kullanılacak tüm işlemleri hesaplayarak kaç kere sağa sola dönecek, kaç işlemden sonra sıkma işlemi yapacak, ne zaman bitecek. Tabi en önemlisi de bu işlemlerin gerçekleştikten sonra kontrolünü sağlayıp bitirme işlemini gerçekleştirmek olacaktır.

İlk CPU Nasıl Çıktı?

Temel olarak ilk çıkış yılları 1971 yılında ortaya çıkmıştır.  İlk üretimi yüzlerce transistörü silikon chip üzerine yerleştirilerek ilk tek yongalı işlemci üretimi gerçekleşti. Üretilen ilk CPU yani işlemci saat hızı olarak 740 kHz, veri yolu olarak 4 bit, komutları ise 8 bit uzunluğundadır. Transistör sayısı 2300, pin sayısı 16, hafızasına alabildiği program belleği 4KB, adreslenebilir hafızası 640 Byte’tır. İlk işlemcinin üretilmesi Dünya’da donanım adına yeni bir devir açtı.

Bir çok firma işlemci üretimi yapmaktadır. Bunlardan başlıcaları Intel, AMD, Cyrix, IDT, Motorola, Zilog, Mostek, NexGen gibi firmalardır. İşlemci üreten bir çok firma bulunmasına rağmen Intel ve AMD (Advanced Micro Devices) bu sektörün en büyük ve öncü firmaları olduğunu görmek mümkün.

İşlemcinin Görevi Nedir?

İşlemciler, elektronik cihazlarda yönetici olarak çalışır ve beyin görevini görmektedir. İnsan vücuduna benzer bir şekilde organların yani diğer donanımların koordineli şekilde çalışmasını sağlar. Sinir sistemine benzer bir yapıda sinyaller göndererek yapılacak işlemleri yönetir. Gönderilmiş olan komutlara sonucunda işlemci 3 temel işlemi gerçekleştir.

• Mikro işlemci kendi içindeki ALU olarak adlandırılan Arithmetic Logic Unit yani Aritmetik Mantık Birimini kullanarak matematiksel ve mantıksal işlemlerin gerçekleşmesini sağlar.
• İşlemci bellekteki verilerin uygun şekilde değiştirilmesini, işlenmesini sağlar.
• Kendine gönderilen komutlara göre hareket ederek yeni görevleri başlatır.

İşlemci Nasıl Çalışır?

İşlemler yapılırken binary olarak geçen 2 tabanlı sayısal mantık kullanılmaktadır. Binary yani ikilik taban sisteminde 0 ve 1 sayıları kullanılır.  10’luk tabanda 217 sayısını 2’lik tabanda yazmak için 11011001 sayısını kullanarak yazarız. Gösterimleri (217)₁₀ = (11011001)₂ olarak geçmektedir. Oluşan bu ikilik tabandaki sayılar bir film izlerken veya bir program kullanırken ekrana yansıyacak olan görüntünün oluşması ya da kullanılan yazılımın ekrana yansıyacak değerlerin oluşmasını belirleyerek işlemlerin gerçekleşmesini sağlar.

İşlemciler hafızalarına aldıkları komutların, dışarıdan gelen veriler ile işlem yapılmasını sağlamaktadır. İşlemcinin hafızasında bulunan komutlar için bu hafızayı kullanan işlemcinin komut seti denir. İşlemciler aldıkları komut setlerine göre CISC ve RISC olarak ikiye ayrılır.

CISC: Tek seferde birden fazla işlemi yerine getiren komutlara sahip yani diğer adıyla kompleks komutlara sahip işlemci mimarisidir.

RISC: Tek seferde bir işlem gerçekleştiren basit ve hızlı komutlara sahip işlemci mimarisidir.

İşlemciler geçen her saniye içinde çok yüksek veri hızına sahiptirler. Saniyede milyonlarca, milyarlarca ve trilyonlarca işlem yapabilirler. Bu birimler Hz kızaltması ile geçerler. Öncelikle size GHz MHz nedir onlardan bahsedelim.

1 hertz (Hz) = saniyede 1 işlem

1 megahertz (MHz) = saniyede 1.000.000 işlem

1 gigahertz (GHz) = saniyede 1.000.000.000 işlem

Harddiskler yani sabit diskler işlemcinin hızına yaklaşamayacak kadar yavaşlardır. Genelde SATA, HDD disklere nazaran SSD diskler kullanılabilir. SSD disklerin hızları daha yüksektir. Disklerin bu hızlara ulaşamamasından dolayı bunları genelde harddisk RAM’e (Random Access Memory) aktararak yani rastgele erişimli belleğe yükleyerek bunu biraz daha hızlandırmaya çalışır.  Daha sonra RAM’den de işlemciye aktarılarak işlem kapasitesi arttırılır. Ram ve Cpu (işlemci) arasındaki veri işlemi tek yönlü değildir, kendi aralarında sürekli bir veri akışı vardır.

İşlemci Mimarileri Nelerdir?

İşlemciler kendi aralarında mimari yapıya sahip, işlemlerin daha hızlı gerçekleşmesini sağlayan birimlere sahiptirler.

• Kontrol birimi
• İletim yolları (Bus)
• Adres yolu (Adress Bus)
• Veriyolu (Data Buses)
• Kontrol yolu (Control Buses)
• Kaydedici
• Sayıcılar (Counter)
• Giriş/çıkış tamponları (Buffers)
• Aritmetik mantık birimi (ALU-Aritmetic Logic Unit)