İşlemciler

1. İŞLEMCİLER
Sinem Altan Ozan Karalar Ezgi Engin1

2. İşlemci Nedir?
İşlemci, 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.
2

3. • 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 (Central
Processing Unit ),MİB (CPU’nun Türkçe karşılığı
- Merkezi İşlem Birimi), µP (mikro processor)
isimlerini de sıklıkla kullanıyoruz.
• 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
3

4. • Mikroişlemciler, milyonlarca transistörden
oluşmaktadır. Elektrik sinyalleri bunların
üzerinden akar. 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. 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.
4

5. • Bilgisayarda tüm programlar sabit diskte (hard
disk) tutulur.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 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.
5

6. İşlemcinin Yapısı
• Çekirdek (Core)
• Komut çalıştırma işlemlerini yapan bölümdür. Çalıştırma
birimi (execution unit) olarak da bilinir.
• ALU (Aritmetik Lojik Unit / Aritmetik Mantık Birimi)
• İşlemci tarafından gerçekleştirilecek matematiksel ve
mantıksal işlemlerin yapıldığı bölümdür.
• Kontrol Birimi
• İşlemciye gönderilen komutların çözülüp (komutun ne
anlama geldiğinin tanımlanması) işletilmesini sağlar.
İşlemci içindeki birimlerin ve dışındaki birimlerin eş
zamanlı olarak çalışmasını sağlayan kontrol sinyalleri bu
birim tarafından üretilir
6

7. • Ön Bellek (Cache)
• Sistem belleğinden gelen veriler, çoğunlukla CPU’nun
hızına yetişemezler. Bu problemi çözmek için CPU içinde
yüksek hızlı hafızalar bulunur. Ön bellek çalışmakta olan
programa ait komutların, verilerin geçici olarak saklandığı
yüksek hızlı hafızalardır İşlemcinin komutları daha hızlı
yüklemesini sağlayan bu hafıza genellikle L1 (Level1) ve
L2 (Level 2) olmak üzere iki kısımdan oluşur. İşlemci,
ihtiyaç duyduğu komutu ilk önce L1 ön bellekte (L1 ön
bellek L2 ön bellekten daha hızlıdır.) arar. Eğer işlemcinin
aradığı komut burada yoksa L2 önbelleğe bakar. Eğer
burada da yoksa sırasıyla RAM ve sabit disk üzerindeki
sanal hafıza üzerinde arar. Ön belleklerin kimisi işlemci ile
aynı hızda çalışır.
7

8. İşlemci Hızı
•Bilgisayarın tüm donanımlarının bağlandığı kart olan ana
kartta saat çipi (saat yongası) vardır. Bu saat sistem hızını
(FSB) belirler. Saatin her “tik”i, saniyede milyon veya milyar
devirle ölçülür. Saniyedeki tek devirin ölçüsü
Hertz’dir.İşlemcilerde hız, işlemcinin birim zamanda
yapabildiği işlem sayısı olarak tanımlanmaktadır. Bir
saniyede yapılan milyon adet işlem Mhz (Megahertz) olarak
tanımlanır ve temel hız ölçüsüdür. Ancak günümüz
işlemcileri saniyede milyar işlem – Ghz(Gigahertz) hız
seviyesine ulaşmışlardır.Sistem hızı, tüm sistemin birlikte
uyum içerisinde çalışması için gerekli olan ritmi verir.
Saatin her “tik”inde, tüm bilgisayar aygıtlarında veri ve
komutlar akar. Sistemi oluşturan bileşenler, sistem hızının
katı veya çarpanı ile orantılı çalışır.
8

9. • Üreticiler, işlemci hızını artırmak için çeşitli yollar
izlemişlerdir. Birincisi, bir tek işlemci modeli üretiminde
uğraşarak hızını artırmışlardır. İkincisi, işlemcinin fiziksel
boyutunu küçültüp, işlemciyi çalıştırabilmek için gereken
voltaj miktarını, dolayısıyla da işlemci ısısını
azaltmışlardır. İşlemciden çıkan ısıyı azaltmanın verdiği
avantajla da aşırı ısınmadan korkmaksızın işlemcinin
çekirdek hızını yükseltmişlerdir ama işlemcin tek başına
hızlı olması sadece işlemci içi işlemlerde etkilidir.
İşlemcinin kendi içinde çalışma hızı, çevre birimleri ve
iletişim hatlarına göre çok hızlıdır. işlemci çevre birimleri
ile iletişim kurarken onların hızlarına uymak zorundadır.
Bir işlemci sisteminin hızlı olabilmesi için işlemci
dışındaki diğer birimlerin de hızlı olması gerektiği
unutulmamalıdır.
9

