Merkezi İşlem Birimi: Bilgisayar içinde neler oluyor

... konulu sunumlar: "Merkezi İşlem Birimi: Bilgisayar içinde neler oluyor"— Sunum transkripti:

1 Merkezi İşlem Birimi: Bilgisayar içinde neler oluyor
2. Hafta

2 Hedefler MİB in bilesenlerini belirterek bunların birbirleriyle nasıl çalıştıklarını ve hafıza ile iletişimi anlatmak Bir program komutunun bilgisayar tarafından nasıl çalıştığını tarif etmek Veriler bilgisayarda nasıl ifade edileceğini göstermek Bilgisayarın komut ve verileri nasıl bulacağını tarif etmek Anakartın tarifi Bilgisayar hızı nın ne anlama geldiğini belirtmek

3 İçindekiler Bilgisayaraın bileşenleri MİB Depolama tipleri
Program çalıştırılması Hafızada veri bulma Sistem birimi Microişlemci Veri yolu Hız ve güç

4 Bilgisayar Parçaları Ekran (1) Anakart (2) MİB (3) Hafıza (RAM) (4)
Genişleme yuvası (5) Güç Kaynağı (6) CD-DVD,BD ROM (7) Sabit disk (8) Klavye (9) Fare (10)

5 MİB (Mekezi İşlem Birimi)
Verileri MİB e gönderir GİRDİ (=INPUT) İşlemleri yapılmış verilere erişimi sağlar ÇIKTI (=OUTPUT) Veri ve programları depolar İkincil Depolama İşleme

6 MİB Verileri bilgiye dönüştrür Merkezi kontrol eder
Depolanmış program komutlarını çalıştıran elektronik devre seti üç kısım Kontrol Birimi (CU) Matematik mantık birimi (ALU) yazmaçlar

7 Kontrol Birimi (CU) Kontrolu sağlayan bir donanım parçası
Sistemi depolanmış program komutlarını çalıştırması için yönlendirir Donanımın diğer parçaları ile iletişimi sağlar

8 Matemtik / Mantık Birimi (ALU)
Matematiksel işleri yapar Mantıksal işleri yapar

9 Matematik işleri + Toplama Çıkarma Çarpım Bölüm - / *

10 Mantıksal işler NOT AND OR >= <= > < < > =
Şartları değerlendirme Karşılaştırma sayılar harfler Özel karekterler AND OR >= <= > < < > =

11 Yazmaçlar Özel amaç Yüksek hız Geçici hafıza MIB içinde yeralır
Komut yazmacı O anda çalıştırılan komutu tutar Veri yazmacı İşlemi yapılacak veriyi tutar İşlem sonundaki veriyi tutar

12 Depolama Tipleri

13 Depolama Tipleri İkincil hafıza yazmaçlar Kullanılacak veriler
Uzun dönem hafıza Çok yakında kullanılacak veriler geçici Depolamadan daha hızlı erişim yazmaçlar Şu an işleri derhal yapılacak olan veriler Hafızadan daha hızlı erişim

14 Kapasite ölçüsü Bit likt –tek bir 1/0 depolama ünitsi 4-bitlik ünite
8-bit=bir bayt 187

15 Kapasite ölçüsü ☺ ☻ A B a b . space

16 Kapasite ölçüsü C A H İ T 5 bytes space needed to store

17 Kapasite ölçüsü(devam…)
101= =4 102= =8 103= =16 . 210=1024

18 Depolama kapasitesini ölçmek
KB – kilobyte 1024 bytes Bazı disketler Ön bellek MB – megabyte 1024 KB RAM GB – gigabyte 1024 MB Sabit Diskler CD ve DVD TB – terabytes 1024 GB Geniş sabit diskler

19 Hafıza Çeşitli adlandırmalar
Depolama Birincil depolama Ana depolama İçsel depolama Hafıza/bellek Brincil hafıza/bellek Ana bellek/hafıza

20 Hafızanın başlıca türleri
RAM Random Access Memory ROM Read Only Memory

21 RAM Değerleri tutmak için enerji ister geçici
Veriler ve konutlar tutulur Kullanıcılar hafıza deyince bunu tip hafızayı kastederler

22 RAM da neler var? İşletim sistemi O an çalışan programlar
Program tarafından gerekecek veriler Çıktı olan orta dercelili sonuçlar

