Mikroişlemciler. Önsöz

Önsöz Burada mikro işlemciler hakkında genel bir bilgi vermek istiyorum.kullandığımız bilgisayarlarda 286 386 486 ve Pentium gibi işlemcileri hepimiz biliriz.burada onların küçük kardeşleri olan mikroişlemcileri anlatacağım. Günlük hayatımızda farkında olmadan bu mikro işlemcilerden bir çoğu bize hizmet eder. Arabamızın donanımında cep telefonumuzda hesap makinamızda televizyonda müzik setinde ve hatta elektrik sayacımızda daha sayamadığımız bir çok uygulamada kullanılmaktadır. Mikro işlemcileri çevre elemanlarıyla donatınca minyatür bir bilgisayar sistemi olarak kabul edebiliriz. Mikro işlemci teknolojisi çıktığından beri elektronik tasarımı büyük kolaylıklara kavuştu. Ve yeni bir boyut kazandı. Bir çok yerde dev gibi kartlarla yapılabilecek bir işi mikroişlemci kullanarak son derece basitleştirmek mümkündür. Bir tasarımda mikro işlemci kullanmak işi karmaşıklaştırmaz aksine sadeleştirir. Arıza ve test zorluklarını azaltır. Ebat ve üretim maliyetini düşürür. Bu kadar laftan sonra şimdi bir mikroişlemci sisteminde neler olması gerekir ve çalışma mantığı nedir ona bakalım. Bilgisayar programcısı YALÇIN COŞKUN Y.Ccskun www.yalcincoskun.wordpress.com I

İÇİNDEKİLER 1- MİKROİŞLEMCİLER... 1 2- BİLGİSAYARIN TARİHİ GELİŞİMİ. 1 2-1- Mekanik Kuşak. 1 2-2- Elektronik Kuşak 2 2-3- Mikroişlemci Kuşak.. 3 3- MİKROİŞLEMCİNİN TANIMI 6 4- MİKROİŞLEMCİ ÇEŞİTLERİ... 8 4-1- 8 Bit Mikroişlemciler 9 4-2- 16 Bit Mikroişlemciler. 10 4-3- 32 Bit Mikroişlemciler. 11 4-4- 64 Bit Mikroişlemciler. 11 5- INTEL X86 MİMARİSİ... 13 6- INTEL AİLESİNİN GELİŞİMİ. 14 7- INTEL MİKROİŞLEMCİ AİLESİ 18 7-1- Intel 8086 Mikroişlemcisi. 18 7-2- İcra Birimi... 19 7-3- Veri Yolu Bağdaştırma Birimi... 19 7-4- 8086/8087 İletişimi... 20 7-4- Intel 80286 Mikroişlemcisi... 21 7-5- 80286/80287 İletişimi... 24 7-6- Intel 80386 Mikroişlemcisi... 25 7-7- 80386/80387 İletişimi... 27 7-8- Intel 80486 Mikroişlemcisi... 28 7-9- Intel Pentium Mikroişlemcisi... 31 7-10- Intel Pentium Pro Mikroişlemcisi... 34 www.yalcincoskun.wordpress.com II

İÇİNDEKİLER 7-11-Intel Pentium MMX Mikroişlemcisi... 37 7-12-Intel Pentium II Mikroişlemcisi... 39 7-13-Intel Celeron ve Xeon Mikroişlemcisi.. 42 7-14-Intel Pentium III Mikroişlemcisi... 42 7-15-Intel Pentium IV Mikroişlemcisi... 45 7-16-BTB (Branch Target BUFFER). 47 8- AMD TARAFINDAN ÜRETİLEN İŞLEMCİLER 48 9- AMD ATHLON AİLESİ... 49 9-1- AMD Athlon Ailesi Duron Mikroişlemciler... 49 9-2- AMD Athlon MP Mikroişlemciler... 50 9-3- 64 Bit le Neler Değişecek... 50 9-4- Eski ve Yeniyi Birleştirmek... 52 9-5- Hammer Ailesinin Ayrıntılı İncelenmesi... 53 10- DİĞER X86 ÜRETİCİLERİ 54 11-SONUÇ VE DEĞERLENDİRME... 55 www.yalcincoskun.wordpress.com III

www.yalcincoskun.wordpress.com IV

MĠKROĠġLEMCĠLER Adından da anlaşılacağı gibi mikroişlemci, matematiksel işlemleri yapabilen birelektronik yonga (chip) olarak tanımlanabilir. Boyutları çok küçük olmasına rağmeniçerisinde yüz binlerce hatta milyonlarca elektronik devre elemanı bulunduran mikroişlemci, aslında matematiksel işlemleri elektriğin var ya da yok olması temelinden yararlanarak hesaplamaktadır.mikroişlemciler bilgisayar programlarının yapmak istediği bütün işlemleri yerine getirdiği için, çoğu zaman merkezi işlem ünitesi (CPU-Central Processing Unit) olarak da adlandırılır. Kişisel bilgisayarlar, bilgisayarla kontrol edilen sanayi tezgâhları ve elektronik alanında kullanılabilen mikroişlemciler, aslında programlanabilen entegrelerdir. BİLGİSAYAR TARİHİ GELİŞİMİ Mekanik kuşak Elektronik kuşak Mikroişlemci kuşağı Mekanik KuĢak Tarihte ilk hesaplayıcı M.Ö 500de kullanılan ABACUS tür. Önceleri balçıktan yapılmış bir tablet ve içerisinde dizili ufak taşlardan meydana gelirken, sonraları dışı çerçeveli ve içerisinde dizili ufak taşlardan yada boncuklardan oluşan basit bir alet halini almıştır. Abacus, boncukların pozisyonuna göre farklı değerler göstermekte ve hesaplama, boncukların cetvel setine göre hareketiyle sağlanmaktadır. Önceleri Mısır ve Romalılar tarafından kullanılan bu alet zamanla tüm dünyaya yayılmıştır. Şu anda bir benzeri ilk okullarda matematik öğretimi için kullanılmaktadır. M.Ö 876da sıfır için ilk sembol Hindistanda kullanıldı. 1614de yayınlana ilk logaritma tablosu ile büyük sayılar üzerinde işlem yapılmaya başlandı. 1620de İngiliz Edmund Guenter elektrikli hesap makinelerini öncüsü olacak kaydırma kuralını buluyor ve logaritma bilgilerine değerler veren kayan cetvel yapıldı. 1642de Pascal, PASCALINE adı verilen bir mekanik hesaplayıcı dizayn eder. On bölümden oluşan bir çok dişli çarktan oluşuyordu. Her bir çark 10 dönüş yaptığında hemen solundaki çark dönmeye başlar. Bu mantık hala kullanılmaktadır ve tüm mekanik hesaplayıcıların temeli olmaktadır. Bu çalışmalarının anısına yazılan bir programlama dilinin adına PASCAL denmiştir. 1694de Gotfried Leibniz sayıları ikili sistemde gösterebilen bir hesap makinesi yaptı. 1821de fabrika işçisi Ludd işçiye olan ihtiyacı ortadan kaldıran makinelere karşı savaşmak için arkadaşlarını topluyor. O günden sonra teknolojiye karşı olan insanlara Luddite terimi kullanılmaya başlandı. www.yalcincoskun.wordpress.com 1

1822de Babbage adlı matematikçi, fark alma yöntemini kullanan Difference Engine denilen hesaplayıcıyı yaptı. Aynı makineye artarda verilen işlemlerin kendisine verilecek bir işlemler zinciri ile nasıl yapılabilir? Sorusu Babbagea yön vermiştir. 1835de Babbage Analitik Motor adı verilen bir mekanik hesaplayıcı yaptı. 1ila 20 haneye kadar ondalık sayılarla işlem yapabilen ve aritmetik işlemleri peş peşe yapabilme ve karar verebilme kabiliyeti olan bir makinedir. 1854de Gorge Boole elektronik bilgisayarların gelişiminde büyük rol oynayacak olan mantık kuramını geliştirdi. Boolean cebiri denilen bu sistem 0 ve 1 lerden oluşmakta ve mantıksal olarak çalışmaktadır. 1890da Herman Hollerith delikli kartların kullanılarak verilerin işlendiği Hollerith Tabulatör(Listeleyici) tasarladı. ABD nüfus Bürosunun veri hesaplamaları böylece 10 yıldan 2.5 yıla düştü. 1896da Herman Hollerith Computing Tabulating Recording Company isimli bir firma kurdu. Bu firma daha sonra başka iki firma ile birleşerek International Business Machine (IBM) kurdu. Elektronik KuĢak 1941 de Konrad Zuze Z3 isimli elektrik motorları ile çalıştırılan mekanik bir bilgisayar yaptı. Bu (Z1, Z2, Z3 ve Z4 serisi) program kontrollü ilk bilgisayardır. 1943de alan Turing tarafından COLOSSUS denilen özel amaçlı bir elektronik vakum tüpleri kullanan bir bilgisayar geliştirdi. 1944 de Harvard Üniversitesinde ASCC MARK I (Automatic Sequence Controlled Calculator) denilen bir bilgisayar geliştirildi. MARK 1, tamamı elektronik olmayan genel amaçlı bir bilgisayardı. Bu makine 23 haneli iki sayıyı 4.5 saniyede çarpabiliyordu ve 14m uzunluğunda 2.4m yüksekliğinde olup üzerinde 800km uzunluğunda kablo kullanılmıştı. 1946 da Pensilvanya Üniversitesinde ENIAC (Elektronics Numerical Integrator and Calculator) geliştirildi. Anahtar setlerinin, fişlerin ve soketlerin değiştirilmesi esasına göre çalıştığından ilk genel amaçlı bilgisayardır. 70 bin direnç, 10 bin kondansatör, 18000 lamba ve bu elemanların harcadığı 150-200 kilowatt enerji ve sadece 20 sayıyı depolama özelliğine sahipti ve 30 tondu! 1946 de Dr. Von Neumann ve arkadaşları programı bellekte saklayabilen ilk bilgisayar olan EDVAC (Elektronic Discrete Variable Automatic Computer) geliştirdi. 4096 bellek gözü bulunmaktaydı ve veriler ile programlar aynı bellekte saklanmaktaydı. 1948 de ilk transistor Bell lâboratuarlarında geliştirildi. 1951 de UNIVAC 1 adlı ilk ticari amaçlı olan bilgisayar geliştirildi. Bütün komutlar ve veriler 0 ve 1 şeklinde depolandı. 1958 de Entegre devreler geliştirildi. 1960 larda depolama için manyetik çekirdek hücreli bellekler kullanılarak bilgilere doğrudan erişim sağlandı. 1960 ların ortasında IBM sistem 360 bilgisayarı piyasaya sürülüyor. Ayrıca DEC firması da ilk klavye ve fareye sahip PDP-1 makinasını geliştirdi. 1968 de Intel firması kuruldu. www.yalcincoskun.wordpress.com 2

