İşlemcilerin Üretimi... Çoğu insan kenarlarından ufak iğnelerin çıktığı dörtgen parçanın işlemci çipi olduğunu sanır. Aslında bu yanlıştır. Bilinen bu şey çipi saran plastik parçanın kendisidir. Asıl çip bu plastiğin içerisinde tırnak büyüklüğü kadar bulunan üçgen şeklindeki minik bir silikondur. Moore Kanunu... Çipler FAB (Fabrication Plant-Üretim Tesisi)’larda hazırlanır. Bir çip üretmek için kurulması düşünülen fab’ın maliyeti 1 milyon dolardan fazladır. Bu fab’larda tozların imalat sürecine zarar vermemesi için süper filitrelerle donatılmış temiz odaları bulunur. İşçiler de toz geçirmeyen kıyafetler giyer. (Intel reklamlarından aşina olduğumuz tavşan kılıklı kıyafetler) Üretim tesisi, minyatürize litografi tekniği ile milyonlarca transistörü wafer (gofret) denilen silikon tabakasının üzerine kazır. Hassas makineler her silikon dilimini düzinelerce ya da yüzlerce kalıba (çipe) ayırır. Günümüz çiplerinde silikon ve metalden oluşan birkaç tabaka bulunur. Metal tabakalar iletken, silikon tabakalar ise yarı iletkendir. Yarı iletkenler, üzerlerinden geçen sinyallere bağlı olarak, yalıtkan ya da iletken davranırlar. Bu zaten transistörlerin çalışma mantığıdır. Bunu anlamak için biraz elektronik bilgisi gerekir.
Teknolojik ilerlemeye bağlı olarak transistörlerin de boyları küçüldü. 2001 yılı verilerine göre üretilen transistörlerin büyüklüğü 0.18 mikron kadardır. Bir saç kalınlığının 100 mikron olduğunu düşünürsek karşımıza bayağı ufak bir şey çıkar. Bu anlamda ufalan transistör büyüklüğü bir çipin içine sığdırılacak transistör sayısını arttırır. CPU tarihini incelendiğinde, bir işlemci çipinin kalıbına sığdırılan transistör sayısının, her 18 veya 24 ayda bir ikiye katlandığını görülür. Bunu işlemci kronolojisi bölümünde verilen tabloya bakarak inceleyebilirsiniz. Söz konusu bu trende Moore Kanunu denir.
Üretim işleminin her yeni kuşağında daha güçlü, daha hızlı az enerji harcayan, daha ucuz çipler imal edilmektedir. Bu durumun en az 10 yıl daha böyle devam etmesi beklenmektedir. Söz konusu verilen zamanın ötesinde fiziksel problemler görülmektedir. Ama bakalım yeni teknolojiler yeni çözümler getirebilecek mi İşlemci Üniteleri... Esasen mikro işlemciler, açma kapama düğmeleri gibi çalışan milyonlarca transistörden oluşur. Elektrik sinyalleri, yazılmış bir program önderliğinde mikro işlemcide değişik sinyallere dönüştürülmektedirler. Bu işlemler Binary düzeyinde temel matematiksel işlemlerle yapılır. Bunlara Bit denir. CPU bu Bitler üzerinde işlem yapabilmek için temel bir yazılıma ihtiyaç duyar ki bu söz konusu temel yazılım mikro işlemcinin çalışması için gereklidir. Bu yazılım veya program bir komut listesinden ibarettir ve işlemcinin içindedir. Bu komutlar duruma göre toplama işlemini yapabilir veya Conditional Branch ile cevap verebilir. Komutları yerine getirme işini ise işlemci içinde bulunan uygulama ünitesi (Execution Unit) veya fonksiyon ünitesi (Function Unit) sağlar. Modern işlemcilerde değişik komutların işlenmesi amacıyla birden fazla fonksiyon ünitesi bulunmaktadır. Bundan başka işlemci içinde tamsayı (Integer) işlemlerini yapan aritmetik/mantıksal ünitesi (Arithmetic /Logic Unit) ve küsuratlı sayı işlemlerini yapan kayan nokta ünitesi (FPU-Floating Point Unit) bulunmaktadır. Bir işlemcideki fonksiyon ünitesi ne kadar çoksa çalıştırılabilecek komut sayısı da o kadar çoktur. İşlemci Mimarileri... Mikro işlemciler, mimari (Architecture) sınıfınca gruplandırılırlar. Ortak mimariye sahip işlemciler, aynı komutları tanıdıkları için, aynı yazılımı çalıştırabilirler. Bir işlemcinin tanıdığı komutlar seti, o işlemcinin mimarisinin özelliğini belirleyen en büyük kriterdir. Bir başka özellik de register seti (register set) veya register grubu (register file) olarak bilinir.