10. İletişim Hatları
•İşlemciler bilgisayarı yönetmek, kontrol etmek için iletişim yollarını
kullanır. Hem işlemci içerisinde hem de işlemciyle diğer birimler
arasında iletişim hatları bulunmaktadır. İletişim hatları üzerinden
elektrik sinyali geçebilecek iletken hatlardır. Bu hatların sayısı işlemci
modeline göre değişir.
•İletişim hatları üç grup halinde incelenebilir:
•Adres Yolu (Address Buses): İşlemcinin bilgi yazacağı veya
okuyacağı her hafıza hücresinin ve çevre birimlerinin bir adresi vardır.
İşlemci, bu adresleri bu birimlere ulaşmak için kullanır. Adresler, ikilik
sayı gruplarından oluşur. Bir işlemcinin ulaşabileceği maksimum adres
sayısı, adres yolundaki hat sayısı ile ilişkilidir. Adres yolunu çoğunlukla
işlemci kullanır. Bu yüzden adres yolunun tek yönlü olduğu söylenebilir.
•Veri Yolu (Data Buses): İşlemci, hafıza elemanları ve çevresel
birimleriyle çift yönlü veri akışını sağlar. Birbirine paralel iletken hat
sayısı veri yolunun kaç bitlik olduğunu gösterir. Örneğin, iletken hat
sayısı 64 olan veri yolu 64 bitliktir. Yüksek bit sayısına sahip veri yolları
olması sistemin daha hızlı çalışması anlamına gelir.
10

11. • Kontrol Yolu (Control Buses):
• İşlemcinin diğer birimleri yönetmek ve eş zamanlamayı
(senkronizasyon) sağlamak amacı ile kullandığı
sinyallerin gönderildiği yoldur.
İşlemci Şekilleri
Intel C4004 Intel C8086
Motorola MC68030FE16B Zilog Z8018006PEC
11

12. İşlemci Paketleri
• İşlemcilerin farklı şekil, boyut ve harici özellikleri vardır.
Bu özelliklere işlemcinin paketi denir. İşlemcilerin gelişim
süreçlerinde, üreticiler işlemcileri anakarta bağlayan
ayak sayılarının artması, işlemci ısınmalarını engellemek
amacıyla yapılan değişiklikler, kimi parçalarda anakarta
bağımlılığı ortadan kaldırma gibi amaçlarla değişik
paketlemeler kullanmaktadır. Bunlardan bir tanesi olan
slot tipi paketleme (SEC=Single-Edge Cartridge),1990’lı
yılların başında piyasaya sürüldü. Slot tipi işlemciler artık
üretilmemektedir.
12

13. • Alt tarafında çeşitli sayıda pin bulunduran işlemci
paketlemesine PGA (pin grid array) adı verilir. Paketteki
ayak sayısına göre paketler isimlendirilir.
• Farklı bir paketleme olan LGA paketinde işlemci
ayaklarının yerini elektrik iletimini sağlayan iletim
noktaları almıştır. Pin yerine iletim noktalarının kullanımı
elektrik sinyallerinin iletim yolunu kısaltmış, böylelikle
sinyal iletim hızı artmıştır
13

14. İŞLEMCİ ÇEŞİTLERİ
•Eskiden işlemciler, anakarta sabitlenmiş olarak üretiliyordu. İşlemci
veya anakart arızalandığında onların birbirinden bağımsız olarak test
veya tamir edilmesini mümkün olmuyordu. Ayrıca var olan işlemciyi
yenisiyle değiştirmek de zor oluyordu. Bu nedenle işlemcinin anakarta
takılıp sökülmesini sağlayan işlemci yuvaları geliştirildi. İşlemciler
anakarta takılma şekillerine göre isimlendirilen soket ve slot olmak
üzere iki şekle sahiptir.
•Soket İşlemci
•Kare şeklinde üretilmiş işlemci modelidir. Üst yüzeyinde marka ve
model isimleri bulunur. Alt yüzeyinde ise işlemcinin türüne göre çok
sayıda pin veya iletim noktası bulunur.Takıldıkları anakarta bir
mandal/kilit yardımı ile tutturulurlar. Anakarttaki sokete uygun işlemci
seçilmelidir.
14

15. • Slot İşlemci
• Diklemesine anakartın üzerine monte edilirler.
Dikdörtgen bir kart şeklinde üretilen işlemci modelidir.
Kimi işlemci bileşenleri kart üzerindedir. Kartın alt
kısmında bulunan bağlantı noktaları ile ana karta
bağlanır. İşlemcinin korunması için dış kılıfı vardır. Kılıfın
yan yüzeylerine soğutucu takılmaktadır. Slot işlemcilerin
üretimi durdurulmuştur.
15

16. • MİKROİŞLEMCİLİ SİSTEMLERİN YAPISI VE
ÇALIŞMASI
16

17. İşlemci Üreticileri
•AMD, Cyrix, IDT, Intel, Motorola, Zilog, Mostek, NexGen
gibi birçok firma işlemci üretmektedir. İşlemci piyasasında
birçok üretici olmasına rağmen günümüzde Intel ve
AMD(Advanced Micro Devices) firmalarının piyasanın en
büyükleri olduklarını görüyoruz.
Intel C8086 işlemcisi Fujitsu - MBL8088 işlemcisi
IBM-CG80286-6C AMD-A80386DX IBM-486DX4 17

