Bilgisayar Donanımı Hafta 4

... konulu sunumlar: "Bilgisayar Donanımı Hafta 4"— Sunum transkripti:

1 Bilgisayar Donanımı Hafta 4
CPU- İŞLEMCİLER

2 İşlemci (CPU) ? Bilgisayarın beyni olarak kabul edilen, bilgisayardaki tüm işlemleri yapan ve diğer birimleri yöneten bir parçadır Tüm elektronik ve akıllı sistemlerde bulunur. Otomatik çamaşır makinesi, otomatik bulaşık makinesi; fabrikalardaki otomatik cihazlar, televizyon ve telefon gibi cihazlarda işlemci vardır.

3 İşlemci (CPU) ? İşlemci, donanım birimidir.
bilgisayarın birimlerinin çalışmasını birimler arasındaki veri (data) akışını kontrol eden, veri işleme (verileri değerlendirip yeni veriler üretme) görevlerini yerine getiren donanım birimidir. Mikroişlemci, CPU (Central Processing Unit ), MİB (Merkezi İşlem Birimi), μP (mikro Processor) isimleri de sıklıkla kullanılır. İşlemci = Mikroişlemci = MİB = CPU = μP

4 İşlemci (CPU) ? Transistör Slikon Silisyum Kum İşlemciler aslında transistör adını verdiğimiz yarı iletken elemanların birleştirilmesi ile oluşturulmuş devrelerdir

5 Transistör Öncesi Dönem (1940s)
18.000, adet elektronik tüp 30 ton 167 m2 150 KW güç Saniyede 5000 toplama işlemi Aşırı ısınma sebebiyle bir kaç dakika çalışma süresi

6 İşlemci (CPU) ? 1971 yılında 2300 transistörlü, 16 pinli tek yongalı işlemci üretildi. Bu işlemcinin hızı 740 kHz, 4 bit veri yolu 4KB bellekli Günümüzde ise 1 Milyar ve daha fazla transistörlü CPUlar kullanılmaktadır. Bu transistörler elektrik sinyallerini iletirler. Bilgisayarın yaptığı tüm işlemler; elektrik sinyalleri vasıtasıyla gerçekleşir. Devrede elektrik sinyalinin olması “1”, elektrik sinyalinin olmaması “0” ile ifade edilir.

7 İşlemci (CPU) ? İşlemci işlemleri ikilik sayı sistemini kullanarak yani 0 ve 1 sayılarını kullanarak yapar. Komut, işlem, veri, vb. kavramların ikili sayı sistemi ile ifadesine Makine dili (makine kodu) denir. Her harf, renk, ses vb. veri ikilik tabandaki sayı gruplarıyla ifade edilir. Her “0” veya “1”in bilgisayarda kapladıkları alana bit adı verilir

8 İşlemci (CPU) ? Bu sayı grupları üzerinde işlem yapmak için işlemci içerisinde komut listesi mevcuttur. İşlemcinin hafızasında bulunan bu komut listelerine o işlemcinin komut seti (instruction set) denir. Bu komutlar, işlemcinin sorumlu olduğu tüm matematiksel ve mantıksal işlemleri gerçekleştirir. İşlemci içerisinde komut seti dışarıdan gelen uyarılar eşliğinde işlemleri yapmaktadır. Hangi uygulamayı kullanırsak kullanalım bizim kullandığımız uygulama işlemcinin anlayacağı bu komut setlerine dönüştürülerek sonuç elde edilir.