MikroiĢlemci KuĢağı 1971 de ilk mikroişlemci INTEL tarafından çıkarılan 4-bitlik 4004 dür. Belli başlı mikroişlemci üreten firmalar ise; Intel, AMD, Cyrix, AlphaDEC, Hp, Mips, SUN Sparck ve Nexgen dir. Firmalar 4-Bitlik 8-Bitlik 16-Bitlik 32-Bitlik 64-Bitlik Intel 4004 8008 8086 80386DX-80386EX Pentium 4040 8085 8088* 80386SX- Pentium 8080 80286 80486DX/DX2/DX4-Pro PII 80486SX PIII PIV Motorola - 6800 68000 68010 68020-68030 8040-68060- PowerPC Mostek - 6502 Zilog - Z-80 Z8000 Mikro kontrol, tümleşik kontrol devreleri yapıyor. Fairchild - F-8 - - Rockwell - PPS-8 - - AMD - - - K6- K6_3D K7 Cyrix - - - 486SLC-486DLC 5x86I- 6x86I 6x86MXI 4004 ĠĢlemcilerin geliģimi İlk işlemci 4 bitlik 45 komuttan oluşuyor. Teknolojisi: P- kanallı MOSFET Hızı: 50 KIPs (Kilo-instruction per second), oysa ENIAC ın hızı 100000 ips dı. 640 byte adresleme kapasitesi vardı. Eski video oyunlarında, küçük mikroişlemci-tabanlı kontrol sistemlerinde kullanıldı. 4040 4004 ün bir üst versiyonu. 4004 den hızlı, kelime genişliği ve bellek büyüklüğü daha fazlaydı. 8008 4004 ün gelişmiş 8 bitlik versiyonu. 16 Kbyte adresleme kapasitesi var. Eklenmiş komutlarla toplam 48 adet komutu var. www.yalcincoskun.wordpress.com 3

Verilerle işlem yapabilme fakat hala yetersiz. Bir işlem 20 ms ki bu da f = 1/T den 1/20*10-6 = 50,000 ips. 8080 İlk modern 8 bitlik mikroişlemci 8008 den 10 kat daha hızlı. Bir işlem 2 ms ki bu da f = 1/T den 1/2*10-6 = 500,000 ips. TTL (transistör-transistör mantığı) ile uyumlu. 8008 den 4 kat adresleme kapasitesine, 64 K, sahip. MITS Altair 8800 kişisel bilgisayarda (1974) kullanıldı. Bu bilgisayarda Bill Gates tarafından yazılan BASIC yorumlayıcısı ve Digital Research Corporation tarafından yazılan DR-DOS vardı. 8085 1974 de 8080 in bir üst versiyonu olarak çıktı. Intelin son 8-bitlik genel amaçlı mikroişlemcisidir. Bir işlem 1,3 ms ki bu da 769,230 ips. 246 adet komut vardır. İç sistem kontrolcüsü, yüksek saat frekansı ve iç saat üreticisi vardı. 8086 16 bitliktir. Bir işlem 400 ns, 2,5 MIPS(saniyedeki milyon komut) 1 MB adresleme kapasitesi. Bir kaç komut işlemeden önce 4 veya 6 byte komut cachei veya kuyruğu 20,000 adet komut vardır. Mimarisi CISC dir. 8088 8 bitlik veri yoluna sahiptir. Bir işlem 400 ns, 2,5 MIPS(saniyedeki milyon komut) 1 MB adresleme kapasitesi. Bir kaç komut işlemeden önce 4 veya 6 byte komut cachei veya kuyruğu 20,000 adet komut vardır. Mimarisi CISC dir. 1981de IBM kişisel bilgisayarlarında 8088 kullanmaya karar verdi. 80286 16 bitliktir. 8 Mhzde bir işlem 250 ns, 4,0 MIPS(saniyedeki milyon komut) 16 MB adresleme kapasitesi. İlk defa sanal bellek kullanıldı, 1 Gbyte. 8086/8088e göre ek komutları vardı. www.yalcincoskun.wordpress.com 4

80386 Intelin ilk 32 bitlik mikroişlemcisidir. Daha önce ürettiği 32 bitlik iapx_432 başarısız olmuştur. 4 GB adresleme kapasitesi. 80386SX, 16 bit veri yolu, 24 bit adres yoluna sahiptir ve 16 MB adresleme kapasitesine sahiptir. 80386SL/80386SLC, 16 bit veri yolu, 25 bit adres yoluna sahiptir ver 32 MB adresleme kapasitesine sahiptir. 80386SLC işlemlerini daha hızlı yapabileceği iç cachee sahiptir 80386EXde, entegre edilmiş bir devre üzerinde AT sınıfı kişisel bir bilgisayarın elemanlarını topladığından buna Tümleşik PC de denilmektedir. G/Ç verileri için 24 bitlik bir yol, 26 bitlik adres yolu, 16 bit veri yolu, bir DRAM kontrolcüsü ve programlanabilir çip seçme ünitesine sahiptir. Önceki işlemciler bellek yönetimini yazılıma bırakırken 386 buna ayrı bir donanım devresi atayarak yazılımın işini hafifletmiştir. 8086, 8088 ve 80286 ile uyumludur ve 32 bit ile işlem yapabilmek için ek komutlara sahiptir. 80486 80386ya yapı olarak benzemesine rağmen komutları 2 kat hızlı çalıştırır. 4 GB adresleme kapasitesi. 50 Mhz versiyonun arkasından 80486DX2 gelmiş ve 66 Mhz hızındadır, 80486DX4 ise 100 Mhz hızındadır ve 60 Mhz Pentium ile aynı hızda komutları işletir. Önceki 486larda 8 KB cache varken 80486DX4 de 16 KB cache vardır. Overdrive denen versiyon ise çift kat hızla çalışmaktadır. Örneğin 25 Mhzde çalışan 80486SX yerine Overdrive denen işlemci konulduğunda 50 MHzde çalışır. Firma Intel İşlemci Veri Yolu Genişliği 8048 8 2 K iç 8051 8 8 K iç 8085A 8 64 K 8086 16 1 M 8088 8 1 M 8096 16 8 K iç 80186 16 1 M 80188 8 1 M 80251 8 16 K iç 80286 16 16 M 80386EX 16 64 M 80386DX 32 4 G 80386SL 16 32 M Bellek Büyüklüğü www.yalcincoskun.wordpress.com 5

Motorola 80386SLC 16 32 M + 1 K cache 80386SX 16 16 M 80486DX/DX2 32 4 G + 8 K cache 80486SX 32 4 G + 8 K cache 80486DX4 32 4 G + 16 K cache Pentium 64 4 G + 16 K cache Pentium Overdrive(P24T) 32 4 G + 16 K cache Pentium Pro 64 64 G + 16 K L1 cache + 256 K L2 cache Pentium II 64 64 G + 32 K L1 cache + 512 K L2 cache Pentium III 64 64 G + 16 K L1 cache + 512 K L2 cache 6800 8 64 K 6805 8 2 K 6809 8 64 K 68000 16 16 M 68008Q 8 1 M 68008D 8 4 M 68010 16 16 M 68020 32 4 G 68030 32 4 G + 256 cache 68040 32 4 G + 8 K cache 68050 32 Piyasaya sürülmedi 68060 64 4 G + 16 K cache PowerPC 64 4 G + 32 K cache Intel ve Motorola firmalarının işlemcileri MikroiĢlemcinin Tanımı Mikroişlemci, yaptığı işlemlerin mikrosaniyeler mertebesinde olması ve içerisindeki elektronik devrelerin ve bölümlerin mikron boyutlarda olmasından dolayı bu adı almıştır. www.yalcincoskun.wordpress.com 6

(Ġç Yapısı) (DıĢ Yapısı) AMD iģlemcisine ait iç yapı ve dıģ kılıf görünümü Mikroişlemciler, açma/kapama anahtarı gibi çalışan milyonlarca transistörden oluşmaktadır. Bu anahtarların programlanma durumuna, göre elektrik sinyalleri bunların üzerinden akar. Bu sinyaller, bilgisayarın yaptığı tüm işleri toplama, çıkarma, çarpma ve bölme gibi temel matematiksel işlemlere indirir. İşlemci de bu işlemleri en basit sayma sistemi olan ikilik düzeni yani sadece 0 ve 1 sayılarını kullanarak yapar. Mikroişlemciler her türlü işi ikilik sayma sistemine göre yapmaktadır. Mesela "Y" harfi ikilik sistemde "1011001" ile ifade edilebildiği gibi kırmızı gibi bir renk de bunun gibi ikilik tabandaki üç ayrı sayı grubu ile ifade edilir. Aynı şekilde bir ses veya görüntü kaydı da yine buna benzer ikilik sayı grupları ile ifade edilir. Bir bilgisayarın en popüler ve en önemli parçası işlemcidir. Kısaca CPU (Central Processing Unit/Merkezi İşlem Birimi) olarak anılan işlemciler, adından da anlaşılacağı üzere bir bilgisayardaki işlemleri yürüten ve sonuçları gerekli yerlere gönderen elemandır. Mikroişlemci, dışarıdan almış olduğu verileri kendine yüklenmiş olan programa göre yorumlayıp, ilgili çıkışlara veya adreslere yönlendirir, bilgisayarın değişik birimleri arasında veri akışı ve veri işleme görevlerini yerini getiren büyük ölçekli veya çok büyük ölçekli entegre devredir. Mikroişlemci entegre devresi, yazılan programları meydana getiren makine kodlarını yorumlamak ve yerine getirmek için gerekli olan tüm mantıksal devreleri içerir. Mikroişlemciler, kontrol birimi ve aritmetik/mantıksal birim olmak üzere iki bölümden oluşur. www.yalcincoskun.wordpress.com 7