18. • İlk mikroişlemciler
• Teknolojideki birçok gelişmeyle beraber, mikroişlemci
artık zamanı gelen bir fikirdi. Üç proje, yaklaşık aynı
zamanda tartışmalı bir şekilde tam bir mikroişlemciyi
doğurmuştu: Intel’in 4004’ü, Texas Instruments’ın TMS
1000’i ve Garrett AiResearch’ün Central Air Data
Computer’ı. 1968’de Garrett’ın, Birleşik Devletler
ordusunun yeni uçağı F-14 Tomcat’in ana uçuş kontrol
bilgisayarını yapması istendi. Dizayn 1970’de
tamamlanmıştı ve çekirdek ana işlem biriminde olduğu
gibi MOS tabanlı bir yonga seti (chipset) kullanıyordu.
Dizayn, yarıştığı diğer mekanik sistemlere göre daha
küçük ve çok daha güvenilirdi ve bütün öncü Tomcat
modellerinde kullanılmıştı. Fakat sistem o kadar gelişmiş
görüldü ki; ordu, dizaynın yayınlanmasını 1997’ye kadar
reddetti. Bu yüzden, kullandığı CADC ve MP944 yonga
setleri günümüzde bile hala tam olarak bilinememektedir.18

19. • Texas Instruments (TI), 4-bit TMS 1000’ü üretti ve
önceden programlanmış gömülü uygulamalara önem
verdi. 17 Eylül 1971’de TMS1802NC olarak adlandırılan
bir versiyon, bir hesap makinesinin tüm işlevlerini bir çip
üzerinde gerçekleştirebiliyordu. Intel’in çipi 4-bit 4004, 15
Kasım 1971’de piyasaya sürüldü ve Federico Faggin
tarafından geliştirildi.
• TI, mikroişlemci için patent başvurusunda bulundu. Gary
Boone, 4 Eylül 1973’de tek-çip mikroişlemci mimarisiyle
U.S. Patent 3,757,306 aldı. Hangi şirketin
laboratuarlarında ilk çalışan mikroişlemciye sahip
olduğunu bilmek hiçbir zaman mümkün olmayabilir.
İlginç bir şekilde, bir üçüncü şahıs “mikroişlemci” yi de
kapsayabilen bir patente sahip olduğunu iddia etti.Bu
sitede, bir mucidin TI ve Intel’den önce bulduğu,
“mikroişlemci” sayılabilecek ya da sayılamayacak,
“mikrodenetleyici” (microcontroller) anlatılmaktadır. 19

20. • Mikroişlemcinin değişik bir biçimi olan bir-çipte-bilgisayar,
(computer-on-a-chip) mikroişlemci çekirdeği (CPU), bellek ve G/Ç
(giriş/çıkış) hatlarının hepsini tek bir çip üzerinde toplar. Bir-çipte-
bilgisayar patenti (o sıralarda “mikrobilgisayar patenti” olarak
adlandırılıyordu) U.S. Patent 4,074,351, TI’dan Gary Boone ve
Michael J. Cochran’a verilmişti. Bu patent bir yana, mikrobilgisayarın
standart anlamı ana işlem birim(ler)i olarak bir veya daha fazla
mikroişlemci kullanan bilgisayar iken, patentte tanımlanan kavram
muhtemelen bir mikrodenetleyiciye daha yakındır.History of Modern
Computing, (MIT Press), pp. 220–21’e göre, Intel dizayn etmekte
olduğu bir terminalde kullanılacak bir çip için, daha sonra ismi
Datapoint olacak olan San Antonio TX orijinli Computer Terminals
Corporation ile bir anlaşma yaptı. Daha sonra Datapoint çipi
kullanmaktan vazgeçti ve Intel bunu Nisan 1972’de 8008 olarak
piyasaya sürdü. Bu, dünyanın ilk 8-bit mikroişlemcisiydi. 8008 ve
halefleri, dünyaca ünlü 8080, mikroişlemci bileşen pazaryerini
oluşturdu.
• 8080 işlemcisi
20

