İşlemci Nedir? Mikroişlemci Nedir? Mİ Parametreleri Nelerdir?

İŞLEMCİ NEDİR?

İşlemci:

• bellekteki program yardımıyla işlemlerin yapılma düzenini ve sırasını belirleyen;

• üç kısımdan (aritmetik-mantık birimi, kaydedici bellek ve kontrol) oluşan;

• aritmetik, mantık ve diğer işlemleri yapan

temel bilgisayar birimidir.

MİKROİŞLEMCİ (Mİ) NEDİR?

Mİ, büyük entegre devresi teknolojisi ile hazırlanmış ve tek bir entegre devresinde (yongada) toplanmış olan işlemcidir. Mİ’nin özelliği; onun tek bir entegre devresinde toplanmış olmasıdır. Mİ’ler genel amaçlı ve özel amaçlı olarak tasarlanırlar.

Bir genel amaçlı Mİ, bellek yongaları, giriş ve çıkış birimleri ve diğer yardımcı birimlerle birleştirilerek mikrobilgisayar oluştura bilmektedir. Kişisel bilgisayarlar mikrobilgisayarlara örnek olabilirler.

Özel amaçla tasarlanmış olan Mİ’lere örneklerden biri mikrokontrollerlerdir. Mikrokontrollerler daha çok kontrol ve otomasyon işlerinde kullanılmak için tasarlanmış Mİ’lerdir.

Mİ PARAMETRELERİ

Mikroişlemcileri bir birini ile kıyaslaya bilmek için belirli parametreler kullanılır. Bu parametreler:

(1) veri uzunluğu;

(2) adres uzunluğu;

(3) saat frekansı;

(4) iç bellek kapasiteleri;

ve diğerleridir. Ayrıca programcının kullanabileceği komut sayıları ve tipleri, adresleme modları, değişik tipteki destek devreleri vb. özellikler de Mİ’nin önemli unsurlarından sayılmaktadır.

Veri Uzunluğu

Veri uzunluğu işlemcide kaç bitin aynı anda (paralel olarak) işlenebildiğini gösterir;

Tarihsel olarak n=4; 8; 16; 32 ve şimdi 64 bit veri uzunluklu Mİ-ler üretilmekte ve kullanılmaktadır. Veri uzunluğu hesaplama hassasiyetini göstermektedir. Veri bitleri sayısı arttıkça hassasiyet de artmaktadır.

Örneğin, n=32 bit bir Mİ 16 bit bir Mİ-den daha hassas hesaplamalar yapabilmektedir.

Hatırlatma: 1 bit ={0;1}

Diğer taraftan veri uzunluğunun artması hesaplama hızını da artırmaktadır, çünkü bazen çok sayıda bitler üzerinde işlemler yapmak gerektiğinden daha uzun veriye sahip olan Mİ bunu birkaç kere yerine bir kereye yapar.

Örneğin, n=64 bit iki sayıyı toplamak için 16 bit Mİ kullanılırsa, bu Mİ sırası ile 4 kere toplama yapacaktır (16x4=64); fakat 64 bit Mİ-de ise bu toplamayı bir kerede yapacaktır.

İç veri yolları Mİ-nin içerisindeki birimler arasında veri iletişimini sağlar.

Dış veri yolu Mİ ile dışarıda olan birimler (bellekler, giriş ve çıkış birimleri v.s.) arasındaki veri iletişimini sağlar.

İç veri yolu ile dış veri yolunun uzunlukları aynı olamayabilir.

Veri yollarında veri iki yönde iletilebilmektedir. Bunun için üç durumlu devreler kullanılmaktadır.

Adres Uzunluğu

Adres – komutları, verileri, kodları vs. gibi enformasyonun bellekte yerleştiği yeri gösteren bir koddur. Bu kod ikili sayı sisteminde gösterildiğinde, bundaki bitlerin sayısı adres uzunluğunu vermektedir.

Adres uzunluğu, Mİ-nin bağlı olduğu ana bellek kapasitesini belirler. Adres uzunluğu m (bit) olsun. Maksimum Bellek Kapasitesini V ile işaretleyelim. Bu durumda:

V = 2m

Örnek: m=16 olsun. Bu durumda:

V=216 = 65 536 = 64 K

(K= 210=1024), yani ana belleğin maksimum kapasitesi 64 K (Byte) olur (1Byte=8 bit).