Bir komutun yerine getirilmesi sırasında mikroişlemcinin yaptığı işler aşağıda sıralanmıştır. Komutun adresini adres taşıtına çıkarır. Komutu veri taşıtından alır ve kodu çözer. Komutun gerektirdiği adresleri ve veriyi içeri alır. Bunlar bellekte veya kaydedicilerde olabilir. Komut kodunun belirttiği işlemi yerine getirir. işaretlerini üretir. MikroiĢlemcinin basit bir blok diyagram ile gösterimi Memory (bellek) ünitesi Mikro iģlemcinin temel bileģenlerinin blok diyagramı www.yalcincoskun.wordpress.com 8

MikroiĢlemci ÇeĢitleri Mikroişlemcilerin sınıflandırılabilmesi için ölçüt kabul edilen en temel özellikleri şunlardır: Kelime (bit) uzunluğu: Mikroişlemcilerin bir defada işleyebileceği kelime uzunluğu, paralel olarak işlenen veri bitlerinin sayısıdır. İşlemciler, her bir saat çevriminde, o anda sırada olan komutları ve bunlara göre de bellekteki verileri mikroişlemcinin tipine göre gruplar halinde işler. Komutların veya verilerin küçük gruplar halinde işlenmesi hızda azalmaya neden olur. Mikroişlemciler için 4 8 16 32 ve 64 bitlik veri uzunlukları, standart haline gelmiştir. İşlemcilerde yapılan aritmetiksel işlemlerin doğruluk oranı, bit uzunluğu büyüklüğü ile doğru orantılı olarak artmaktadır (8-bit için %0.4 iken 16-bit için %0.001 dir). Kelime uzunluğunun büyük olması; aynı anda daha çok işin yapılmasını sağlar ve bu uygulama programları için büyük kolaylıktır. u işleme hızı: Saat frekansı her zaman gerçek çalışma frekansını yansıtmasa da; bir mikroişlemcinin hızıyla doğrudan ilgilidir. Bir mikroişlemcinin hızını artıran temel unsurlar şöyle sıralanabilir: Merkezi işlem birimini devre teknolojisi ve planı Kelime uzunluğu İşlemci komut kümesi çeşidi Zamanlama ve kontrol düzeni Kesme altyordamlarının çeşitleri Bilgisayar belleğine ve giriş/çıkış aygıtlarına erişim hızı adres yolu aracılığıyla ana belleği adresleyebilir. Adres yolu, işlemcinin yapısına göre değişir ve adres yolu hattı çok olan bir sistemin adresleme kapasitesi de o kadar büyüktür. 8 Bit MikroiĢlemciler 8 bitlik ilk genel amaçlı işlemci, NMOS teknolojisi kullanılarak geliştirilen 8080 işlemcisiydi. 1974 yılında, Motorola firması 8080 işlemcisinin bir benzeri sayılabilecek 8- bitlik 6800 mikroişlemcisini üretti. Bundan sonraki yılda üretilen 6500 serisi işlemciler ile 6800 işlemcide kullanılan bütün yardımcı elemanlar birbirini desteklemekteydi. Daha sonra www.yalcincoskun.wordpress.com 9

Zilog firması 8080 işlemcisinden birkaç üstün özellikle ayrılabilen Z-80 işlemcisini tanıttı. Bu dört çeşit mikroişlemci kendi aralarında iki gruba ayrıldı. 8 bitlik 8080/Z-80 grubu mikroişlemciler hesaplayıcılar olarak geliştirilmesi kaydedicilerin bol kullanımını gerektirmiştir. Bundan dolayı da kaydediciye dayalı mimari olarak anılmaktadır. 6500/6800 grubu ise belleğe dayalı mimari olarak anılır. Çünkü bu mikroişlemcilerde daha anlaşılır komutlar ve daha fazla adresleme modu kullanılmıştır. 16 Bit MikroiĢlemciler Intel firması, 1974 yılında ürettiği 8080 nin bir ileri versiyonunu, ilk 16-bitlik 8086 işlemcisini, 1978 yılında üretti. 8088 ve 8086 işlemcilerin her ikisi de aynı komutları, aynı veriyi ve aynı yazılımları kullanmalarına rağmen, dışlarındaki birimlerle iletişimde, aralarında farklar bulunmaktadır. 8088 bir kere de 8 bitlik veri paketini iletirken, 8086 dış birimlerle iletişimde bir kere de 16 bit veriyi kullanmaktadır. Kısaca, aralarındaki en önemli farkın, dış veri yollarının genişliği olduğu söylenebilir. IBM PC ve benzerlerinin 8088 üzerinde kurulmalarının en önemli nedeni, 8 bitlik veri yolu kullanılması nedeniyle sistemin ucuza mal olmasıdır. O yıllarda üretilen bilgisayarlar; PC (Personel Computer- Kişisel Bilgisayar) standardı ve 16-bitlik işlemcilerin kullanıldığı bilgisayarlar, XT (extended Technology- Gelişmiş Teknoloji) standardı olmak üzere iki standart kazandılar. 1979 yılında Motorola nın ürettiği 6800 kodlu işlemci, 16-bitlik veri yoluna ve 16 Megabaytlık bir bellek adreslemesine sahipti ve bu işlemcideki kaydediciler 32-bitlikti. 1982 yılında Intel firması tarafından, kullanıldığı bilgisayarlara AT(Advandec Technology-İleri Teknoloji) adı verilen 80286 mikroişlemcisi üretildi. Yeni bir standart olan bu işlemci, temel 8086/8088 komut setine sahipti. Bu işlemcide, kaydedicilerle birlikte hem veri yolu hem de adres yolu 16-bit olarak tasarlandı ve içerisindeki 16-bitlik kaydedici çıkışları artırılarak 20-bite çıkarıldı. Böylece 1 Megabaytlık www.yalcincoskun.wordpress.com 10

adresleme kapasitesi elde edildi. Bu sıralarda ortaya çıkan UNIX işletim sistemi, bu kuşak mikroişlemcilerin adresleyebileceği bellek kapasitesinden daha fazla bellek gerektirdi. Bu sebeple Motorola firması 6800 in gelişmiş versiyonu olan ve sanal bellek kullanımını sağlayan 6801 işletim sistemini üretti. 32 Bit MikroiĢlemciler 1984 yılında Motorola tarafından üretilen 6802 işlemcisi ve 1985 yılında Intel tarafından üretilen 80386 işlemcisi gerçek birer 32-bitlik işlemcidir. 80386, 80286 dan 8086 ya kadar geriye doğru uyumludur. Yani 8086 da yazılan programlar 80386 lı bilgisayarlarda çalışırken, 80386 da yazılan gerçek mod (Real Mode) dışındaki programlar bundan önce üretilen işlemcili bilgisayarlarda çalışmaz. Gerçek mod ve korumalı mod (Protected mode) olmak üzere iki ayrı modda çalışabilmek AT tipi bilgisayarların önemli bir özelliğidir. Gerçek modda sistem 1 MB lık bellek kullanarak kendi başına çalışır (Ancak yazılımlarla 1MB tın üzerine çıkılabilir). Korumalı modda ise, bilgisayar 1 MB sınırını aşarak büyük bellek kapasitelerini kullanabildiği gibi, başka bilgisayarlarla da ortak çalışabilir. 32 bitlik işlemciler 246 adres yolu ile Terabayt cinsinden bellek kapasitesi kullanabilir. 1988 yılında 80386 nın bir değişik modeli tasarlandı ve bu işlemciye 80386SX adı verildi. Bu da, normal 80386 ya 80386DX denilmesine sebep oldu. 80386SX de 80286 ile soket uyumluluğu sağlamak için veri yolu 16-bite indirilirken, yine 32-bitlik kaydediciler kullanıldı. Motorola 1987 de 32-bitlik 6803 ve 1989 yılında yine 32-bitlik 6804 modeli işlemcilerini üretti. Bu işlemcilerin diğer ürettiklerinden en büyük farkı Bellek Yönetim Birimi bulundurmalarıdır. Bu sırada Intel firması, ürettiği 80486 mikroişlemcisinde, farklı olarak, kayar noktalı hesaplama birimi (FPU), bellek yönetim birimi (MMU), önbellek gibi birimler geliştirdi. Daha önceleri işlemci dışında bulunan, kayar noktalı hesaplama birimi ve bellek yönetim biriminin işlemci içerisine alınmasıyla sistemin verimliliğini artırıldı. www.yalcincoskun.wordpress.com 11