21. Önemli 8-Bit Tasarımlar
•4004’ü, daha sonra, 1972’de, dünyanın ilk 8-bit mikroişlemcisi olan
8008 takip etti. Bu işlemciler, çok başarılı olan Intel 8080 (1974), Zilog
Z80 (1976) ve Intel 8-bit işlemcilerin türevlerini müjdeliyordu. Rekabet
eden Motorola 6800, Ağustos 1974’de piyasaya sürüldü. Mimarisi
1975’de, 1980’lerde Z80’in popülerliğiyle yarışacak olan MOS
Technology 6502’de kopyalandı ve geliştirildi.Z80 de 6502 de, daha
küçük paketleme,basit bilgisayar bus ihtiyaçları ve ayrı bir çip üzerinde
bulunması gereken devrelerin eklenmesiyle genel maliyeti düşürmek
üzerine yoğunlaşmıştı. Bu özellikler, 1980’lerin başındaki ev bilgisayarı
devrimini mümkün kıldı. Western Design Center, Inc. 1982’de CMOS
65C02’yi tanıttı. Bu dizayn Apple IIc ve IIe kişisel bilgisayarların,
otomotiv, endüstriyel ve tüketim aygıtlarının çekirdeğini oluşturdu.
Motorola 1978’de MC6809’ü üreterek bütün 8-bit dünyasında büyük
yankı uyandırdı. MC6809 tartışmaya açık bir şekilde,gelmiş geçmiş en
güçlü,ortogonal ve en temiz 8-bit mikroişlemciydi aynı zamanda üretime
geçen mikroişlemciler arasında en karmaşık mantıksal dizayna sahipti.
Yaklaşık bu zamanlarda, MC6809’dan daha güçlü dizaynlar için
mikrokodlama mantığın yerine geçti – bunun nedeni özellikle hardwired
mantık için dizayn gereksinimlerinin çok fazla karmaşık olmaya
başlamasıydı. 21

22. • Başka bir 8-bit mikroişlemci ise Signetics 2650’ydi. Bu
mikroişlemci, yenilikçi ve güçlü komut kümesi
mimarisiyle (instruction set architecture) kısa bir ilgi
gördü.Başka bir mikroişlemci ise uzay uçuşu dünyasında
kullanılan RCA’nın RCA 1802’siydi (CDP1802, RCA
COSMAC (1976)). NASA’nın 1970’lerdeki Voyager ve
Viking uzay sondalarında kullanıldı. CDP1802’nin
kullanılmasının sebebi düşük güç tüketimi ve üretim
süreci nedeniyle (safirde silikon) kozmik radyasyona ve
elektrostatik yayılımlara karşı o zamanın diğer
işlemcilerinden daha iyi dayanmasıydı. Bu nedenle,
1802, radyasyona karşı güçlendirilmiş ilk mikroişlemci
olarak kabul edilir.
CDP1802
22

23. • 16-bit tasarımlar
• llk multi-chip mikroişlemci 1973’de üretilen National Semiconductor
IMP-16’ydı. Bu yonga setinin 8-bit versiyonu 1974’de IMP-8 olarak
piyasaya sürülmüştü. 1975’de National ilk tek-çip 16-bit
mikroişlemciyi, PACE’i, üretti. PACE’i daha sonra NMOS versiyonu
olan INS8900 takip etti. TI’ın 16-bit mikroişlemcisi TMS 9900, TI-990
tipi mikrobilgisayarlarla uyumluydu. 9900, ayrıca TI 990/4
mikrobilgisayar, TI-99/4A ev bilgisayarı ve TM990 tipi OEM
mikrobilgisayarlarda kullanılıyordu. Intel 8080 gibi çoğu 8-bit
mikroişlemci, daha yaygın, küçük ve ucuz plastik 40-pin DIP’le
paketlenirken, 9900, büyük bir seramik 64-pinli DIP’le
paketleniyordu. TMS 9900’ün ardından TMS 9980, Intel 8080 ile
rekabet etmek için dizayn edilmişti. 9980, bütün TI 990'lar 16-bit
komut setine sahipti; plastik 40-pin paket kullanıyordu; tek seferde 8
bit taşıyabiliyordu fakat sadece 16KB adresleyebiliyordu. Üçüncü bir
çip, TMS 9995 yeni bir dizayndı. Aile daha sonra 99105 ve 99110’u
da kapsayacak şekilde genişledi.
23

24. • 1984’de The Western Design Center, Inc. (WDC) WDC CMOS
65C02’nin 16-bit yükseltmesi olan CMOS 65816’yı üretti. 65816 16-
bit mikroişlemcisi, Apple IIgs’nin ve daha sonra da Super Nintendo
Eğlence Sistemi’nin çekirdeğini oluşturdu. Bu, 65816’yı tüm
zamanların en popüler 16-bit dizaynlarından biri yaptı.Intel değişik
bir yol izledi. Emüle edecek bir minibilgisayar olmadan 8080
dizaynlarını geliştirerek 16-bit Intel 8086’yı, modern PC tip
bilgisayarların çoğunda bulunan x86 ailesinin ilk üyesini, üretti. İlk
IBM kişisel bilgisayarı, model 5150’de kullanılan 8088
mikroişlemcisi, 8086’nın harici bir 8-bit data bus a sahip
versiyonuydu. 8086 ve 8088 sonrasında Intel 80186, 80286 ve
1985’de 32-bit 80386’yı üretti ve işlemci ailelerinin geriye
uyumluluğuyla; PC piyasasındaki egemenliğini
sağlamlaştırdı.Gömülü mikroişlemci bellek yönetim birimi (the
integrated microprocessor memory management unit) (MMU),
Intel’de Childs et al. tarafından ortaya atıldı ve 4,442,484 numaralı
Birleşik Devletler patenti alındı.
• 80386 : 24