23 ROM Kalıcı Bilgisayarın açılması için gerekli komutlar
Veriler ve komutlar okunabilir fakat değiştirilemez Komutlar tipik olarak fabrikalarda yüklenir

24 Programların çalıştırılması
CU komutları alır ve hafızaya yerleştirir CU komutları çözer CU ilgili donanım kısmını uyararak eylem yapmasını söyler Kontrol uygun dananım kısmına transver edilir İş yapılır Kontrol tekral cu ya geçer MİB işleri getirir çözer çalıştırır Geri yazar

25 Makine turu Komut- zamanı
CU hafızadan komutu alır ve yazmaçlara yerleştirir CU komutu çözer ve gerekli verinin hafızadaki yerini belirler

26 Makine turu Çalıştırma- Zamanı Çalıştırma
CU hafızadaki veriyi ALU deki yazmaça götürür Kontrol ALU verilir ve komut çalıştırılır Kontrol tekrar CU CU operasyonun sonuçlarını hafızaya veya yazmaça kayıt eder

27 Sistem saati Sistem saati sabit oranda vuruşlar üretir,
Her vuruş, bir makine turu(dögüsü) dur, Bir program komutu gerçekte MİB e çok sayıda komut olabilir Her bir MİB komutu bir vuruş alır MİB in komut set vardır– bilgisayarın anlayabileceği ve yürütebileceği komutlar

28 Hafızada verileri bulma
Hafızadaki her bir biriminin bir adresi vardır Adresler asla değişmezler İçindekiler değişirler Hafıza birimi bir komut veya bir veri bulundururlar Programcılar sembolik isimler kullanırlar

29 Verilerin ifadesi On/Off (açık/kapalı)
Devrenin durumunu ifade etmek için ikilik sayı sistemi kullanılır 1 ON OFF

30 İkilik sistem 11011001=217 1.128+1.64+0+1.16+1.8+0+0+1.1
=217 (onluk sistem) 217= = = =217

31 Bit, Bytes, Words BIT BYTE WORD Binary DigIT On/off circuit 1 or 0
8-bits Bir alfanumerik karekteri depolar WORD Yazmacın büyüklüğüdür MİB nin bir birim olarak işlem göreceği bit sayısı Word deki bit sayısı işlemciye göre değişir tipik olarak 32-bit tir 0 = = = = = 0/1 One byte

32 Kod düzeni ASCII (American Standard Code for Information Interchange )
8-bit yani bir byte kullanır 28 = 256 mümkün olan karekterkombinasyonu alabilir Hemen her PC kullanır EBCDIC(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code ) Genellikle IBM uyumlu ana bilgisayarlarda kullanılırlar Unicode İki 8-bit yani 2 byte (16-bit) kullanır 216 = 65,536 mümkün olan karekterkombinasyonu alabilir Tüm dünya dil karekterlerini destekler ASCII ile uyumludur

33 Sistem Birimi Kara kutu
Elektronik bileşenlere ev sahipliği yapar anakart Depolama araçları bağlantılar Bazı Apple Macintosh modelleri sistem birimini monitor içindedir.

34 Sistem Birimi Kara kutu
Anakart İşlemci Hafıza Donanımın diğer parçalrına bağlantı İlave chipler eklenebilir – mat işlemci

35 Anakart IDE-Sabit disk soketi Floppy-slotları Genişleme slots-PCI
AGP USBs COM-port Fare & Klavye LPT1 MİB-soket RAM slotları Floppy-slotları IDE-Sabit disk soketi Mikrofon & Hoperlor Kuzey köprü

36

37 Sistem Birimi Kara kutu
Depo ayğıtları Sabit disk sürücü Floppy sürücü CD-ROM sürücü DVD-ROM sürücü

38 İşlemci MIB bir chip üstüne işlenmiş Chip boyutu 3.5 x 3.5 cm
Silikon dan oluşur Milyonlarca transistörden oluşur Elektronik anahtarlar olup akımın geçmesini sağlarlar

39 İşlemci Bileşenleri Kontrol Birimi – CU
Matematik / Mantık Birimi – ALU Yazmaçlar Sistem saati

40 İşlemci tipleri Intel-compatible Intel Cyrix Pentium AMD Celeron
Xeon and Itanium Core Duo Core 2 Duo

41 İşlemci tipleri PowerPC Apple, IBM, ve Motorola nın ortak çalışması
Apple Macintosh PC ailesinde kullanılır Serverlerde ve içiçe sistemlerde kul. Alpha Compaq üretimidir pahalı server larda ve iş istasyonlarında