64 Bit MikroiĢlemciler Pentium işlemcilerinin 1993 yılında piyasaya çıkmasıyla Intel x86 ailesinin veri yolu uzunluğu 64-bit olmuştur. Başlangıcından beri CISC mimarisinde işlemciler üreten Intel firması, nihayet superscaler mimarideki çok işlem birimi, dallanma tahmini gibi RISC kavramlarını Pentium işlemcileri ile kullanmaya başladı. Bu işlemcide ayrıca yürütme performansını önemli olarak etkileyen tümdevre üzerinde birinci seviye (L1) ayrı 8-KB kod ve 8-KB veri ön hafızaları bulunur. Pentium Pro, x86 ailesinin altıncı nesli olduğundan, başlangıçta P6 kod adı ile anılmış ve önemli mimari ekler sunmuştur. P6 mimarisi dinamik yürütme teknolojisi olarak belirtilen ve çoklu dallanma tahmini, veri akışı analizi, tahmini yürütme olarak temel üç fonksiyonlu mimari yapıyı içermektedir. Pentium Pro ya 4 yeni adres hattı daha eklenerek adres yolu 36- bit yapılmıştır. Intel firması ilk kez 256K, 512K veya 1 MB olabilen L2 ön belleğini Pentium Pro işlemcisi üzerine yerleştirmiştir. Sesli (audio), görüntülü (video) ve grafik özellik içeren yüksek kaliteli multi-medya uygulamalarını çalıştırmak, çok hızlı ve karmaşık aritmetik işlemler gerektirir. Bu çeşit karmaşık işlemler, oldukça özel DSP (Digital Signal Processing) tümdevreleri ile gerçekleştirilir. Bu özel işlemciler, 2D ve 3D grafikler, görüntü ve ses sıkıştırma, faks/modem, canlı resimli PC-tabanlı telefon ve görüntü işleme gibi görevleri yerine getirmede kullanılır. Intel firması bir PC ye DSP özelliği kazandırmak için MMX (MultiMedia extention) olarak adlandırılan bir teknolojiyi, Pentium işlemcilerine 1997 yılından itibaren koymaya başlar. MMX teknolojisi multi-media işlemleri için 57 tane yeni komut sunmaktadır. Intel Pentium II işlemcisi, Pentium Pro ve MMX teknolojilerinin birleşimi ile üretilmiştir. Bu işlemcide buluna 32K (16K/16K) L1 ön bellek yoğun olarak kullanılan veriye hızlı erişim sağlar. Ayrıca tümdevre üzerinde 512 KB dan başlayan L2 ön belleği www.yalcincoskun.wordpress.com 12

bulunur. Intel daha ucuz PC ler ve sunucu makineleri için, piyasaya ucuz(celeron) ve pahalı(xeon) Pentium II tabanlı iki farklı mikroişlemci sürmüştür. Bu piyasa yaklaşımı daha sonraki Pentium III ve diğer ürünlerde de devam etmiştir. Pentium III mikroişlemcisi 1999 yılının başında Intel tarafından piyasaya sürülmüştür. Pentium III ile gelen önemli bir yenilik, Internet Streaming SIMD Extensions olarak adlandırılan bir yapıdır. Bu mimari yapı ile, ileri görüntü işleme, 3D, ses ve video gibi uygulamalarda kullanılabilecek 70 adet yeni komut eklenmiştir. Pentium III, ayrıca P6 mikromimarisini (dinamik yürütme, çoklu dallanma tahmini, veri akışı analizi ve tahmini yürütme) çok işlemili sistem yoluve Intel MMX teknolojisini içerir.pentium III, PC ve internet hizmetleri ve ağ erişim güvenliği için planlanan yapı bloklarından ilki olan işlemci seri numarası sunar. Günümüzde x86 pazarı büyük bir endüstri olmuştur ve her yıl milyonlarca işlemci satılmaktadır. X86 işlemcilerine gösterilen büyük ilgi nedeniyle Intel den başka firmalar da bu piyasaya girmiştir. AMD firması günümüzde K6 II ve K6 III ürünleriyle, Pentium II ve Pentium III işlemcilerine rakip olmaktadır. Hatta AMD nin son ürünlerinden olan 450 MHz K6 III işlemcisinin Pentium III 500 işlemcisinden daha yüksek performans sağladığı iddia Edilmektedir Intel X86 Mimarisi Mikroişlemciler mimari yapılarına göre farklılık gösterir. Ortak bir mimariye sahip işlemciler, komutları tanıdıkları için, aynı programları çalıştırabilir. Bir mikroişlemcinin tanıdığı komutlar, yani komut kümesi o mikroişlemci mimarisinin en temel özelliklerinden biridir. Diğer önemli bir mimari özellik mikroişlemcinin dahili kaydedici kümesidir. Kaydediciler, mikroişlemcinin çalışması sırasında, geçici verilerin saklandığı bellek hücreleridir. Bu bellek hücreleri işlemcinin içindedir. Farklı komut ve kaydedici kümesine sahip mikroişlemciler genelde birbirlerinin programlarını çalıştıramazlar. Günümüzde en popüler mikroişlemci mimarisi Intel x86 ailesine ait mimaridir. Bunda çok yaygın olarak kullanılan IBM PC ler büyük bir rol oynamıştır. Intel x86 işlemcilerin, www.yalcincoskun.wordpress.com 13

PC lerde ve ayrıca bir çok elektronik üründe çok yaygın olarak kullanılması, bu aileyi, endüstri ve eğitim için çok önemli bir konuma getirmiştir. Bu ailenin ilk işlemcisi 1978 yılında üretilen 8086 dır. O zamanlardan günümüze, x86 işlemcileri önemli bir değişim gösterdi. Bu ailenin önemli kilometre taşları olan işlemciler sırasıyla şunlardır: 8086/8088, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III ve Pentium IV işlemcileridir. Bugün, mikroişlemci ve mikrodenetleyici üreten irili ufaklı pek çok firma bulunmaktadır. Bunların en önemlileri, Intel ve Motorola firmalarıdır. x86 ailesinin lokomotifini çeken Intel firması olmasına rağmen, günümüzde Intel dışında x86 mikroişlemcisi üreten, AMD, Cyrix, Centour ve Rise Tecnology gibi firmalar bulunmaktadır. Intel x86 ailesinin dışında, diğer önemli mikroişlemci mimarilerinden bazıları şunlardır: Modern Macintosh larda bulunan Power PC, eski Mac lerde bulunan 680x0 serisi, Digital ve Compact ın güçlü makinelerinde kullanılan Alpha ailesi, Sun firmasının SPARC işlemcileri, Silicon Graphics in MIPS RX000 serisi, HP in PARISC i önemli mimariler olarak sayılabilir. Bu mimarilerin hiç biri kendi aralarında ve aynı zamanda x86 ile uyumlu değildir. Intel Ailesinin GeliĢimi Intel firması 1968 yılında bellek tümleşik devreleri yapmak üzere kuruldu. Üretecekleri bir hesap makinesi için CPU tümleşik devresi isteyen, hesap makinesi üreten bir firmanın talebi; ve yine üretecekleri bir terminal için özel bir tümleşik devre isteyen, diğer bir firmanın istediklerini karşılamak için, Intel firması 4004 (1971) ve 8008 (1972) CPU larını üretti. Mikroişlemciler ve mikrobilgisayarların sınıflandırılmasında en temel ölçü, mikroişlemcinin tümleşik devre üzerinde işlem yaptığı en uzun verinin bit sayısı, yani kelime uzunluğudur. 4-bit işlemci olan 4004 ve 8-bit işlemci olan 8008 den başlayarak, mikroişlemciler ve mikrobilgisayarlar için, 4-bit, 8-bit, 16-bit, 32-bit ve 64-bit gibi veri uzunluk standartları doğmuştur. Intel, bu ilk müşterilerinden başkasının, 4004 ve 8008 tümleşik devrelerine ilgi göstereceklerini tahmin etmediği için, üretim hattını düşük kapasiteli tutmuştur. Fakat tahminlerin aksine, bu tümleşik devrelere çok büyük bir ilgi oldu. Bunun sonucu ve aynı zamanda 8008 in 16 KB lık bellek limitini aşmak amacıyla, Intel firması 1974 yılında genel amaçlı 8080 CPU sunu üretti. Birden bu tümleşik devreye büyük bir talep oldu ve kısa bir süre içinde 8080, 8-bit mikroişlemci endüstri standardı oldu. Intel, iki yıl sonra 1976 da gelişmiş bir 8080 işlemcisi olan 8085 piyasaya sürdü. www.yalcincoskun.wordpress.com 14