25. 32 Bit Tasarımlar
32-bit dizaynları ortaya çıkmaya başladıktan sonra 16-bit dizaynları
piyasada çok fazla kalamadı.32-bit dizaynların en ünlülerinden biri,
1979’de üretilen MC68000 idi. Sık bilinen adıyla 68K, 32-bit yazmaçlara
(register), fakat 16-bit dahili data yollarına (data paths) ve pin sayısını
azaltmak üzere 16-bit harici data bus a sahipti ve yalnızca 24-bit
adreslemeyi destekliyordu. Motorola’nın onu genel olarak 16-bit bir
işlemci olarak tanıtmasına rağmen, açık bir şekilde 32-bit mimarisine
sahipti. Yüksek hız, büyük (16 megabayt) bellek alanı ve nispeten ucuz
fiyatı onu sınıfının en popüler ana işlem birimi dizaynı haline getirdi.
Atari ST ve Commodore Amiga gibi 1980’lerin ortalarındaki sistemlerde
kullanılmasının yanı sıra aynı zamanda Apple Lisa ve Macintosh
sistemlerinde de 68000 kullanılmıştır.
68000 :
25

26. • Dünyanın ilk tek-çip tam 32-bit mikroişlemcisi (32-bit data yolları, 32-
bit bus lar ve 32-bit adresleme), ilk örnekleri 1980’de gelen ve
üretime 1982’de geçen AT&T Bell Labs BELLMAC-32A idi (Bu
kaynakçasal referans a ve bu genel referans a bakabilirsiniz).
1984’de AT&T’nin dağılmasından sonra bu mikroişlemciye WE
32200 adı verildi (WE Western Electric’in kısaltmasıydı) ve iki takipçi
nesile sahip oldu: WE 32100 ve WE 32200. Bu mikroişlemciler,
AT&T 3B5 ve 3B15 mikrobilgisayarlarda, dünyanın ilk masaüstü
süpermikrobilgisayarı 3B2’de, dünyanın ilk 32-bit dizüstü bilgisayarı
“Companion”da ve günümüzdeki oyun konsollarındakine benzer
ROM-pack bellek kartuşu kullanan dünyanın ilk kitap-boyutunda
(book-sized) süpermikrobilgisayarı “Alexander” da kullanıldı. Bu
sistemlerin tümü UNIX System V işletim sistemini
çalıştırıyordu.Intel’in ilk 32-bit mikroişlemcisi iAPX 432 idi. 1981’de
üretilen bu mikroişlemci, ticari bir başarıya ulaşamadı. Gelişmiş bir
yetenek tabanlı nesne yönelimli mimariye (capability-based object-
oriented architecture) sahipti. Fakat Motorola 68000 gibi rakip
mimarilere göre düşük performans elde ediliyordu.
26

27. • Motorola’nın 68000 ile yakaladığı başarı, sanal desteği sunan
MC68010’u doğurdu. 1985’de tanıtılan MC68020 tam 32-bit data ve
adres bus larına sahipti. 68020, Unix süpermikrobilgisayar piyasası
ve masaüstü sistemler üreten birçok küçük şirket için çok popüler
oldu. Bunu takiben, MMU’yu çipe ekleyen MC68030 ile beraber 68K
ailesi, DOS çalıştırmayan her sistem için uygun işlemci oldu. Devam
eden başarı, daha iyi aritmetik performans için FPU’ya sahip olan
MC68040’ı doğurdu. 68050, hedeflediği performansa ulaşamadı ve
piyasaya sürülmedi. Takipçisi MC68060, piyasaya çok daha hızlı bir
RISC dizaynla sürüldü. 1990’ların başlarında 68K ailesi masaüstü
piyasasından çekildi.Diğer büyük şirketler, 68020’yi dizayn etti ve
takipçilerini gömülü ekipmanlarda kullandılar. Bir noktada, gömülü
ekipmanlardaki 68020’lerin sayısı, PC’lerdeki Intel Pentium’lardan
daha fazlaydı.ColdFire işlemci çekirdekleri, saygıdeğer 68020’nin
türevleriydi.Bu zaman süresince (1980’lerin ortalarına kadar),
National Semiconductor, NS 16032 adında (daha sonra 32016 ismi
verildi) 68020’ye çok benzer bir 16-bit pinout lu, 32-bit dahili
mikroişlemciyi, tam 32-bit versiyonu olan NS 32032’yi ve bir sınıf 32-
bit endüstriyel OEM mikrobilgisayarları üretti. 1980’lerin ortalarında,
Sequent, NS 32032 kullanarak; ilk simetrik çoklu-işlemcili server
sınıfı bilgisayarı üretti ve1980’lerin sonunda piyasadan çekildi. 27