Saat Frekansı

Her bir Mİ-nin içinde mutlaka senkrosinyaller (puls) üreten bir saat vardır (Senkrosinyaller bir komutun yürütülmesini tetiklemek için gereklidir). İlk mikroişlemcilerde saat bir entegre devresi olarak ayrıca üretilerek sisteme bağlanılırdı. Günümüzde saatler (kristal hariç) artık Mİ yongasının içerisinde yerleştirilmiştir.

Frekansın Hz, MHz vs. ile ölçüldüğü bellidir (1 Hz saat frekansı onun 1 saniyede 1 sinyal ürettiğini göstermektedir). Mi-lerde olan saatlerin da frekansları aynen MHz veya en son zamanlar artık GHz-lerle ölçülmeye başlamıştır.

Peki, bu ne demektir?

Sadelik için Mİ saatinin 1 MHz frekansı ile senkrosinyal ürettiğini varsayalım. Bu durumda saatin ürettiği senkrosinyallerin periyodu 1 mikro saniyedir.

Neden ve Nasıl?

Çoğu zaman Mİ-lerin hızı hakkında konuşurken hız birimi olarak MHz ele alınır. Bu doğru değildir.

Saat frekansı Mİ-nin hızını etkilemektedir, ama direk hızı vermemektedir. Çünkü Mİ-nin hızı dedikte onun 1 saniyede yaptığı işlemlerin sayısı düşünülmektedir (işlem/saniye). Oysa kaba söylemek gerekirse, bir işlemin yürütülmesine her zaman birden fazla senkrosinyal gerekmektedir. Ve hem de çeşitli işlemler için çeşitli sayıda senkrosinyal gerekir. Bu yüzden 1000 MHz-lik bir saati olan Mİ-nin hızı 1000 milyon işlem/saniye (yani 1 milyar işlem/s) değildir.

Son zamanlarda Mİ hızları büyüdükleri için onları işlem/s ile değil, milyon işlem/s (MIPS – Millions of Instructions Per Second) veya milyon kayan noktalı işlem/s (MFLOPS

–Millions of Floating-Point Operations Per Second) ile ölçmektedirler. Fakat mikrobilgisayar (veya bilgisayar) hızını belirlemek daha zor bir iş olmaktadır, çünkü devreye ana bellekle birlikte dış bellek ve çevre birimleri de girmektedirler. Bu durumda “benchmark” adlanan ve özel olarak tasarlanmış çeşitli standart performans programları kullanılır. Bu testlerden yaygın olarak kullanılanlar SPEC (System Performance Evolution Cooperative) yıllara göre ve tam sayı veya kayan noktalı sayı işlemlerine göre değişmektedir.

İç Bellek Kapasitesi

Mİ-lerin iç belleklerinin toplam kapasitesinin büyük olması çok önemlidir, çünkü bu Mİ-den dışarıda olan ana belleğe (RAM ve ROM) müracaat etmeden çalışma olanağı vermekte ve böylece çalışma hızını artırmaktadır (ana belleğe müracaat Mİ-nin hızını yavaşlatmaktadır).

İlk Mi’lerde iç bellek olarak yalnızca kaydediciler (register) kullanılırdı. Bu yüzden iç bellek kapasitesini kaydedicilerin sayısı belirlemektedir. Bunların sayısı kısıtlıydı (1 ile 8 arası). Bu kısıtlılık Mİ’nin veri ve program için devamlı ana belleğe baş vurmasına götürür ki bu da Mİ’nin işlem hızını yavaşlatır. Fakat şimdiki Mİ’lerin içeriğine hem kaydediciler üzerinde bellek (32+32 kaydedici), hem de ön-bellek (cache) (veri ve program için) bellek yerleştirilebilmiştir (bu, büyük entegre devreleri teknolojilerinin gelişmesi ile elde edilmiştir). Saat frekansının artması ile birlikte bu da Mİ’lerin hesaplama hızını artırmaktadır.