9 İşlemci (CPU) ? İşlemciler komut setlerine göre CISC ve RISC olmak üzere ikiye ayrılır CISC: Kompleks komutlara, yani bir seferde birden fazla işlemi yerine getirebilen komutlara sahip işlemci mimarisidir. RISC: Her seferinde tek bir işlem gerçekleştiren basit ve hızlı komutlara sahip işlemci mimarisidir

10 İşlemci (CPU) ? Böylelikle İşlemci kendine gönderilen makine komutlarını işler ve sonuçlarını çevre birimlerine ya da belleklere gönderir. Gönderilen komutlara göre işlemci 3 temel işlemi gerçekleştir. Mikro işlemci kendi içindeki ALU (Arithmetic Logic Unit- Aritmetik Mantık Birimi) birimini kullanarak matematiksel ve mantıksal işlemleri yapar. İşlemci bellek bölgesindeki verilerin yerlerinin değiştirilmesini sağlar. Kendine gönderilen komutlara göre hareket eder ve yeni görevleri başlatır.

11 İşlemci- Yapısı İşlemci mimarisi; işlemcinin işlemleri gerçekleştirme yöntemini, teknolojisini ve tasarımını ifade eder. Ortak mimariye sahip olan işlemciler aynı komutları tanımakta ve aynı yazılımları çalıştırabilmektedirler. John von Neumann tarafından 1945 yılında yazılan rapordaki işlemci mimarisi hâlen geçerliliğini korumaktadır

12 İşlemci- Yapısı İşlemcinin anakartla iletişim kurmasını sağlayan uçlara pin denir. Pin = İğne = Bağlantı iğnesi = Bacak = Ayak Genel olarak bir işlemci Çekirdek Kontrol Birimi Ön Bellek İletişim Hattları

13 İşlemcinin Yapısı - Çekirdek
Komut çalıştırma işlemlerini yapan bölümdür. Çalıştırma birimi (execution unit) olarak da bilinir. Bu ünite komutları çalıştırır ve pipeline (iş hattı) denen yollarla beslenip okuma, değiştirme ve komut çalıştırma işlemlerini yapar. ALU, Genel amaçlı register, Durum registeri (Status Register- SR) ve Program sayacı (Program counter –PC)

14 İşlemcinin Yapısı - Çekirdek
ALU (Arithmetic Logic Unit-Aritmetik Mantık Birimi) İşlemci tarafından gerçekleştirilecek matematiksel ve mantıksal işlemlerin yapıldığı bölümdür. İşlemcinin en önemli kısmını oluşturur. Register ve counter( Kaydedici ve Sayaçlar): Mikroişlemcinin kullandığı dahili geçici hafızalara kaydedici (register) denir. Sayaçlar ise program adresi ve yığın adresi gibi bilgileri saklayan hafıza hücreleridir. Kaydediciler üzerinde işlem yapılacak verileri tutarlar.

15 İşlemcinin Yapısı - Çekirdek
Program counter (PC) : Bu birim içinde çalıştırılacak bir sonraki komutun hafızadaki adresini bulundurur. Bu komutun çalıştırılma zamanı geldiğinde kontrol ünitesi komutu işlenmek üzere hafızadan alır ve işlemci üzerindeki Instruction Register( komut kaydedici) denen bölüme işlenmek üzere aktarır. Status register (SR) : Komut işlendikten sonra hesaplamayı yapan birim Kontrol ünitesi bu kaydedicideki değeri kullanarak sonuca göre gerekli komutları çalıştırabilir

16 İşlemcinin Yapısı – 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. Kontrol Ünitesinde Komut kaydedici (İnstruction Register-IR) ve Komut çözücü (İnstruction Decoder –İD) bulunur.

17 İşlemcinin Yapısı – Ön Bellek (Cache)
Sistem belleğinden gelen veriler, çoğunlukla CPU’nun hızına yetişemez. Bu problemi çözmek için CPU içinde yüksek hızlı hafızalar bulunur Ön bellek çalışmakta olan programa ait komutların, verilerin geçici olarak saklandığı yüksek hızlı hafızalardır.