28. • MIPS R2000 (1984) ve R3000 (1989) çok başarılı 32-bit
RISC mikroişlemcilerdi. Uç sınıf (high-end) iş
platformlarında ve server larda kullanıldı.Diğer
dizaynlardan biri, piyasaya çok geç giren ve çabuk
çekilen ilginç Zilog Z8000’di.1980’lerin sonlarındaki
“mikroişlemci savaşları” bazı mikroişlemcileri öldürdü.
Örneğin, sadece bir ana dizayn kazancıyla, Sequent’in
NS 32032’si yok oldu ve Sequent, Intel mikroişlemcileri
kullanmaya başladı.1985’den 2003’e kadar 32-bit x86
mimarisi, masaüstünde, dizüstünde ve server
piyasasında giderek yaygınlaştı ve bu mikroişlemciler
gittikçe daha hızlı ve daha yetenekli hale geldiler. Intel,
mimarisinin öncü versiyonlarını diğer şirketlere lisansladı
fakat Pentium'u lisanslamayı reddetti. Bu yüzden AMD
ve Cyrix, kendi dizaynlarını yaparak bu mimarinin daha
sonraki versiyonlarını gerçekleştirdiler. Bu kısa süre
içinde, işlemcilerin karmaşıklığı (transistör sayısı) ve
yetenekleri (komut/saniye) en az 1000 katına çıktı.
28

29. • 64 Bitlik Masaüstü Mikroçipler
1990’ların başlarından beri bazı piyasalarda 64-bit mikroişlemciler
kullanılırken, 2000’lerin başları PC piyasası için hedeflenmiş 64-bit
mikroçiplerin doğuşu olarak kabul edilir.AMD’nin Eylül 2003’te ilk 64-
bit IA-32 ile geriye uyumlu mimarisi olan AMD64’ü tanıtmasından
sonra, Intel de kendi x86-64 ciplerini üretti ve 64-bit masaüstü çağı
başlamış oldu. İki işlemci de eski 32-bit uygulamaları
çalıştırabilirken, yeni 64-bit yazılımları da destekliyordu. 64-bit
Windows XP ve 64-bit çalışabilen Linux ile yazılımlar da bu
işlemcilerin bütün gücünü ortaya çıkarma fırsatı buldu. 64-bit e geçiş
sadece yazmaç boyutlarının IA-32’ye göre artması değil ayrıca
yaşlanmış CISC dizaynı için genel amaçlı yazmaçların sayısının da
iki katına çıkması demekti. 64 bit e geçiş, 90’ların başlarında
PowerPC işlemcilerinin dizaynından beri amaçlanmıştı ve
uyumsuzluk için büyük bir neden değildi. Mevcut tamsayı
yazmaçları, ilgili data yolları gibi genişletilmişti fakat birkaç yıl
boyunca IA-32’de olduğu gibi floating point ve vektör birimleri 64 bit
veya daha fazlasında çalışıyordu. x86-64’e genişleyen IA-32’de
olanın aksine, 64-bit PowerPC’ye yeni bir genel amaçlı yazmaç
eklenmedi. Böylece, geniş adres alanını kullanmayan 64-bit modu
uygulamaları çalıştırılırken elde edilen performans kazancı az
oluyordu.
29

30. • Intel İşlemciler
• Pentium Öncesi İşlemciler
• 1971 yılında Intel tarafından piyasaya sürülen, ilk işlemci olarak
kabul edilen 4004 işlemcisinin sadece 16 pini vardı ve anakarta
sabitlenmiş haldeydi. 1978 yılında üretilen 8086 kişisel bilgisayarlar
için kullanılan ilk işlemciydi. 8086 işlemcisi 16 bitlik, 5 mhz hızında
çalışan bir işlemciydi.8086 işlemcisi, X86 ailesi olarak bilinen işlemci
ailesinin çekirdeği oldu. 8086 işlemcisi ile ortaya çıkan ve daha
sonra üretilecek işlemcilerde de kullanılan mimariye Intel Mimarisi
(IA=Intel Architecture) ya da X86 mimarisi denir. Intel firması, yeni
işlemcilerini eskileriyle uyumlu olacak şekilde üretmiştir. Böylelikle
hazırlanmış olan programlar yeni işlemcilerle de uyumlu bir şekilde
çalışabilmiştir. Intel dışında birçok firma X86 uyumlu işlemciler
üretmişlerdir.8086 ve 8088 işlemcileri birinci kuşak işlemciler
grubuna girer. Bu işlemcilerden sonra 80286, 80386, 80486
işlemciler yaygın olarak kullanılmıştır.
30