Intel 1978 yılında ilk 16-bit mikroişlemcisi olan 8086 yı üretti. 8086 daha önceki 8080/8085 ürününe bazı yönlerde benzemesine karşın, iki işlemci ailesi birbiri ile uyumlu değildi. Bir yıl sonra 1979 da üretilen, 8086 nın 8-bit veriyoluna sahip sürümü olan 8088, 1981 yılında üretilen IBM PC mikrobilgisayarlarının ilk işlemcisi olmuştur. Kısa sürede endüstrinin 16-bit mikroişlemci standardı olan 8086/8088, günümüze kadar uzanan pek çok ürünü ile x86 ailesi diye adlandırılan mikroişlemci ailesinin çekirdeği oldu. Daha sonraki yıllarda x86 ailesinin diğer ürünleri, 80186/80188 ve 80286 üretildi. 80186 işlemcisi 8086 nın tümleşik devre üzeri çeşitli çevre birimlerine sahip olan sürümüdür. 80188 işlemcisi ise, 8-bit veriyoluna sahip bir 80186 işlemcisidir. Tasarımlarında fazla çevre birimi istemeyen 80186/80188 işlemcilerinin genelde değişmez bir programla, kontrol uygulamaları içinde yer alarak mikrodenetleyici gibi kullanılmaları amaçlanmıştır. Buna rağmen bu iki işlemci yaygın olarak kullanılmamıştır. Uygulama çeşitlerine göre Intel mikroişlemcilerinin sınıflara ayrılması, 80186/80188 ve 8048/8051 işlemcilerinden sonra başlamıştır. Intel mikroişlemcilerinin gelişimi şekil 1.1 de gösterilmektedir. 8086/8088 işlemcilerinin 1 MB bellek ile sınırlı adres alanı, 1980 lerin ortalarına doğru bir çok uygulama için ciddi bir problem olmaya başlamıştı. Bu yüzden Intel, x86 çekirdeğinin bir üst uyumlu sürümü olan 80286 işlemcisini üretti. Bu işlemci, 16 MB lık adres alanı ile beraber temel 8086/8088 komut kümesine sahipti. 80286, IBM PC/AT ve orta model PS/2 bilgisayarlarında kullanıldı ve daha önceki 8088 gibi büyük bir başarı kazandı. Intel için bir sonraki adım, 1985 yılında üretilen, bir tümleşik devre üzerinde gerçek 32- bit CPU olan 80386DX oldu. 80286 gibi bu mikroişlemcide çok yaygın olarak kullanıldı. 1988 yılında, harici 16-bit veriyoluna sahip 80386SX işlemcisi üretildi. 80486, 80386 nın bir üst uyumlu modeliydi. Bütün 80386 programları, 80486 makinelerinde bir değişiklik yapılmadan çalışabilecekti. Bu iki işlemci arasındaki temel fark, 80486 nın 80386 nın özelliklerine ek olarak, yardımcı işlemcisi olan bir kayan nokta birimine(fpu), 8 KB önbelleğe (cache) ve bir bellek yönetim birimine tümleşik devre üzerinde sahip olmasıdır. Ayrıca bir 80486, 80386 dan çok daha hızlıdır. 1993 yılında piyasaya sürülen Pentium, temel mimari olarak çok farklı bir mikroişlemci olmayıp, Intel in yaklaşık her 2-3 yılda ürettiği yeni bir x86 işlemcisidir. Bu yapı IA-32 (Intel Architecture-32) olarak belirtilen 80386/80486 ile başlayan 32-bit mimarinin bir uzantısıdır. 1993 yılından sonraki Pentium işlemcilerinin hızları artmış, üzerlerindeki önbellek yapıları değişmiş ve kapasiteleri artmış. Bazılarında tümleşik devre üzeri komut bazılarında multimedya desteği sağlanmıştır. Ayrıca, yeni Pentium mimari yapılarında, daha başka, ileri düzeyde, detay farklılıklar da vardır. Bütün bu farklılıklara rağmen, 1978 www.yalcincoskun.wordpress.com 15

yılından başlayan 8086/8088 işlemcilerindeki x86 çekirdeği, bu işlemcilerde de bulunmaktadır. Yeni işlemcilerde çalışacak eski programların uyumluluğu için bu mimari gelişim, Intel in bütün x86 işlemcilerinde sağlanmıştır. Pentium işlemcisiyle x86 ailesinin veriyolu uzunluğu 64-bit olmuştur. Intel, Pentium ile RISC mimari tasarım kavramlarından olan superscalar mimariyi kullanmaya başladı. Pentium da aynı anda bir saatte, iki tane iş-hatlı tam sayı birimi iki komutu ve bir tane işhatlı FPU birimi de bir tane kayan nokta komutu yürütülebilmektedir. Diğer bir RISC mimari birimi olan dallanma tahmini donanım yapısı, JUMP ve CALL komutlarıyla yapılan dallanmalarda önemli zaman kazançları sağlayarak çalışma performansını artırır. Bu işlemcide ayrıca yürütme performansını önemli olarak etkileyen tümleşik devre üzerinde birinci seviye (L1) ayrı 8 KB kod ve 8 KB veri önbellekleri bulunur. Pentium Pro 8086/8088, 80286, 80386, 80486 ve Pentium işlemcilerinden sonra gelen 6 ıncı nesil olduğu için, ilk çıkması sıralarında P6 kod adıyla anılmış ve önemli mimari ekler sunmuştur. P6 mimarisi dinamik yürütme teknolojisi olarak belirtilen ve çoklu dallanma tahmini, veri akış analizi ve tahmini yürütme olarak temel üç fonksiyonlu mimari yapıyı içermektedir. Pentium Pro ya dört yeni adres hattı daha eklenerek adres yolu 36-bit yapıldı. Bu sayede doğrudan adreslenebilir adres alanı 4 GB tan 64 GB a artırılmış oldu. Intel firması ilk kez 256 K, 512 K veya 1MB olabilen L2 önbelleğini Pentium Pro işlemcinin üzerine yerleştirdi. Pentium gibi Pentium Pro da 8 KB ı kod, 8 KB ı veri için toplam 16 KB lık L1 önbelleğine sahiptir. Intel firması bir PC ye DSP özelliği kazandırmak için MMX olarak adlandırılan bir teknolojiyi, Pentium işlemcilerine 1997 den itibaren koymaya başladı. MMX teknolojisi multimedya işlemleri için 57 tane yeni komut sunmaktadır. Intel Pentium II işlemcisi, Pentium Pro ve MMX teknolojilerinin birleşimi ile üretildi. Bu işlemcide bulunan 32 KB (16 KB/16KB) L1 önbellek yoğun olarak kullanılan veriye hızlı erişim sağlar. Ayrıca tümleşik devre üzerinde 512 KB tan başlayan L2 ön belleği bulunur. Intel daha ucuz PC ler ve sunucu makineleri için piyasaya ucuz (celeron) ve pahalı (xeon) Pentium II tabanlı iki farklı mikroişlemci sundu. Bu piyasa yaklaşımı daha sonraki Pentium III ve daha sonraki ürünlerde de devam etmiştir. Pentium III mikroişlemcisi 1999 yılının başında Intel tarafından piyasaya sunulmuştur. Pentium III ile gelen önemli bir yenilik, Internet Streaming SIMD Extensions olarak adlandırılan bir yapıdır. Bu mimari yapı ile, ileri görüntü işleme, 3D, ses ve video ses tanıma gibi uygulamalarda kullanılabilecek 70 tane yeni komut eklenmiştir. Pentium III ayrıca P6 mikromimarisini dinamik yürütme, çoklu dallanma tahmini, veri akışı analizi ve tahmini yürütme çok işlemli sistem yolu ve Intel MMX teknolojisini içerir. Pentium III, PC www.yalcincoskun.wordpress.com 16

ve Internet hizmetleri ve ağ erişim güvenliği için planlanan yapı bloklarından ilki olan işlemci seri numarası sunar. Pentium IV her şeyi hız için düşünülmüş. Pentium IV, Intel in 1995 ten beri tamamen yenilenmiş x86 mikroişlemcisidir. www.yalcincoskun.wordpress.com 17

Intel mikroiģlemcileri geliģimi www.yalcincoskun.wordpress.com 18

INTEL MĠKROĠġLEMCĠ AĠLESĠ Intel gerçek bir mikroişlemci üretimine ilk olarak 8080 le başladıktan sonra 8086 da artık temeller atılmış ve bundan sonra piyasaya çıkacak olan işlemciler bu mantıkla üretilecektir. Intel 8086 MikroiĢlemcisi 8086 1978 yılında 29 bin transistör ve 40 pinli paketten oluşan ilk 16-bitlik Intel mikroişlemcisidir. Daha sonra bu işlemciyi 8088 mikroişlemcisi, 8087 matematik işlemcisi ve 8089 giriş/çıkış (I/O) işlemcisi takip etmiştir. Intel 8086 mikroiģlemci mimarisi www.yalcincoskun.wordpress.com 19

Şekil 2.1 de x86 ailesinin 16-bit çekirdek mimarisinin basitleştirilmiş bir gösterimi sunulmuştur. Mikroişlemci temel iki ayrı çalışma birimine sahiptir. Bu birimler: İcra birimi(eu) ve Veriyolu Bağdaştırma Birimi (BIU). EU komutları yorumlamakta ve yürütmektedir. BIU ise veriyolu işlemlerini gerçekleştirmektedir. Ġcra birimi EU, komut çözme ve komutları yürütme için bir kontrol birimine; aritmetik ve mantıksal işlemler için bir ALU ya; genel amaçlı kaydedicilerde (AX, BX, CX, DX) ; işaretçi (SP,BP) ve indis (SI, DI) kaydedicileri ile bayraklar kaydedicisine sahiptir. EU içindeki kontrol birimi, makine dilindeki komutları yorumlamakta ve komutları yürütmek için gerekli işlemleri kontrol etmektedir. EU, komut byte larını, BIU tarafından komut kuyruğuna yerleştirilme sırasıyla, komut kuyruğundan almaktadır. Eğer EU bellekten bir işleme ihtiyaç duyarsa veya bir sonucu bellekte saklamak isterse istenilen işlemi BIU e yönlendirir. EU, işlem kodu okuma veya saklama işlemi için, BIU tarafından fiziksel adresi hesaplamada gerekenleri sağlamaktadır. ALU, işlemlerini, dahili veriyolu üzerinden, genel amaçlı kaydedicilerden, komut byte larından, veya BIU dan almaktadır. ALU 8-bit veya 16-bit işlem yapma kapasitesine sahiptir. Veriyolu bağdaģtırma birimi BIU, bütün harici veriyolu işlemlerini kontrol eden bir veriyolu kontrol birimine; EU için komut byte larını tutan komut kuyruğuna; fiziksel bellek adresleri üretme için bir toplayıcıya; dört segment kaydedicisine (CS, SS, DS, ES); komut işaretçisine (IP) ve verileri geçici olarak saklamada kullanılan bazı dahili kaydedicilere sahiptir. BIU, bellek ve I/O işlemleri dahil, bütün harici veriyolu işlemlerini kontrol etmeden sorumludur. Tümleşik devre harici adres yolu, belli bir bellek hücresini veya I/O portunu seçmede kullanılır. BIU, komut byte larını okur ve onları EU için komut kuyruğuna yerleştirir. BIU en fazla 4 (8088 için) veya 6 (8086 için) byte komut kodunu önden okuyabilir. EU, bir veri okuma veya yazma işlemine ihtiyaç duymadığı veya program akışında bir dallanma olmadığı sürece, BIU komut byte larını önden okuma için serbesttir. Bu şekilde komut önden okuma, BIU ve EU birimlerinin paralel çalışmasına imkan tanır. Bu sayede işlemcinin veri işlem hızı artar. Bu şekilde çalışan bilgisayar mimarisine iş-hatlı mimari denir. 8086-8087 iletiģimi Bir 8086-8087 (ya da 8088-8087) sisteminde mikroişlemci ve CPU komutları eş zamanlı işlenebilir. Yani CPU bir komutu işlemekle meşgulken mikroişlemcide kendisi ile ilgili bir komutu işliyor olabilir. Ancak bazı işlemlerde mikroişlemcinin CPU ya yardımcı olması www.yalcincoskun.wordpress.com 20