42 Hız ve güç Bilgisayarı hızlı yapan şey nedir? İşlemci hızı
Veri yolu (Bus line) genişliği Önbellek oluşu Flash hafıza RISC bilgisayarlar Parallel işlemler

43 Bilgisayar işlem hızı Bir komutu çalıştırması için geçen zaman:
Milisaniye /103 (= 1/1000) Microsaniye 1/106 Nanosaniye 1/109 Modern Bilgisayarlar Pico saniye 1/1012 gelecekte

44 İşlemci hızı Saat hızı Bir saniyedeki komut sayısı
Megahertz (MHz) Gigahertz (GHz) Bir saniyedeki komut sayısı Her saniyede milyonlarca komut (MIPS) Karmaşık matematiksel işlerin yürütülmesi Her saniyede bir milyon floating-point (Megaflop )

45 Önbellek Küçük çok hızlı geçici bellek bloğu
Veri transferini hızlandırır Çok sık veya şu an kullanılan komut ve veriler tutulur

46 Önbellek tipleri İç ön bellek Diş ön bellek Level 1 (L1)
İşlemci içinde 128KB a kadar Diş ön bellek Level 2 (L2) Ayrı olabilir 4MB a kadar SRAM technolojisi Ucuz ve L1 den daha yavaş Hafızadan daha hızlı ve pahalı

47 önbellek

48 L1 önbelleği Level 1 önbelleği işlemci içinde üretilmiştir. Bir tür RAM dır, tipik olarak 8, 16, 20, 32, 64 or 128 Kb olup, MİB in saat frekansı ile aynı hızda işlem görür. Bu nedenle L1 e MİB in bir parçası denir.

49 L1 önbelleği (devam...) L1 önbelleği normalde iki kısımdan oluşur, biri veri için ve diğeri komut için. Örneğin, Athlon işlemci 32 KB veri belleği ve a 32 KB komut belleği ne sahiptir. Eğer ön bellek herikisi için ortak tek yapılmışsa, buna birleştirilmiş önbellek denir.

50 Önbellek devam(...)

51 Pentium II and Cache In the earlier processor generations, the L2 cache was placed outside the chip: either on the motherboard (as in the original Pentium processors), or on a special module together with the CPU (as in the first Pentium II’s).

52 Pentium 4 (II, “Northwood”)
CPU L1 cache L2 cache Athlon XP 128 KB 256 KB Athlon XP+ 512 KB Pentium 4 (I) 20 KB Pentium 4 (II, “Northwood”) Athlon 64 Athlon 64 FX 1024 KB Pentium 4 (III, “Prescott”) 28 KB Pentiun D 1st [two pentium M]-(pIII&P4 hybrid) oparate in 32 bit 2MM Pentium D (two p4 prescot) 2 MB Pentium core 2 Duo E6700 oparate in 64 bit 64KB(=2x32) 4 MB

53 Core 2 duo tipleri Model Clock speed Bus speed L2 cache TDP Price
Core 2 Extreme X6800 2.93GHz 1066MHz 4MB 75 W $999 Core 2 Duo E6700 2.67GHz 65 W $530 Core 2 Duo E6600 2.4GHz $316 Core 2 Duo E6400 2.13GHz 2MB $224 Core 2 Duo E6300 1.86GHz $183

54 Flash Hafıza Kalıcı RAM Kullanıldığı bazı yerler Cep telefonları
Dijital fotograf makineleri Dijital muzik çalarlar PDAs

55 Komut seti CISC Technolojisi RISC Technolojisi
Complex Instruction Set Computing Geleneksel bilgisayarlar Bir çok komut kullanılmaz RISC Technolojisi Reduced Instruction Set Computing Komutların küçük alt seti Hızı arttırır

56 İşlem tipleri Serial işlem Parallel işlem
Her seferinde bir komut çalıştırır getirir, çözer, çalıştırır, depolar Parallel işlem Aynı zamanda çök işlemci kullanılır Her saniyede trilyonlarca floating-point komutlarını saniye (teraflops) Ex: ağ serverları, superbilgisayarlar

57 CMOS Complementary metal oxide semiconductor Az bir enerji kullanırlar
Bilgisayarı açmak için gerekli ayarları depolamak için kullanılır Bilgiyi pil yardımı ile tutar