31. • Pentium İşlemcisi
• 1993 yılında çıktı. Intel’in beşinci kuşak işlemcileri
serisini oluşturur. Pentium işlemciler mimarisindeki
birden fazla icra birimi sayesinde bir saat diliminde iki
farklı komutu çalıştırabilmektedir. Pentium, Pentium Pro
ve Pentium MMX sürümleri piyasaya çıkmıştır.Pentium’e
eklenen MMX (Multi Media Extension / Çoklu Ortam
Eklentisi) teknolojisi çoklu ortam uygulamalarında
kolaylık sağlamıştır.
• Pentium II İşlemcisi
• 1997 yılında piyasaya sürülen Pentium II işlemcisi,
Pentium MMX ile Pentium PRO işlemcilerinin
özelliklerinin birleştirilmesi ile geliştirilmiştir. Pentium II
işlemcisi ile daha önce kullanılmayan slot tipi paketleme
kullanılmıştır.
31

32. • Celeron İşlemcisi
• Celeron işlemcilerde maliyeti yüksek olan önbellek
miktarının düşük olması fiyatı düşürmüştür. Daha
sonraları gelişmiş özelliklerle Celeron D olarak karşımıza
çıkan Celeron işlemciler farklı soket yapısında, hızlarda
ve özelliklerde üretilmişlerdir.Pentium işlemciler,
bilgisayarı zorlayan grafik ve işlem yoğunluklu
programları kullananlar için üretilirken; Celeron işlemciler
bilgisayarı yazı yazmak, internette gezinmek gibi
bilgisayarı zorlamayan programları kullananlar için
uygundur.
• Pentium III İşlemcisi
• İlave 3D (Three Dimensions = üç boyutlu ) komutları
sayesinde ileri grafik, akışkan(streaming) ses-video
işlemlerinde başarılı olan Pentium III, 1999 yılında
piyasaya sürülmüştür. 32

33. • Pentium IV İşlemcisi
• Pentium III işlemcisinin ancak 1 GHz hız üretebilmesi
yeni arayışları başlatmıştır. Bu engeli aşmak için yeni bir
mimari ve üretim teknolojisi ile Pentium IV üretilmiştir.
Veri yolunun genişliği 64 bite çıkarılmıştır. Pentium IV
işlemcisi DVD, MP3, video işleme,internet üzerinden
video gönderimi gibi yüksek miktarlarda veri transferi
gerektiren uygulamalarda daha başarılı sonuçlar
vermiştir.
• Xeon
• Intel’in sunucu bilgisayarlar için ürettiği işlemci türüdür.
33

34. • AMD İşlemciler
• AMD önceleri X86 uyumlu işlemciler üretmiştir. Daha
sonra kendi patentli işlemcilerini üretmişlerdir.
• K5 İşlemcisi
• K5 serisi isimlendirilirken Intel işlemcileri ile performans
karşılaştırılması(PR=Performance Rating) kullanılmıştır.
PR bir AMD işlemcinin performansının kaç Mhz’lik bir
Intel işlemciye eşit olduğu gösteren bir yöntemdir
• K6 ve K7 İşlemcileri
• 1997 yılından itibaren AMD, K6-2, K6-2+, K6-III gibi adlar
altında K6 serisi işlemcileri piyasaya sürmüştür.
Ardından K7 (Athlon) işlemciler geliştirilmiştir. K7
işlemciler slot yapısını kullanmıştır.
34

35. • Athlon XP İşlemcisi
• AMD’ nin bu modeli 3.2 GHz hızlara kadar
ulaşmıştır.AMD çok farklı özelliklerde işlemcileri
piyasaya sürmektedir. Masaüstü bilgisayarları için
sempron, athlon 64 serileri, taşınabilir bilgisayarlar için
sempron, athlon, turion, sunucu ve iş istasyonları için
opteron işlemcileri gibi.
AMD K7 Athlon işlemci AMD Athlon XP
35

36. İşlemci Teknolojileri
HT (Hyper Threading) Teknolojisi
•Yüksek kalitede video ile ses, ağır veritabanı uygulamaları
birçok veriyi işleme zorunluluğu getirmektedir. Hyper-
Threading (HT) teknolojisi sayesinde bir işlemci birbirinden
bağımsız iki programa ait veriyi aynı anda
işleyebilmektedir. Hyper Threading teknolojisi için aynı
anda birkaç yazılımı çalıştırırken, randımanı artırmaya
yarayan bir teknolojidir denilebilir.Örnek olarak,İntel’in
i3,i5,i7 işlemcileri.HT teknolojisi, bu teknolojiyi destekleyen
işlemciye, çipsete, sistem BIOS’a ve işletim sistemine sahip
bilgisayar sistemleri gerektirir. Örneğin, Windows 2000
Professional HT’yi desteklemediği için, bu işletim sistemi
yüklü olan bir bilgisayarda HT’nin getirdiği performanstan
yararlanılamaz.
36