Intel ilk x86 çipi olan 8o86’yı 1978 yılında çıkardı. O zamanlarda x86 modeli 6 kuşak evrim geçirdi. (Pentium II, III altıncı kuşak Pentium Pro’nun varyasyonlarıdır) Söz konusu çipteki bu gelişmeler;kronoloji bölümünde tablo olarak verilmiştir. Diğer şirketler de x86 ile uyumlu işlemciler üretmektedirler. Bunlar üstteki tabloda gösterilen AMD, CYRIX (National Semiconductor’a ait), CENTAUR TECHNOLOGY (IDT’nin İştirakıdır) ve RISE TECHNOLOGY. Diğer mimariler ise şöyle sıralanmaktadır: PowerPC, Digital, Compaq, Silicon Graphics’in Mips Rxooo serisi, HP (Hewlett Packard)... vs. bu mimarilerin hiç biri ne kendi aralarında ne de x86 ile uyumlu değillerdir.
Mimariler ortaya çıktıkları dönemin hakim dizayn felsefesini yansıtırlar. X86’nın dünyaya geldiği 1970’lerde, veri saklama cihazları ve hafıza bugünün standartlarına göre çok kısıtlıydı. Bu kaynakları tasarruflu bir şekilde kullanabilmek için CISC diye bilinen bir mimari benimsendi.
1980’lerin sonuna gelindikçe hafızayı tasarruflu kullanma konusu önemini yitiriyordu. CISC’in kısıtlamaları da mühendislerin ellerini kollarını bağlıyordu. Bu sebepten dolayı CISC’a rakip olarak RISC ortaya çıkmıştır. RISC'in sağladığı özellikler sayesinde fetch (komutu hafızaya taşıma), decode (komutun anlamını çözme) ve komutu çalıştırma işlemleri daha kolay yapılmakta idi. RISC’in kötü bir özelliği ise tüm komutları 32 bit olarak kabul etmesidir. Bu durumda 32 bitten kısa olan komutlar daha uzun gözükmektedir ve daha fazla hafıza gerektirmektedir.
RISC komutları sabit bir zaman diliminde işlem görmektedir. Bu da Süperskalar Pipelining özelliğini kullanan işlemciler için önemli bir özelliktir. Pipelining seri üretim yapan bir fabrika tekniği ile çalışır. Basit bir pipeline’da 5-6 aşama olabilir. Süperpipeline’da ise en az 10 aşama bulunur. Bu sayede birden fazla komut birden fazla aşamada işlem görebilmektedir. RISC bu teknige daha uygundur. Çünkü basitleştirilmiş komutlar pipeline’dan pürüzsüz bir şekilde akarlar ve CISC’ın neden olabildiği tıkanmalara yol açmaz. RISC işlemcilerinin başka avantajları da vardır. mesela register‘ları ve register grupları daha büyüktür. Ama bu biraz RISC’in, CISC işlemcilerinin dizayn edildigi zaman mevcut olmayan teknolojik ilerlemelerden yararlanmasindan kaynaklanmiştir.
RISC ve CISC birbirleriyle taban tabana zit degillerdir. Modern CISC işlemcilerinde RISC ilkelerinden bazilari kullanilir. Mesela Intel ve AMD’nin altınca kuşak işlemcileri, karmaşık komutları süperscalar pipeline’larda çalıştırmadan önce bunları daha basit, RISC’e benzer komutlara çevirirler. Kaynak :Tom R. HALFHILL İşlemci Kronolojisi... TARİH İŞLEMCİ AÇIKLAMA 1989 Nisan Intel 486DX-25 Mhz 165 mm2die, 1.2 milyon transistör. İlk gerçek pipelined x86, L1 cache ve bir matematik yardımcı işlemci 1990 Eylül Motorola 68040 20, 33 Mhz 153 mm2die, 1.2 milyon transistör. 68030 mimarisi güncellenmesiyle bellek yönetim birimi ve FPU birimine sahip oldu. 1991 Eylül Intel 486SX-16 Mhz 316 mm2die, 1.185.000 transistör. FPU’suz düşük maliyetli 486; ama 32-bit. 1992 Şubat DEC Alpha 21064 150 Mhz 234 mm2die, 1.7 milyon transistör. Süperskalar ve süperpipelined, 64-bit, yüksek saat hizi. (Çok kisa zamanda 200 Mhz modeli de çikartildi) 1992 Mart Intel 486DX2-50 Mhz 230 mm2die, 1.2 milyon transistör. Diş veri yolu işlemci hizinin, yarisinda çalişan ilk x86 işlemci. 1992 Mayis Cyrix 486SLC-25 Mhz 108 mm2die, 600.000 transistör. 