Mikroişlemciler

Murat Yıldırımoğlu

Mikroişlemciler bilgisayarın en önemli parçalarıdır. Bilgisayardan beklediğimiz işlerin hemen hepsi gerçekte mikroişlemci tarafından gerçekleştirilir. Bilgisayarın diğer bölümleri mikroişlemciye bilgi aktarmak ve mikroişlemciden gelen bilgileri kullanıcıların anlayacağı bir şekle sokmak işiyle uğraşırlar. Mikroişlemcileri ticari olarak ilk üreten firma Amerikan Intel firmasıdır. Piyasaya ilk giren firma olarak Intel'in egemenliği halen sürmektedir. Intel, zaman içinde çok çeşitli mikroişlemciler üretmiştir. Bu mikroişlemci çeşitliliği tek başına kafa karıştırıcı iken bir de Intel'in rakiplerinin ürettikleri mikroişlemciler de piyasaya sürülünce karışıklık iyice artmıştır. Intel'in mikroişlemcileri diğer üreticiler için iyi bir model oluşturmakta ve bazen Intel'in kendisinin ürettiği mikroişlemcilerden daha iyi çalışan kopyaları piyasayı doldurmaktadır. Intel'in rakiplerince üretilen mikroişlemcilerin önemli bir bölümü uyumluluğu test edilmiş, güvenilir işlemcilerdir. Gönül rahatlığıyla bu işlemcileri alabilirsiniz.

Intel'in ürettiği mikroişlemcilerin adları yakın zamana kadar 80286, 80386, 80486 gibi rakamlardan oluşuyordu. Bu rakamların belli bir mantığı da vardı. Daha gelişmiş işlemciler daha yüksek rakamlarla gösteriliyordu. Örneğin, 80386 kodu, 80286 işlemcisinden daha sonra üretilmiş ve daha güçlü bir işlemciyi gösteriyordu. Amerikan yasaları rakamlardan oluşan adları başka şirketlerin de kullanmasına olanak tanıdığı için Intel'in rakiplerinin ürettikleri işlemciler de bu kodları rahatlıkla taşıyabiliyorlardı. Bu durum üzerine Intel 486’dan sonra ürettiği mikroişlemcinin adını Pentium olarak duyurdu ve rakam kullanmaya son verdi. Pentium’dan sonraki işlemci de Pentium Pro olarak adlandırıldı.

Ilk PC'lerde kullanılan işlemciler 8088 kodunu taşıyordu. Daha sonra Intel'in üretimine bağlı olarak 80286, 80386, 80486, Pentium ve en son olarak da Pentium Pro işlemcileri kullanılmaya başlandı. Bu işlemcileri birbirlerinde farklı kılan noktalar iç yapıları ve işlem kapasiteleridir. Örneğin, 80286 işlemcisi 8088 işlemcisine göre 3-4 kat daha hızlı bir işlemcidir. Iç yapıları ve işlem kapasiteleri derken konuyu biraz daha açalım.

Bilgisayar dünyasında bizim bildiğimiz sayılar, harfler, resimler bulunmaz. Orada geçerli olan tek şey 0 ve 1 rakamlarıdır. Bildiğimiz, gördüğümüz her şey bilgisayar dünyasında 0 ve 1'lerin çeşitli kombinasyonları ile gösterilir. Son derece basit ama bir o kadar da güçlü bir dünya. Mikroişlemciler bu 0 ve 1'leri belli gruplar halinde değerlendirir. Örneğin, 8088 işlemcisi bilgileri sekizerlik gruplar halinde alıp işleyebilir. 0 ve 1'lerin her birine de 1 bit denir. 8088, bilgileri sekiz bitlik gruplar halinde alıp işlediği için 8 bitlik bir mikroişlemci olarak sınıflandırılır. 80286 Işlemcisi 16 bitlik, 80386 ve 80486 işlemcileri ise 32 bitlik işlemcilerdir. Pentium ve Pentium Pro 32/64 bitlik işlemciler olarak değerlendirilir.. Mikroişlemciler, dışlarındaki devrelerle bağlantı sağlamak için belli sayıda bağlantı kullanır. Bu bağlantılara, mikroişlemcilerin iki yanından sarktıkları ve bacağa benzedikleri için bacak denilir. 8088'in veri alıp vermek için kullandığı 8 bacağı vardır. 80386'nın ise tam 32 bacağı veri alıp vermek için kullanılır. Pentium ve Pentium Pro işlemcilerinin 64 adet veri bacağı vardır ama veriler 64 bacak üzerinden alındıktan sonra içerde işlemlerin önemi bir bölümü 32 bit üzerinden yapılır. Pentium ve Pentium Pro’nun 32/64 bitlik işlemciler olarak tanımlanmasının nedeni budur.

Mikroişlemciler, bilgileri bilgisayarın belleğinden alıp işler ve bilgileri tekrar belleğe kaydeder. Bellekte bilgiler 8 bitlik gruplar şeklinde saklanmaktadır (her sekiz bitlik gruba 1 byte denmektedir; 1000 küsur byte 1 KB ve 1000 küsur KB da 1 MB eder). Bellekte bu sekiz bitlik gruplardan (byte'lardan) milyonlarca bulunabilir. Bu milyonlarca byte'lık bellek birimlerinin her birinin bir adresi vardır. Mikroişlemci ya da başka bir devre belleğe erişirken hep bu adresleri kullanır. Mikroişlemcinin adresleme için kullandığı bacaklar adres bacağı adını alır. Bu bacaklar ne kadar çok olursa mikroişlemci o kadar çok miktarda belleği adresleyebilir, yani kullanabilir. Örneğin, 8088'in 20 adet adres bacağı vardır ve 1 milyon küsur byte'ı adresleyebilir. 80386'nın ise tam 32 adres bacağı vardır ve 4 Gigabyte'lık (4000 MB) bir belleği adresleyebilir. Aşağıda bilgisayarlarda kullanılan mikroişlemcilerin veri ve adres bacak sayılarını göreceksiniz:

veri bacakları adres bacakları

8086 16 20

8088 8 20

80286 16 24

80386DX 32 32

80386SX 16 24

80486 32 32

80486SX 32 32

PENTIUM 64 32

PENTIUM PRO 64 32

PENTIUM II 64 32

PENTIUM III 64 32

PENTIUM IV 64 32

ITANIUM 64 64

Yukarda mikroişlemcileri üretim tarihleri sırası ile verdik. Bazı işlemcilerin yanında DX ve SX harflerini görüyorsunuz. Bunları da kısaca açıklayalım. 80386SX işlemcinin 80386DX işlemcisinden farkı, tabloda da görüldüğü gibi, adres ve veri bacak sayısının daha düşük olması. Bu yapı, 80386SX'i kendisinden önce gelen 80286'ya yaklaştırıyor. Zaten üretiliş amacı da 80286 tasarımlarını çok az değiştirerek 80386'nın getirdiği avantajları kullanmak. Adres ve veri bacaklarının sayıca az olmasının dışında 80386SX'in iç yapısı tamamıyla 80386DX'in aynısı. 80486DX ve 80486SX'de ise şöyle bir durum var: 80486DX'in iç yapısında bir matematik işlemci içeriliyor. 80486SX'in içinde ise bir matematik işlemci yok. Tek farklılık bu. Matematik işlemciler, mikroişlemciler gibi her işi yapan devreler değildir. Yalnızca matematik işlemleri, çok üstün bir duyarlık ve hızla yapan özel işlemcilerdir. 80486DX'e kadar ayrı bir devre olarak satılan bu matematik işlemciler 80486DX ile mikroişlemcinin yapısına dahil edilmişti. Ama özel olarak matematik işlem yoğunluklu işlerle uğraşmayanların yine de 486'nın getirdiği avantajlardan yararlanması için 80486SX işlemcisi üretilmişti.

Mikroişlemcilerin adres ve veri bacak sayıları kadar önemli olan bir başka şey de çalışma frekanslarıdır. Çalışma frekansı bir mikroişlemcinin işlem yapma hızının bir göstergesidir. Aynı işlemcinin değişik frekanslarda çalışan birden çok uyarlaması bulunabilir. Örneğin, 80486'nın 20, 25, 33, 40, 50, 66, 75 ve 100 MHz'de çalışan sekiz değişik uyarlaması bulunmaktadır. Pentium’un ise şu anda 60, 66, 75, 90, 100, 120, 133, 150 ve 166 MHz’de çalışan uyarlamaları bulunuyor. Çalışma frekansı ne kadar yüksek olursa işlemleriniz o kadar hızlı yapılır.

80486, PENTIUM ve PENTIUM PRO işlemcilerinde bir iç tampon bellek de bulunmaktadır. Mikroişlemci mümkün olduğunca bu iç belleği kullanıyor ve bu durum da işlemcilerin perfermansını arttıran bir başka etmen oluyor. 80486 serisi işlemcilerin dış dünya ile daha az ilişki kurmak için kullandığı iç tampon belleğin büyüklüğü 8 KB (8000 küsur byte). Pentium’ların iç tampon belleği 16 KB. Pentium’dan sonraki işlemci Pentium Pro’da da 16 KB’lık bir iç tampon belleğin yanısıra tam 256 KB’’lık bir başka tampon bellek de yer alıyor.

* Mikroişlemcinin hız birimi olarak verilen MHz teriminin anlamı nedir?

Bir mikroişlemci işlemleri belli adımlarla yapar. Her işlemin kaç adımda yapılacağı bellidir. Örneğin, iki sayıyı toplamak üç adım, çarpmak otuz adım sürebilir. Bu adımlara çevrim (cycle) denir. Bir saniyede gerçekleşen çevrimlerin sayısı mikroişlemcinin hızını belirler. Örneğin, 10 MHz’de çalışan bir mikroişlemci saniyede 10 milyon çevrim gerçekleştirebilir. Bu da, örneğin, 300 bin toplamaya ya da 30 bin çarpmaya karşılık gelir. Tabii mikroişlemcinin hızı 100 MHz’e çıkarsa çevrim sayısı on kat artacak ve sonuçta 300 bin yerine 3 milyon toplama ile 30 bin çarpma yerine 300 bin çarpma işlemi işlemi gerçekleşecektir.

* Pentium işlemcilerde bir hata var deniyordu. Pentium’lar gerçekten hatalı mı?

Ilk üretilen 60 ve 66 MHz’lik Pentium’larda, özel bir bölme işlemi sırasında bir hata yapılıyor ve bölme işleminin sonucu olan sayının noktadan sonra 9 ya da 10. basamaktaki rakamı hatalı çıkıyordu. Pentium işlemcilerini üreten Intel firması bu hatanın farkına vardıysa da uzun süre açıklamadı. Çünkü bu hataya yalnızca bazı özel durumlarda (Intel’e göre 27.000 yılda bir sıklıkla, IBM’e göre ise 24 günde bir sıklıkla karşımıza çıkabilir) rastlanıyordu. Ama bu hatanın farkına varılması ve yoğun bir tepki gösterilmesi sonucunda Intel hatasını açıkladı ve hatalı Pentium’ların karşılıksız olarak değiştirileceğini duyurdu (gerçekten değiştirdi de). O andan sonra üretilen işlemcilerde ise bu hata giderildi. Uzunca bir süredir Pentium’lar bu hatadan arındırılmış olarak üretiliyor. Gönül rahatlığıyla Pentium alabilirsiniz.