18 İşlemcinin Yapısı – Ön Bellek (Cache)
L1 ön bellek Önemli kodlar ve veriler bellekten buraya kopyalanır ve işlemci bunlara daha hızlı ulaşabilir. Kodlar için olan Code cache ve veriler için olan Data cache olmak üzere ikiye ayrılır. 2 KB KB kapasite L2 ön bellek 256 KB -- 2 MB kapasite CPU ya entegre edildi. L3 ön bellek (cache) 2MB MB kapasite Çok çekirdekli işlemcilerde bütün çekirdeklere tek bir bellekle hizmet vermek akıllıca bir yaklaşım olacağı düşüncesiyle geliştirilmiştir.

19 İşlemcinin Yapısı – İletişim Yolu
İşlemciler, bilgisayarı yönetmek ve 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. Adres Yolu –Veri yolu –Kontrol Yolu

20 İşlemcinin Yapısı – İletişim Yolu
BUS interface (Yol arayüzü) İşlemciye gelen veri–kod karışımı bilgileri ayırarak işlemcinin ünitelerini kullanmasını sağlar Bu sonuçları tekrar birleştirerek dışarı yollar. Bu ara yüzün genişliği işlemcinin adresleyebileceği hafızayı ve bu hafızadan aynı anda yapabileceği işlem kapasitesini belirler.

21 İşlemcinin Yapısı – İletişim Yolu
Adres Yolu (Adresses 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.

22 İşlemcinin Yapısı – İletişim Yolu
Adres Yolu (Adresses Buses) Adres yolundaki hat sayısı işlemcinin kullanabileceği maksimum RAM’ı belirler. 2Adres hattı sayısı = Maksimum hafıza 16 adres hattına sahip bir mikroişlemci 216 = bayt = 64 KB

23 İşlemcinin Yapısı – İletişim Yolu
Veri Yolu (Data Buses) İşlemci, hafıza elemanları ve çevresel birimlerle 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.

24 İşlemcinin Yapısı – İletişim Yolu
Kontrol Yolu (Control Buses) İşlemcinin diğer birimleri yönetmek ve senkronizasyon(eş zamanlama) sağlamak amacı ile kullandığı sinyallerin gönderildiği yoldur. Burada bellek okuma-yazma sinyalleri, kesme sinyalleri ve clock(saat) sinyalleri iletilir.

25 İşlemcinin Hızı (Hertz)
Bir işlemcideki bütün elemanlar saat vuruşlarıyla çalışır. Saat hızı bir işlemcinin saniyede ne kadar çevrim yapabileceğini belirler. Saat hızı 200 MHz olan bir işlemci kendi içinde saniyede 200 çevrim yapabilir. Bu saat vuruşları anakart üzerindeki Clock Generator denen yongayla üretilir. Bu yonganın içinde çok hassas kristaller vardır. Bu kristallerin titreşimleri saat vuruşlarını oluşturur.

26 İşlemcinin Hızı (Hertz)
Bu saat kristali sistem hızını FSB (Front Side Bus) belirler. FSB, anakarttaki kuzey köprüsü ile işlemci arasındaki veri yoludur. Saatin her palsi, saniyede milyon veya milyar devirle ölçülür. Saniyedeki tek devirin ölçüsü Hertz’dir 1 Hertz (Hz) = Saniyede 1 çevrim 1 Megahertz (MHz) = Saniyede çevrim 1 Gigahertz (GHz) = Saniyede çevrim

27 İşlemcinin Hızı (Hertz)
İşlemcilerde hız, işlemcinin birim zamanda yapabildiği işlem sayısı olarak tanımlanmaktadır. Bir saniyede yapılan milyon adet işlem MHz (Megahertz) Saniyede milyar işlem hızı Ghz (Gigahertz) İşlemci hıızı = Çarpan * FSB

28 Programların İşlemcide Tutulması
İşlemci saniyede milyarlarca komut işleyebilir. Sabit disk, işlemcinin komut işleme hızına ulaşamaz. Bu sorunu ortadan kaldırmak için programlar Sabit diskten RAM’a yüklenir. RAM’dan işlemciye aktarılır. RAM’da program (yazılım) çalışıyor konumdadır. İletişim Çift yönlüdür. İşlemcinin yaptığı işlemler sonucunda ürettiği veriler, işlemciden RAM’a ve oradan da sabit diske alınarak sabit diskte tutulur.