386SX veri yolu ve 486 tipi iç yapiya sahip. Tüm bunlarin yaninda FPU içermiyor. 1993 Mart Intel Pentium-60 Mhz 294 mm2die, 3.1 milyon transistör. Ilk çift pipelined süperskalar x86 mimarisidir. RISC teknikleri ilk kez bu modelde kullanildi. 1993 Nisan AMD 486-33 Mhz 89 mm2die, 1 milyon transistör içermekte. 1993 Nisan Power PC 601 50,60 Mhz 120 mm2die, 2.8 milyon transistör. Macintosh ürün serisini canlandirdi. Veri yolu mantigini Motorola 88100 RISC çipinden alinarak OS ve NT için üretildi. 1993 Ekim Power PC 603 66,80 Mhz 83 mm2die, 1.6 milyon transistör. Ilk olarak taşinabilir bilgisayarlar için tasarlandi. 1993 Aralik Cyrix 486DX-33 Mhz 196 mm2die, 1.1 milyon trransistör. 1994 Mart Intel 486DX4 75 Mhz, 100 Mhz 87 mm2die, 1.6 milyon transistör. 3 kat hizlandirilmiş saat hizi. 16K L1 Ön bellek. Ayrica 3.3 volt ile çalişan ilk 486 1994 Nisan PowerPC 604-100 Mhz 197 mm2die, 3.6 milyon transistör. 1994 Nisan Motorola 68060 40, 60 Mhz 217 mm2die, 2.5 milyon transistör. Pentium’a rakip olması için tasarlanmış çift pipelined 68000 ailesi üyesi. 1994 Eylül DEC Alpha 21164 266 ve 300 Mhz 314 mm2die, 9.3 milyon transistör. 1994 Eylül NexGen Nx586 70 Mhz (PR75) 118 mm2die, 3.5 milyon transistör. P vey PR ölçü sistemi, ile pentiuma denk gelen sistem hızını göstermekte. 1995 Şubat Power PC 603e 100 Mhz 98 mm2die, 2.6 milyon transistör. 1995 Temmuz Cyrix 5x86-100 Mhz 144 mm2die, 1.9 milyon transistör. 1995 Kasım Intel Pentium Pro 150 ve160 Mhz 196 mm2die, 5.5 milyon transistör. İlk altıncı nesil x86 ve yine ilk L2 ön belleğe sahip işlemci. 1995 Kasım Cyrix 6x86 100 Mhz (PR120) 173 mm2die, 3 milyon transistör. 1996 Mart AMD K5-75 Mhz 173 mm2die, 3 milyon transistör. 1997 Ocak Intel Pentium MMX 166 128 mm2die, 4.5 milyon transistör. 1985’ten beri değişmeyen x86 komut kümesine ilk kez 57 tane çoklu ortam (Multi Media) komutu eklendi. 1997 Şubat Cyrix MediaGx 133 Mhz 134 mm2die, 2.4 milyon transistör. Grafik DRAM kontrolcülerini ve PCI veri yolu arabirimini çip üzerinde içeren değer yönelimli işlemci. 1997 Mart DEC Alpha 21164 PC400 ve 533 Mhz 137 mm2die, 3.4 milyon transistör. Kitlelerin kullandığı x86 masaüstü bilgisayarlarda rekabete girebilecek düşük maliyetli işlemci çip. 1997 Nisan AMD K6 - 166, 233 Mhz 162 mm2die, 8.8 milyon transistör. Aslında bir NexGen tasarımıdır. MMX teknolojisini içeriyor ve aynı saat hızında çalışan Pentium II ile yarışabiliyor. 1997 Mayıs Intel Pentium II 233, 300 Mhz 203 mm2die, 7.5 milyon transistör. Pentium Pro’nun MMX komutlarını ve yeni kartuş ile bağlantı tasarımını içeriyor. 1997 Mayıs Cyrix 6x86 100 Mhz (PR166), 187.5 Mhz (PR233) 194 mm2die, 6 milyon transistör. MMX komutlarını içeriyor. Pentium Pro ve MMX işlemcilerine rakip olmak üzere üretildi. 1997 Haziran Power PC 604e 166, 200 Mhz 148 mm2die, 5.1 milyon transistör. 1997 Eylül Intel Pentium MMXMobile-200, 233 Mhz 95 mm2die, 4.5 milyon transistör. 0.25 mikronluk işlem teknolojisi kullanan ilk Intel işlemcisidir. 1.8 volt ile çalışmaktadır. 1999 Mart Intel Pentium III 450, 500, 550 Mhz Üzerinde 9.5 milyon transistör bulunduran işlemci 0.25 mikron teknolojisiyle üretilmeye başlanmıştı. Ancak yakın zamanda 0.18 mikron üretimine başlanacaktır. Yazılım desteği olarak üzerinde MMX ve SIMD komutları bulunmaktadır. Bu komutlar sayesinde özellikle grafiksel işlemler (3D amaçlı) daha hızlı gerçekleşmektedir.