gerektiği için bu eş zamanlılık kısıtlıdır. Hem mikroişlemci hem de CPU komutları aynı veriyolundan aldıkları için ikisi arasında eşgüdüm sağlanması gerekir. 8086-8087 sistemlerinde her iki işlemcide veriyolu üzerinde gözüken komutu inceler. Bunu yapabilmek için her ikisinin de üzerinde aynı veriyolu bağdaştırma birimi (BIU) konmuştur. 8086, 8087 veriyolu arabirimine kendi öngetirme kuyruğunun durumuna ilişkin sinyaller yollayarak her iki işlemcinin de aynı komutu çözümlüyor olmasını güvenceye alır. Bütün CPU komutları 11011 bit dizisi ile başladığı için 8087 nin diğer komutları gözardı etmesi kolaydır. Aynı şekilde mikroişlemcide (belleğe erişim yapanlar dışındaki) tüm CPU komutlarını gözardı eder. Eğer veriyolundaki CPU komutu belleğe erişim yapan bir komut ise, mikroişlemci bellek adresinin en önemsiz byte ını okur ve protokol gereği boş bir okuma yapar. Bu okuma, verinin veriyoluna çıkmasını sağlar ve 8087 bu değeri veriyolundan okur. Eğer adres bilgisi bir byte tan daha uzunsa, 8087 veri yolunu 8086 dan devralır ve verinin kalan bölümünü bellekten kendisi okur. Daha sonra veriyolunun denetimini 8086 ya geri verir. İkisi de aynı eşgüdümlü veriyolunu kullandıkları için aynı hızla çalışmak zorundadır. Ayrıca CPU bir komutu işlemeyi bitirmeden mikroişlemcinin bir başka CPU komutunu çözümlemeye başlamasını engellemek gerekir. Bunun için şu yöntem kullanılır: Derleyici ve Çeviriciler her CPU komutundan önce bir WAIT komutu üretirler. Bu komut mikroişlemcinin TEST bacağı aktif olduğu sürece beklemesini sağlar. TEST bacağına da CPU nun #BUSY bacağı bağlanmıştır. Dolayısıyla, mikroişlemci her CPU komutundan önce WAIT komutu aracılığıyla CPU nun o anda işlem yapıp yapmadığını denetler. Eğer işlem yapıyorsa bitmesini bekler, yapmıyorsa da sıradaki CPU komutunu çözümlemeye girişir. Aynı şekilde belleğe yapılan işlemin sonucunu yazacak türden CPU komutlarının arkasına da bir WAIT komutu yerleştirilerek CPU ya sonucu belleğe yazması için zaman tanınmış olur. Böylece mikroişlemcinin erken davranıp henüz belleğe yazılmamış bir değeri okuması önlenir. CPU yazma işlemini de gerçekleştirdikten sonra da mikroişlemci bu değeri güvenle okuyabilir. Ek bir tümleşik devre yardımıyla 8087, bir 80186 işlemciye de bağlanabilir. 80186 mikroişlemcisi 1982-1983 yıllarında üretilen bazı PC lerde merkezi işlem birimi olarak kullanılmıştı ama 80286 kullanan AT lerin ortaya çıkışıyla tüm önemlerini kaybettiler ve PC tarihinin derinliklerine gömüldüler artık sadece 80186 nın CMOS uyarlaması olan 80C186 lar denetim amaçlı uygulamalarda kullanılıyorlar. 80C186, Intel 387 nin dahili yapısı temel alınarak üretilen 80C187 CPU suna bağlanabiliyor. Intel 80286 MikroiĢlemcisi 8086/8088 mikroişlemcisinin halefi 80286 dır. Bu mikroişlemcinin kullanıcı açısından 8086/8088 e göre 3 temel üstünlüğü bulunmaktadır: www.yalcincoskun.wordpress.com 21

Birincisi gerçek (real) mod ile korumalı (protected) moda sahip olmasıdır. Donanım bellek yönetim sistemi sayesinde, bellekte birden çok programın güvenli bir şekilde çalışması mümkün hale gelmiştir. İkincisi, 8086 gibi 8088 den farklı olarak 16-bit veriyoluna sahip olmasıdır. Bu da bellek-mikroişlemci arasındaki veri akış bant genişliğini iki katına çıkartır. Üçüncüsü, daha hızlıdır ve daha yüksek saat hızında çalışabilir. Bu faktörler 80286 tabanlı bir sistemi 8088 tabanlı bir sisteme göre, 5-10 kat daha hızlı yapmaktadır. Ayrıca, 80286 mikroişlemcisi yeni adresleme ve bellek koruma özelliklerini desteklemek için yeni ek komutlara sahiptir. Bu işlemci IBM PC/AT ve bazı PS/2 bilgisayarlarının ana mikroişlemcisi olmuştur. 80286 bu yüksek performansı, basitleştirilmiş hali şekil 2.2 de görülen, içinde bulunan birbirinden bağımsız 4 fonksiyonel birim sayesinde sağlar. Veriyolu birimi CPU için gerektikçe, işlem kodu ve veri okuma/saklama gibi bütün veriyolu işlemlerini yerine getirir. CPU eğer yapacak başka bir işlemi yoksa, 6 byte a kadar komutları önceden okur ve bunları komut birimine gönderir. Komut birimi veriyolu birimi tarafından okunmuş ham verileri alır ve sonraki yürütme için kodunu çözer. Üç taneye kadar tam kodu çözülmüş komut, bu birimde bir anda bulunabilir. Kodu çözülmüş komutların CPU içinde hazır olarak bulunması CPU yürütme hızını artırır. www.yalcincoskun.wordpress.com 22

Intel 80286 mikroiģlemci mimarisi İşletim birimi komut biriminden gelen komutları işler. Bazı komutlar adres içermektedir. Bu adresler daha sonraki işlemler için adres birimine verilir. Adres birimi bütün adresleme ve görüntü bellek işlemlerini yerine getirir. (Görüntü bellek, bir programın fiziksel olarak sahip olduğu bellekten daha fazla bellek kullanabilmesini sağlayan bir tekniktir.program parçalarının yürütme sırasında, gerektikçe, bellek ile disk arasında değiştirme prensibine dayanır. ). Adres biriminin çıkışı, okuma ve yazma adreslemesi için veriyolu birimine iletilir. www.yalcincoskun.wordpress.com 23

80286/80287 iletiģimi 80287 nin mikroişlemci arabirimi 8087 dekinden tümüyle farklıdır. Bir bellek yönetim birimi yardımıyla bellek koruması uygulayan 80286 tüm koruma birimini 80287 nin de üzerine koymak çok pahalı olacağı için farklı bir çözüm uygulanmıştır. Bu sistemlerde, CPU için bütün komutları ve verileri getirip götürme işini mikroişlemci yapar. Tüm bilgi F8h-FFh adresleri arasındaki I/O bölgesi üzerinden akar. Bu adreslere program aracılığıyla erişim mümkün olduğu için yanlış bir yazma işlemi yapılmamalıdır. Yoksa CPU nun tuttuğu bilgiler bozulabilir ve yanlış sonuçlarla karşılaşabilirsiniz. 80287 üzerinde işlemleri asıl gerçekleştiren birim 8087 deki ile aynı olduğu için bütün komutlar aynı sayıda saat çevrimi içerisinde işlenir. Ama 80286/80287 sisteminde I/O işlemleri çok fazla olduğu için aynı hızda çalışan bir 8086/8087 sisteminde daha yavaş çalışabilir. Eski 80286 anakartlarının çoğu CPU işlemci hızını 2/3 ü hızda çalıştıracak şekilde düzenlenmişti. Böylece mikroişlemciye daha yavaş ve daha ucuz bir CPU bağlanabiliyordu. 80286 her zaman beslendiği frekansı ikiye bölüp kullanırken 80287, CKM bacağı yukarıda (1) olduğu zaman CLK bacağında gözüken frekansı olduğu gibi kullanıyor, aşağıda (0) olduğunda ise bu frekansı 3 e bölerek kullanıyor. Bazı üreticiler bu özellikten yararlanarak 80286 nın daha hızlı CPU larla da çalışabilmesini sağlayan arayuvalar geliştirdiler. CPU ve CPU yuvasının arasına yerleştirilen bu küçük arayuvaya CKM bacağını yukarıda tutup besleme frekansının bölünmemesini sağlıyor, CLK bacağına da daha hızlı bir frekans üreteci tarafından yeni CPU nun çalışacağı frekans veriliyor. Böylece mikroişlemci 8 MHz de çalışırken CPU nuz 20 MHz gibi bir hızda çalışabiliyor. Ama bu çözüm sisteminizin performansını artırsa da tüm I/O dan hala yavaş çalışan mikroişlemci üzerinden geçmesinden doğan darboğazı aşamıyor. Bir 8086-8087 ilişkisini tarafların eşit haklara sahip olduğu bir ilişki olarak görebiliriz. Buna karşılık, bir 80286-80287 ilişkisi daha çok efendi-köle ilişkisini andırır. Bu eşgüdümlülüğü daha da kolaylaştırıyor çünkü CPU nun bütün veri akışı mikroişlemci üzerinden geçiyor. Pek çok CPU komutunu CPU ya iletmeden önce mikroişlemci otomatik olarak CPU nun işlem yapıp yapmadığını denetler. Bu yüzden derleyici ya da çeviricilerin CPU komutlarından önce otomatik WAIT komutu üretmesine gerek yoktur. Ancak üretilmişse de bir zararı olmaz. Bununla beraber WAIT komutunun ikinci kullanım nedeni (CPU belleğe bir değer yazarken mikroişlemcinin beklemesi gerekliliği) hala geçerlidir. www.yalcincoskun.wordpress.com 24