29 İşlemci Paketleri Slot İşlemciler
Slot tipi paketleme (SEC=Single-Edge Contact) 1990’lı yılların başında piyasaya sürüldü. Etrafında soğutma kılıf Soket İşlemciler Yatay paket İğne/ pin yada delik bulunan yassı işlemci paketi Günümüz paket yapısı PGA / LGA

30 INTEL -PENTIUM ÖNCESİ İŞLEMCİLER
İlk işlemci Intel C4004 Kişisel bilgisayarlarda kullanılan 8086 üretildi. 16 bit ve 5 Mhz hızındaydı. 8086 işlemcisi bundan sonra üretilecek işlemciler için bir alt yapı olmuştur.

31 INTEL İŞLEMCİLER - PENTIUM
1993 yılında üretildi X86 lara göre hızları oldukça yükseldi Pentium, Pentium MMX ve Pentium PRO gibi farklı modelleri vardır. MMX teknolojisi ile multimedya özelliği işlemcilere eklenmiştir.

32 INTEL İŞLEMCİLER - PENTIUM II
1997 yılında üretildi Pentium MMX ve Pentium PRO nun birleştirilmiş haldir İlk defa slot işlemci modeli kullanılmıştır

33 INTEL İŞLEMCİLER - CELERON
Pentium II işlemcisinin önbelleği azaltılarak piyasa sürülen halidir. Bu sebeple fiyatı da daha ucuzdur Pentium işlemciler, bilgisayarı zorlayan grafik ve işlem yoğunluklu programları kullanalar için, Celeron ise yazı yazma, internette dolaşma gibi işlemleri yapanlar için ideal işlemciler olmuştur.

34 INTEL İŞLEMCİLER – PENTİUM III
3D (Üç boyut) komutları eklenmiş ve grafik ve ses işlemlerinde üstün performans sağlanmıştır

35 INTEL İŞLEMCİLER – PENTİUM IV
Pentium III ‘ deki 1 GHz hız sınırı aşılmıştır İlk üretilen 64 bitlik işlemcidir DVD, Mp3 ve internetten video izleme gibi yüksek miktardaki veri transferi gerektiren uygulamalarda oldukça başarılıdır.

36 INTEL İŞLEMCİLER – XEON
Sunucu bilgisayarlar için tasarlanmıştır Yüksek performans , Yüksek maliyet

37 AMD İŞLEMCİLER Pentium ile rekabet için üretildi AMD Athlon AMD Duron
AMD nin ilk slot işlemcisi AMD nin dünya çapında iyi ve ekonomik olduğunu kanıtladığı işlemcisi AMD Duron Athlona alternatif Celeron gibi

38 AMD İŞLEMCİLER AMD Sempron
Taşınabilir bilgisayarlar için tasarlanmıştır Ekonomiktir AMD Turion Intel Core Duo ya alternatif olarak üretilmiştir

39 İŞLEMCİ TEKNOLOJİLERİ
Çoklu İşlem (Hyper Threading) Tek İşlemci İşleri parçalayıp yapıyor Mantıksal iki işlemci gibi Çift Çekirdek (Dual Core) Bir işlemci içinde 2 çekirdek, 2 cache, 2 kontrol birimi Çift İşlemci (Dual Processor) İki ayrı işlemci

40 İŞLEMCİ TEKNOLOJİLERİ - Çoklu İşlem(Hyper Threading)
Hyper-Threading teknolojisi, tek bir fiziksel işlemcinin çok sayıda komut zincirini eş zamanlı olarak işlemesi ile performans artışı sağlamasıdır. Hyper-Threading teknolojisine sahip olan bir işlemci, mantıksal olarak iki adet işlemciden oluşmaktadır. Her bir işlemci fiziksel olarak aynı chip üzerinde bulunmasına rağmen farklı komut zincirlerini işleyebilir. Geleneksel iki farklı fiziksel işlemci kullanan sistemlerin aksine Hyper-Threading teknolojisinde, mantıksal işlemciler tek bir işlemci kaynağını (sistem veri yolu, bellek) paylaşırlar. Bu yüzden Hyper-Threading mimarisine sahip bir işlemci, işletim sistemine iki işlemcili bir sistem gibi görünmesine rağmen iki gerçek fiziksel işlemcinin sağladığı performansı vermeyecektir.