KAYNAK : Nancy HIRSH; Josh LEVY PC Welt adlı yayının "Development Of CPU" bölümü. İşlemcilerin Seçimi... Bilgisayar almak isteyenler bu kadar işlemci karşısında ne yapacaklarını bilmezler. Öyle ki şu anda iki düzineden çok fazla seçeneğe sahipsiniz. Intel’in rakipleri, ilgi çekmek için ürettikleri çiplerin fiyatlarını Intel’inkilere göre önemli miktarlarda düşürmek zorunda olduklarindan bu durum onlari degerli kiliyor. Rekabet Intel’in üzerindeki fiyat kırma baskısını arttırdığından, piyasadaki tüm fiyatların düşmesine de neden oluyor. Böylece geniş işlemci seçenekleri arasında size uygun olan fiyat/performans oranını seçebiliyorsunuz. Yine de en iyi işlemciyi seçmede sizi pek çok tuzak bekliyor. Bu işlemcilerin bilgisayara takılması pek anlam ifade etmemekte. Çünkü her işlemci bir uygulamadan bir diğerine bayağı farklılık gösteriyor. İşlemcilerin Hızları... Mikro işlemci hızları genelde Mhz (MegaHertz) olarak ifade edilirler. Bir işlemcinin xxx Mhz hızında çalışması demek iç saatinin saniyede xxx milyon çevrim yaptığının göstergesidir. Saat frekansları işlemcinin performans ölçümünden çok motor devir göstergesidir. Bu rakamlar ancak aynı mikro mimariye sahip işlemcilerin karşılaştırılmasında geçerli olabilirler. Yoksa Pentium 200 Mhz ile Pentium Pro 200 Mhz aynı olurdu. Ama mikro mimarileri farklı olduğundan Pro daha hızlı çalışmaktadır.
Dizayn mühendisleri performansı daha arttırmak için branch prediction, speculative execution gibi teknikler kullanarak daha büyük ön bellek (cache) hafızalarına başvururlar. Branch prediction bir nevi kumardır. Programın karar verme noktasına ulaştığında kullanıcının vereceği kararı önceden kestirmeye çalışmasıdır. Static yöntemlerde her zaman aynı mantık yürütülür ve %50’den fazla ihtimal değerlendirilerek sonuca ulaşılır.
Daha gelişmiş işlemciler ise dinamik branch yöntemini uygulayarak kullanıcının önceden vermiş olduğu kararları değerlendirerek bir karar ulaşırlar. Speculative execution ise bu tekniği bir adım öteye taşır. İşlemci, sonucu tahmin ettikten sonra dallanma ardından çalıştıracağı komutları çalıştırmaya başlar. Ancak, dallanma sonucunun gerçekten de öyle olduğu teyit edilene kadar işlemci sonucu kendisine saklar. Tahmin yanlış çıkarsa bütün tahminler çöpe atılır ve yeni dallanma tahminine geçilir. Bu durumda karşılaşılan birka saat çevrimlik maliyete Misperdict Penalty (Yanlış Tahmin Cezası) denir. Bu maliyet özellikle süperpipeline işlemcilerde önem kazanır. Çünkü bu sistemlerde komutların işlendiği çok fazla aşamada vardır. Bu durumda yapılacak hatalı tahmin sonucunda boşaltılması gereken aşama sayısı çok olacaktır. Kaynak :Tom R. HALFHILL İşlemcilerde Slot Ve Soket... İşlemcilerde yapılan bu iki ayırım sadece üretim modelleriyle ilgilidir. Aşağıdaki şekilde her iki model gösterilmektedir. Alacağınız işlemciye uygun ana kartınızın olması gerektiğini unutmayın. Eğer ana kartınız soket 370 modellerini destekliyorsa slot işlemcileri kullanamazsınız. Slot işlemciler genelde yeni çıkan işlemcilerde gözükmektedir. Ancak ne varsa Intel firması nostalji rüzgarları estirerek eskiye dönüş yapma çabasında. Bu demek değildir ki soket modeller kalkacak. Sadece elinde eski ana kart modelleri olanlara kolaylık sağlamak amacı vardır.
Anasayfa
Konu: İşlemciler 
Perş. Mart 11, 2010 9:48 pm