Intel 80386 MikroiĢlemcisi İntel in ilk 32-bit mikroişlemcisi 80386 dır. Bu mikroişlemci, diğer x86 işlemcileri gibi, 8086 ve 80286 programlarını hiçbir değişiklik olmadan çalıştırabilmektedir. Bu işlemcinin daha önceki 80286 mikroişlemcisine göre bir çok üstünlüğü bulunur. Bunlar: İşlemcinin kaydedicileri ve aritmetik birimleri 32-bit genişliğindedir. Ayrıca, komut kümesi 32-bit adresleri ve verileri desteklemek için genişletilmiştir. Mikroişlemciden ana belleğe giden, adres yolu ve veriyolu 32-bit e genişletilmiştir. Bu sayede, komutlar, verileri iki kat hızında okuyabilmekte ve yazabilmektedir. 4 GB a kadar fiziksel belleği adresleyebilmektedir(80286 da 16 MB). Diğer yandan, programlara 246 byte (64 terabyte) kadar görüntü bellek sağlayabilmektedir (80286 da 230 byte, 1 GB ). Daha hızlı yürütme hızına sahiptir. Bir çok komutu yürütme zamanı azalmıştır. Tümleşik devre üzerindeki bellek yönetim sistemi, sayfalı adreslemeyi destekler. 80386 da bulunan 32-bit adres yolu, 32-bit veriyolu ve çeşitli kontrol sinyalleri için, 80286 da kullanılan 68 uçlu tümleşik devre kılıfı çok küçüktü bu yüzden Intel daha büyük bir standarda gitti. Dahili olarak, 80386, 80286 gibi daha yüksek performans için paralel çalışan bir çok fonksiyonel birime sahiptir. 80286 daki gibi 4 yerine, 8 tane alt birim içermektedir. 80386 daki daha fazla olan fonksiyonel bölünme, adres ve yürütme birimlerinde yapılmıştır. www.yalcincoskun.wordpress.com 25

Intel 80386 mikroiģlemci mimarisi 80386 nın tümleşik devre uçları, 80286 ya bazı yönlerden benzemektedir. Bellek erişimleri 32-bit kelimeler ile yapılıp, bellek adresleri, 4 byte sınırlara göre ayarlanmalıdır. Böylece CPU 0, 4, 8 gibi adreslerde bulunan kelimelere erişebilmekte, buna karşın, 1, 2 veya 3 gibi adreslerde olanlara erişememektedir. Bunun sonucu olarak, bütün bellek adresleri 4 ün katları şeklindedir. Bu yüzden, iki düşük değerli adres biti her zaman 0 dır ve A0 ve A1 bitleri tümleşik devre üzerinde yoktur. www.yalcincoskun.wordpress.com 26

Bununla beraber, bellekte 8-bit ve 16-bit veriler üzerinde işlem yapan komutlar bulunduğundan, bu problemi çözmek gerekmektedir. 8086 ve 80286 mikroişlemcilerinde BHE sinyali ile bu problem çözüldüğü gibi, 80386 da bu işlem için 4 sinyal BE3- BE0 sağlamaktadır. Bu sinyallerden her biri bir kelime içindeki 4 byte dan hangisinin kullanılacağını belirtir. Daha önceki işlemcilerde bulunan, LOCK ve READY kontrol sinyalleri değişmedi. Bununla beraber, 80386 ya yeni 3 veriyolu kontrol sinyali daha eklendi. Bu sinyaller ADS, BS16 ve NA sinyalleridir. ADS sinyali, adres yolunda geçerli bir adres olduğunu belirtir. Bellek bu sinyali gördüğü zaman adres ve kontrol yollarındaki sinyallerin geçerli olduğunu anlar ve çalışmaya başlar. BS16 bir giriş sinyali olup 80386 ya, sistemde 16-bit I/O tümleşik devrelerinin olduğunu belirtmekte kullanılır. 80386 bu sinyali gördüğü zaman, bir 32-bit veri aktarımını peşpeşe iki 16-bit aktarım şeklinde yapar. BS16 mikroişlemciyi yavaşlatmada kullanılmasına karşın NA sinyali hızlandırmada kullanılır. Bellek tümleşik devresi, o anki veriyol çevrimi için READY sinyalini pasif yapmadan, mikroişlemcinin NA girişini aktif yaparak, bir sonraki bellek adresini kabul etmek için hazır olduğunu 80386 ya bildirir. Bu özellik, CPU nun o anki veriyolu çevrimini bitirmeden, bir sonraki veriyol çevrimine hazır olmasını başlatarak, iş-hattının hızını daha da artırır. Intel, geleneksel olarak her yeni bir mikroişlemci tümleşik devresinde yapmış olduğu, veriyolu durum ve veriyolu kontrol sinyallerini yeniden tanımlamayı, 80386 mikroişlemcisinde de devam ettirdi, örneğin; daha önceki 80286 tasarımında 4 tane veriyolu durum sinyali bulunmaktaydı. Bu sinyaller, 16 farklı durum göstermesine karşın, sadece 7 durum anlamlıydı ve kullanılmaktaydı. Sonunda Intel den bir mühendis şu gerçeği gördü: 7 23 yani 3 durum sinyali ile 7 sinyali belirtmek mümkündü. Bu büyük sinyalin neticesi 80386 için yeni durum sinyalleri Yaz/Oku, Veri/Kod ve Bellek/Giriş-Çıkış olarak belirlendi. Bu sinyallerin belirttikleri veriyolu durumları: Kod okuma, veri okuma, veri yazma, giriş-çıkış okuma, giriş-çıkış yazma, kabul ve durma dır. 80286 işlemcisinde bulunan diğer sinyaller, INTR, NMI, HOLD, HLDA, PEREQ, BUSY, ERROR ve RESET, 80386 da aynı fonksiyonlara sahiptir. 80386 yardımcı işlemci doğrudan erişebildiği için, 80286 daki PACK sinyali 80386 da bulunmaz. 80386-80387 iletiģimi 80386-80387 sistemlerinde bulunan mikroişlemci CPU arabirimi 80286-80287 sistemlerindekine çok benzemektedir. CPU ya programların yanlışlıkla yazma yapılmasını önlemek için I/O alanı F8h-FFh den 800000F8h-800000FFh alanına kaydırılmıştır. Arabirim performansı iyileştirilmiş ve 32-bit kullanıma açılmıştır. Yeni haliyle iletişim ek yükü 16-20 saat çevrimine indirilmiştir. www.yalcincoskun.wordpress.com 27

Intel 80486 MikroiĢlemcisi Intel in 80386 dan sonraki ikinci 32-bit mimarisi 80486 işlemcisidir. Bu işlemcinin temel mimarisi 80386 ile aynıdır. 80386 da 300 bin olan transistör sayısı, 80486 da 1.2 milyona yükseltilmiştir. Bu artışın en önemli nedenleri, 80486 nın içine alınan FPU yardımcı işlemcisi ile 8 K önbellektir. Bu mikroişlemci, diğer x86 işlemcileri gibi, 8086/8088, 80286 ve 80386 programlarını hiçbir değişiklik olamadan çalıştırabilmektedir. Bu işlemcinin daha önceki 80386 mikroişlemcisine göre farklılıkları özetle şunlardır: Tüm devre üzerinden FPU aritmetik yardımcı işlemcisi Tüm devre üzerinden 8 K Önbellek Bellek okuma ve yazmalarında, eşlik hata kontrolü için kullanılabilen, tüm devre üzerinde bulunan eşlik sinyalleri. Burst (patlama) olarak adlandırılan hızlı yol okuma/yazma çevrimleri Beş aşamalı komut iş-hattı. www.yalcincoskun.wordpress.com 28

Intel 80486 mikroiģlemci mimarisi 80486 şekil 2.4 te yer alan fonksiyonel birimleri içerir. Veriyolu birimi 80486 ve harici aygıtlar arasında fiziksel arabirim sağlar. Veriyolu arabirimi aşağıdaki fonksiyonel varlıkları içerir: Adres Sürücüleri/Alıcıları: 80486 bir veriyolu çevrimini çalıştırdığı zaman, adres sürücü işlemcinin yerel-adres yolu üzerine sürer ve byte hatları mümkün kılar. Ön geçersiz çevrimler esnasında, A31:A4 adres bitleri adres alıcıları arasında işlemci yerel adresinden girer. Tampon Belleğe Yaz: Bu dört tampon bellek veriyolu birimine yazma işlemlerine uygulamalarını tamamlamak için izin vererek, işlemciden dört yazma veriyolu çevrimini tamponlamaya izin verir. www.yalcincoskun.wordpress.com 29