37. 37

38. • Çift Çekirdekli İşlemciler (Dual-core Processors)
• Çift çekirdekli işlemci tek bir fiziksel işlemci içinde aynı
frekansta çalışan iki tam yürütme/çalıştırma biriminden
(çekirdek) oluşur. Her iki çekirdek de aynı paketi, aynı
çipset ve belleği kullanır. İki çekirdeğin olması, aynı anda
çoklu uygulama çalıştırma olanağı sağlar.
38

39. • Centrino Teknolojisi
• Intel’in dizüstü bilgisayarlar için geliştirdiği bir teknolojidir.
Intel Pentium M İşlemci, Mobil Intel® 915 Express çipset
ailesi veya Intel® 855 çipset ailesi, Intel PRO/kablosuz
ağ bağlantısı ailesi bileşenlerini içeren bilgisayar
sistemleri centrino teknolojili olarak adlandırılmaktadır.
Daha az güç kullanıp daha az ısınmayı, işlemci boyutunu
küçülterek dizüstü bilgisayar boyutlarını da küçültmeyi,
pil kullanım süresini artırmayı, kablosuz internete girmeyi
ve daha yüksek performans sağlamayı amaçlayan bir
teknolojidir. Centrino teknolojili işlemciler GHz seviyesi
bakımından daha düşük değere sahip olmalarına
rağmen elde edilen performansları daha yüksektir.
39

40. LOJİK KAPILAR
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. 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.
40

41. • 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 KAPISI AND KAPISI
• NOT KAPI
41

42. Bu mantık kapıları dijital anahtarlarla beraber çalışırlar.
Oda boyutundaki bilgisayarların zamanında bunlar
bildiğimiz fiziksel anahtarlardı fakat günümüzde MOSFET
(Metal-Oxide Semiconductor 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.
42

43. 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.
43

44. • RISC
• 1980’lerin ortalarından 1990’ların başlarına kadar, birçok
yeni, yüksek performanslı RISC (azaltılmış komut
kümesi bilgisayarı (reduced instruction set computer))
mikroişlemciler üretildi. Bu mikroişlemciler, özel amaçlı
makinelerde ve Unix iş platformlarında kullanıldı ve Intel-
standart masaüstü hariç bütün rollerde evrensel bir hale
geldi.İlk ticari dizayn, MIPS Technologies tarafından
yapıldı, 32-bit R2000 (R1000 piyasaya sürülmemişti).
R3000 dizaynı gerçekten pratik bir hale getirmişti ve
R4000 dünyanın ilk 64-bit dizaynı olarak tanıtıldı. Rakip
projeler, IBM’in POWER ve Sun’ın SPARC sistemlerini
doğurdu. Kısa bir süre içinde, tüm büyük üreticiler bir
RISC dizaynı üretmeye başladı. Bunlardan bazıları:
AT&T CRISP, AMD 29000, Intel i860 ve Intel i960,
Motorola 88000, DEC Alpha ve HP-PA’ydı.
44

45. • Piyasa güçleri, ana masaüstü RISC işlemci olarak
PowerPC’yi ve sadece Sun dizaynlarında kullanılan
SPARC’ı bırakarak; bu dizaynlardan çoğunun eriyip
gitmesine neden oldu. MIPS, en önemlisi Cisco router
larında olduğu gibi, çoğu gömülü dizayn olarak kullanılan
bazı SGI sistemleri sağlamaya devam etmektedir.
Orijinal dizaynların geri kalanı ise günümüzde ya yok
olmuştur ya da yok olmak üzeredir. Diğer şirketler,
özellikle ARM’a yöneldi. ARM orijinal olarak ev
bilgisayarlarını amaçlamış fakat daha sonra gömülü
işlemci piyasasına yoğunlaşmıştı. Bugün, MIPS, ARM
veya PowerPC çekirdeği tabanlı RISC dizaynları
işlemsel aygıtların (computing devices) çok geniş bir
çoğunluğuna güç vermektedir.64-bit hesaplamalarında,
DEC Alpha, AMD64, MIPS, SPARC, Power Mimarisi ve
HP-Intel Itanium popüler dizaynlardır.
45

46. • Piyasa istatistikleri
• Dünyada satılan bütün CPU’ların yaklaşık %55’i 8-bit
mikrodenetleyicilerdir. 1997’de 2 milyardan fazla 8-bit
mikrodenetleyici satıldı.Dünyada satılan bütün
CPU’ların %10’undan daha azı, 32-bit veya daha
fazladır. Satılan bütün 32-bit CPU’lardan %2 si masaüstü
veya dizüstü kişisel bilgisayarlarda, geri kalanı ise tost
makinesi, mikrodalga, elektrik süpürgesi ve televizyon
gibi ev eşyalarında kullanılmıştır.
46