41 İŞLEMCİ TEKNOLOJİLERİ - Çoklu İşlem(Hyper Threading)
HT teknolojisi, bu teknolojiyi destekleyen işlemci, chipset, sistem BIOS’u ve işletim sistemine sahip bilgisayar sistemlerini gerektirir. İşletim sistemlerinin eski sürümleri HT’yi desteklemediği için, bu işletim sistemi yüklü olan bir bilgisayarda HT’nin getirdiği performanstan yararlanılamaz. HT teknolojisinden yararlanmanız kullandığınız donanım ve yazılıma bağlıdır. HT teknolojisi olmayan işlemcide birinci iş parçacığı işlendikten sonra ikinci iş parçacığı işlenmeye başlanırken, HT teknolojili işlemci de iki iş parçacığı birlikte işlenebilir. Bu teknoloji yeni nesil işlemcilerde kullanılan bir teknolojidir. Tek bir çekirdekte iki işlemin aynı anda yapılması işlemcilerde performans artışı sağlar.

42 İŞLEMCİ TEKNOLOJİLERİ - Çift Çekirdekli (Dual Core)
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 chipset ve belleği kullanır. İki çekirdeğin olması, aynı anda çoklu uygulama ve çalıştırma olanağı sağlar.

43 İŞLEMCİ TEKNOLOJİLERİ - Çift Çekirdekli (Dual Core)
Çift çekirdek teknolojisi, HT teknolojisi ile beraber kullanıldığında ise sistem performansı inanılmaz boyutlara ulaşmaktadır. 2 Gerçek – 2 sanal

44 İŞLEMCİ TEKNOLOJİLERİ - Centrino
Dizüstü bilgisayarlar için geliştirilen bir teknolojidir. Daha az güç kullanıp daha az ısınırlar. İşlemci boyut olarak da daha küçüktür. Bu özellikler, daha uzun pil kullanım süresi ve daha yüksek performans sağlar.

45 İŞLEMCİ TEKNOLOJİLERİ - Smart Ön Bellek Teknolojisi
İşlemcinin her bir çekirdeğinde L1 ve L2 olmak üzere 1 MB kadar ön bellek vardır. Yeni nesil işlemcinin farkı, bu L1 ve L2 ye ek olarak L3 adı altında 8 MB’lık bir ön bellek daha eklenmiş olmasıdır. L1 ve L2 deki alan bitince işlem yapmak için her çekirdek RAM bellek yerine L3 belleğini ortak kullanır. Bu size ekstra hız kazandıracaktır L1 ve L2 bellekleri küçük uygulamalarda devreye girer L3 bellek orta seviyeye yakın uygulamalarda da devreye girer.

46 İŞLEMCİ TEKNOLOJİLERİ – Turbo Boost Teknolojisi
Otomatik overclock sistemi (Hız artırma) olarak ifade edilebilir. Hız artırma olayı işlemci firması, çekirdek sayısı, tahmini güç tüketimi ve işlemci sıcaklığından etkilenir. Turbo Boost teknolojisi ile işlemci anlık olarak performans artışı göstermektedir.