58 RAM O an ki program için gerekli komut ve verileri tutar
Hafızadaki verilere rastgele erişilebilir Kolay ve hızlı erişim vardır geçici silinebilir Üzerine yazılabilir

59 RAM Tipler Sabit olarak yenilenmeli ucuz SRAM DRAM
Static random access memory Enerji durduğu sürece içeriği korur DRAM dan daha hızlı DRAM Dynamic random access memory Sabit olarak yenilenmeli ucuz

60 Types of RAM SDRAM (synchronous dynamic random access memory )
DRAM dan hızlı Rambus DRAM SDRAM dan hızlı pahalı DDR (Double-Data-Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) Known as DDR SDRAM or DDR RAM DDR2 (the bus is clocked at twice the speed of the memory cells) DDR3 (Can transfer I/O data at eight times the speed of the memory cells it contains )

61 Data transfers per second
Chipler ve modülleri Standard name Memory clock Cycle time I/O Bus clock Data transfers per second Module name Peak transfer rate DDR3-800 100 MHz 10 ns 400 MHz 800 Million PC3-6400 6400 MB/s DDR3-1066 133 MHz 7.5 ns 533 MHz 1066 Million PC3-8500 8533 MB/s DDR3-1333 166 MHz 6 ns 667 MHz 1333 Million PC 10667 MB/s[1] DDR3-1600 200 MHz 5 ns 800 MHz 1600 Million PC 12800 MB/s

62 RAM a ekleme SIMMS – chipler tek yüzde DIMMS – chipler her iki yüzde
Eklenecek maximum hafızayı Anakart la belirlidir

63 ROM Programlar ve veriler fabrikada kalıcı olarak kayıt edilirler okur
Kullanıcı değiştiremez Açılış rutinlerini bilgisayar açılınca yükleyebilir kalıcı

64 PROM Programlanabilir ROM ROM yazıcıları verileri değiştirebilirler

65 Veri yolu (Bus Line) Elektirik sinyallerinin geçtiği yol Sistem yolu
Veriyi MİB ile hafıza arasında taşınan yol Yol genişliği (Bus width) Bir defada taşınabilecek bit miktarı (=sayısı) Normalde MİB word büyüklüğü kadardır Hız MHz lerle ölçülür

66

67 Veri yolu (devam..) = Daha geniş veri yolu Daha güçlü bilgisayar
MİB bir defasında daha fazla veri taşır Hızlı bilgisayar MİB daha geniş adreslere başvurabilir Daha fazla hafıza kullanılabilir

68 Genişleme yolları Anakartı genişleme slot larına bağlarlar
Genişleme kartları slotlara takılır Aryüz kartları Adaptör kartları Dış bağlantı veya port sağlarlar Seri Paralel

69 Genişleme yolları

70 PC yolları ve Portları ISA Düşük hızlı fare modem gibi araçlar takılır
PCI Yüksek hızlı sabit disk ağ kartı gibi araçlar takılır AGP Hafıza ile ekran kartını birbirne bağlar yüksek performas verir PCI-Express Yüksek hızlı ekran kart ve diğerleri araçlar bağlanır USB Çok sayıda genişleme kartlarını elimine ederek anakarta bağlantı kurulabilen bir port IEEE 1394 (FireWire) Yüksek hızlı yol olup video ekipmanlarını bilgisayara bağlar PC Card PCMCI Kredi kartı ebatlarında PC kartları olup genellikle laptoplarda olur

71 ISA PCI AGP PCI-Express USB IEEE 1394 (FireWire) PC Card PCMCI
in 8 to 16 Data Bits, at 8 MHz Bus Speed, at 20 MB's, data Transfer Rate PCI from 32 to 64 Data Bits, at 66 MHz Bus Speed, at 150 MB's Data Transfer Rate AGP PCI-Express USB IEEE 1394 (FireWire) PC Card PCMCI Supports 64MB addressing, Bus mastering , PnP, 33 Mhz clock rate.

72

73 PCI Express x16 slot PCI Express x1 slot

74 PCI-E PCI PCI Express slots (from top to bottom: x4, x16, x1, and x16), compared to a traditional 32-bit PCI slot (bottom). A PCI Express link is built around pairs of serial (1-bit), unidirectional point-to-point connections known as "lanes". This is in sharp contrast to the PCI standard which is a bus-based system in which all the devices share the same bidirectional, 32-bit (or 64-bit), parallel signal path.