47 İŞLEMCİ TEKNOLOJİLERİ – Quick Paht ve HT-Link Teknolojileri
RAM ile CPU arasındaki veri yolu teknolojileridirler. Kuzey köprüsü üzerinde bulunan veri denetleyicisinin işlemcinin içine alınması ile Quick Paht teknolojisi olarak adlandırılmıştır. HT-Link teknolojisi, 2001 yılından beri kullanılan bir teknolojidir. Bu teknolojiler ekran kartından ve RAM’den gelen verileri işlemciye ileten yoldaki düzeni sağlayan teknolojidir. Önceden, kuzey köprüsü üzerinden veri denetlerken FSB adı kullanılıyordu. Şimdi ise yeni nesil işlemcilerle birlikte işlemcinin içine girmiş oldu.

48 Günümüz İşlemcileri Günümüzdeki AMD İşlemcilerden Birkaçı
Günümüzdeki İntel İşlemcilerden Birkaçı AMD A64 II X2 Dual Core Ghz 2mb 938p - AM3 INTEL Core 2 Duo E Ghz, FSB1066, 3 mb L2 AMD A64 II X2 Dual Core Ghz 2mb 938p - AM3 INTEL Pentium Dual Core E Ghz,FSB1066,2mb AMD PHENOM II X4 955 (3.2 GHz) 8MB AM3 B.E. INTEL Core i Ghz 4mb 32nm 1156pin AMD ATHLON II X3 Triple Core Ghz 1.5mb AM3 INTEL Core i Ghz 8mb 32nm 1155 pin

49 İntel Nesil Serisi 1. Nesil: İşlemcilerin kod adı Arrandale, Clarkdale ve Lynnfield‘dir. 2. Nesil: kod adı Sandy Bridge‘dir. İkinci nesil işlemciler Intel Core i5-2xxx şeklinde 4 basamaklı ve 2 ile başlayanlardır. 3. Nesil: 2011 yılında piyasaya sürülmüştür. Intel Core i5-3xxx şeklinde numaralandırılır. 4. Nesil:2013 yılında duyurulmuştur. Çok düşük güç tüketimli ve çok az ısı üreten işlemcilerin üretilmesine olanak tanımıştır. işlemciler, Intel Core i5-4xxx şeklinde numaralandırılır. 5. Nesil: 2015 yılında Broadwell kod adıyla duyurulmuştur. Grafik performansı, pil süresi ve genel performans artışı sağlamaktadır. 6. Nesil: Skylake kod adı ile duyurulan işlemciler, Windows 10’un piyasaya sürülmesinden hemen sonra piyasaya sunulmuştur. 7. Nesil: Son piyasaya sürülen işlemci nesilleridir.

50 Telefon İşlemci Markaları
İntel Qualcomm Snapdragon serisi Apple MediaTek HiSilicon Marvell Samsung - Exynos ARM Mimarisi

51 İşlemci İnceleme MARKASI INTEL MODELİ İ7-4820K ÇEKİRDEK SAYISI 4 HIZI
3.7 GHZ VERİYOLU 64 BİT CACHE BELLEK BOYUTU 10 MB FSB 1866 ÜRETİM TEKNOLOJİSİ 22 nm SOKET SAYISI FC-LGA2011 Tahmini Fiyat (2018) 1700 TL

52 OVERCLOCK (HIZ AŞIMI) İşlemcinin iki hızı vardır:
Normal değer, Sınır değeri Overclock, işlemci hızını normal değerlerden sınır değerlere doğru artırmaktır. FSB hızı değiştirilerek işlemcinin hızı artırılabilir Anakart üzerindeki jumper (köprü) veya BIOS ayarları veya özel yazılımlar kullanılarak yapılır.

53 İŞLEMCİLERİN SOĞUTULMASI
Soğutma işlemi 2 aşamalıdır. Isının işlemci üzerinden emilimi (Soğutucu Metal) Isının dağıtılarak işlemciden uzaklaştırılması (Fan) Termal Macun İşlemci ile soğutucu yüzey arasına sürülür. Isının soğutucuya iletilmesini hızlandıran bir kimyasal maddedir

54 SOĞUTMA SİSTEMLERİ Havayla soğutma Suyla soğutma Isı borulu soğutma