Veriyolu Alıcısı: Yazma veriyolu çevrimi esnasında işlemcinin yerel veriyoluna veri girişi yapar. Okuma veriyolu çevrimi esnasında işlemcinin yerel veriyolu çevriminden işlemciye veri girişi yapar. Veriyolu Boyut Kontrol Mantığı: Duyular, mikroişlemci 8-bit veya 16-bit aygıtlarla iletişim kurduğu an gerekli olduğu zaman çoklu veriyolu çevrimlerini otomatik olarak mikroişlemcinin çalıştırmasına sebep olur. Veriyolu Kontrol İstek Sıralayıcısı: Patlama transferi esnasında adreslerin sırasını belirler. Patlama Veriyolu Kontrol Mantığı: Patlama transferi uygulaması esnasında veriyollarını kontrol eder. Önbellek Kontrol Mantığı: Harici önbellek kontrolcüye işlemcinin yerel veriyollarını bağlar. Eşlik Üretimi/Mantık Kontrolü: Otomatik olarak mikroişlemci tarafından yazılan verinin üzerine elde üretir ve okuma veriyolu çevrimleri esnasında elde kontrol eder. Önbellek birimi: 80486 mikroişlemci bir ön kontrolcü ve 8 K lık hızlı erişimli statik RAM önbelleğini birleştirir. Ön kontrolcü tarafından kullanılan dizin yapısı dört veriyollu küme birleşmelidir. Komut iş-hattı ve kod çözücü birimi üç temel bölüm içerir: Önden getirici 32 byte kod kuyruğu Komut kod çözücüsü 80486 mikroişlemci komutları hızlı çözen ve uygulayan beş derinlikli iş-hattını birleştirir. Komut önden getirme Kademeli kod çözücü 1 Kademeli kod çözücü 2 Yürütme Kaydedici geri yazma Komut önden getirici; komutları 16 byte lık bloklar halinde okur. Kod bloğu dahili ön bellek ve 32 byte ön getirim kuyruğunun her ikisinde okunur. İki kademeli komut kod çözücüsü: Kademeli kod çözücü 1 esnasında, op-kod byte ı çözülür, seçenekli mod R/M byte ı kullanılan adresleme şeklini göstermeye yorumlanır ve seçenekli SIB adreslemenin şeklini açıkça belirtmeye kullanılır. Kademeli kod çözücü 2 esnasında, yer değişim adrese eklenir ve acil işlenenler hesaba alınır. Uygulama birimi komutları yürütür. www.yalcincoskun.wordpress.com 30

Kaydedici geri yazma; komut çalıştırma tamamlanır ve gerekli ise sonuç geri hedef kaydediciye yazılır. Kontrol birimi mikro-kod birim diye anılır. Kontrol birimi şu alt birimleri içerir: Mikro-kod sıralayıcı Mikro-kod kontrol ROM u Bu birim komut kelimelerini yorumlar ve mikro-kod komut kod çözücü birim tarafından beslenen noktalara giriş yapar. Dışlamaları, ara verme noktalarını ve kesmeleri ele alır. Ek olarak tam sayı ve kayan nokta sıralarını kontrol eder. Kayan nokta birimi 80387 matematik işlemciye ek aynı komut kümesini çalıştırır. Veriyolu veya tam sayı uygulama birim ile mikro-kod ROM, komut kod çözme adres iş hattı veriyolu mantığını paylaşır.fpu iki alt birimden oluşur: FPU FPU kaydedici dosya CRO daki kontrol biti programcıya sayısal tanımlama, kayan nokta da hata tespit edildiği zaman, mikroişlemci tarafından kullanılan hata ele alma senaryosu seçmeye izin verir. Veri yolu birimi aşağıdaki alt birimleri içerir: Genel amaçlı kaydediciler ALU Fıçı kaydırıcı Bayraklar Durum bayrak bitleri sonuçları öncelikle komut tarafından uygulamaya yansıtır. Bayrak kontrol bitleri programcıya mikroişlemcinin kesin işlemsel karakteristikleri girmesine izin verir. Bellek yönetim birimi iki alt birim içerir: Segmentasyon birimi segment ve ofsetten etkin ve lineer adresleri hesaplar. Sayfalama birimi 80386 mikroişlemcinin sayfalama mekanizması ile aynı fonksiyonlara sahiptir fakat sistem performansını yükseltecek şekilde ayarlanmıştır. Intel Pentium MikroiĢlemcisi Pentium, Intel x86 ailesinin beşinci nesil işlemcisi olarak 1993 yılında piyasaya sürüldü. Pentium un, 80486 ya göre birçok gelişmiş özelliği bulunur. Bunlardan bazıları Daha geniş veriyolu (64-bit), iki tane tamsayı yürütme birimi,daha hızlı yeni tasarlanmış bir aritmetik işlemci birimi (FPU), gelişmiş önbellek (CACHE) yapısı ve dallanma tahmini mantık www.yalcincoskun.wordpress.com 31

birimidir. Pentium FPU birimi tekrar tasarlanarak, bazı işlemlerde 80486 dakine göre on kat daha hızlıdır. Intel Pentium mikroiģlemci mimarisi Pentium un temel özellikleri aşağıda özetlenmiştir. 32-bit CPU, 64-bit veriyolu,32-bit adres yolu(4 GB lık adres alanı). Superscalar mimari:aynı anda bir saatte, iki tane iş-hatlı tamsayı birimi iki komutu ve bir tane iş-hatlı FPU birimi de bir tane kayan nokta komutu yürütebilmektedir. www.yalcincoskun.wordpress.com 32

Ayrı ayrı 8 KB kod ve 8 KB veri önbellekleri 4 MB sayfalama, TLB de veri bulma oranı artırmaktadır. Dallanma tahmini donanım birimi. Çok işlemcili çalışma için komutlar ve ikinci seviye önbellek için destek. Dahili hata bulma özellikleri. Güç yönetim özellikleri: Sistem yönetim modu ve saat kontrol. Tümleşik devre üzerinde APIC denetleyicisi:kesme yönetimi ve 8259 ile uyumluluk. İlk Pentiumlar 0,8 Mikron, 5 Volt BICMOS teknolojisi ile 3,1 milyon transistör kullanılarak üretilmiştir. Daha sonra, 0,65 Mikron, 3,3 Volt teknolojisi ve daha çok transistör kullanılabilmiştir. İlk Pentiumlar 60/66 MHz hızına sahipti. Daha sonraları, 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166 ve 200 MHz gibi çok değişik çekirdek hızlarında üretildi. Bu işlemcilerin sistem yolu hızları ise 50, 60 ve 66 MHz dir. Pentium mikroişlemcisinin harici veriyolu 64-bit ve adres yolu 32-bit tir. Daha önceki 32- bit veriyoluna sahip 80486 ve 80386 işlemcilerinin iki katı hızında, kod ve veri, Pentium CPU suna okunabilmektedir. Bununla beraber, 386 ve 486 mikroişlemcileri ile aynı 32-bit kaydedicilerine sahiptir. Diğer bir deyişle, DEC firmasının Alpha tümleşik devresinde yaptığı gibi, Pentium saklayıcılarının uzunluğu 64-bite çıkarılmadı. Pentium mikroişlemcisinin iç mimarisi şekil 2.5 te gösterilmiştir. Harici 64-bit uzunluğundaki veriyolundan, daha önceki işlemcilere göre iki kat verinin CPU ya okunabilmesi için, Pentium içine üç yürütme birimi konmuştur. Bunlardan biri kayan nokta komutlarını yürütür, diğer ikisi ise tamsayı komutlarını yürütür. Bu donanım yapısı, aynı anda üç farklı komutun yürütülmesini mümkün kılar. Örneğin, bir yürütme sırasında, FADD ST, ST(2), MOV EAX, 10H ve MOV EBX, 25H komutları aynı anda çalışabilir. Çünkü, komutlar arsında bir bağımlılık yoktur. FADD ST, ST(2) komutu FPU işlemcisi tarafından yürütülürken, diğer MOV EAX, 10H komutu U-Pipe tarafından ve MOV EBX, 25H komutu V-Pipe tarafından yürütülebilir. Pentium un en önemli özelliği olan mimari yapısı, Superscalar olarak adlandırılır. Yukarıdaki örnekte olduğu gibi, Pentium da bellekten komutlar okundukça bu üç birime gönderilir. Komutların farklı yürütme birimlerinde doğru olarak çalışabilmesi için, komut bağımlılıkları, donanım tarafından ele alınır. Pentium un bu üç farklı yürütme biriminden yararlanılabilmesi için, bu özeliği göz önüne alıp o şekilde kod üreten özel Pentium derleyicileri kullanılmalıdır. Bu derleyiciler, bir programdaki birbirine bağımlı ve bağımsız komutları bulabilmekte, gereken değişiklikleri yapmakta ve ona göre kod üretmektedir. Bu tür kod üretimi ile çalışma, programın yürütme hızında yüzde kırklara varan iyileştirme yapar. Bunun için Pentium un yeni www.yalcincoskun.wordpress.com 33

Superscalar özelliği avantajından yararlanan derleyici ve diğer uygulamalar kullanılmalıdır. Üç ayrı yürütme birimini Pentium içine koyabilmek için çok sayıda transistör kullanıldı. Pentium ilk çıktığında 60/66 MHz hızına sahipti. Daha sonraları, kısa bir sürede, daha hızlı ürünler piyasaya sürüldü. Pentium lar, 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166 ve 200 MHz gibi bir çok değişik hızlarda üretildi. APIC Pentium un çok işlemcili ortamlarda kullanılabilecek ileri bir donanım özelliğidir. BTB dinamik dallanma tahmini mantığı tarafından kullanılır. Intel Pentium Pro MikroiĢlemcisi Pentium Pro, 8086/8088, 80286, 80386, 80486 ve Pentium işlemcilerinden sonra gelen altıncı nesil olduğu için, ilk çıkması sıralarında P6 kod adıyla anılmıştır. İlk Pentium Pro 150 MHz hızında olup bu hızda 23 Watt güç tüketmekteydi. Daha sonraları Pentium Pro tümleşik devreleri daha yüksek hızlarda ve değişen güç tüketimlerinde üretildi. Temel olarak Pentium Pro daha önceki beş nesil ile uyumludur. Yani 8086/8088, 80286, 80386, 80486 ve Pentium için olan yazılım, Pentium Pro da çalışmaktadır. 80386, 80486 ve Pentium mikro işlemcileri ile aynı 32-bit kaydedicilere sahiptir. 5,5 milyon transistöre sahip Pentium Pro, daha önceki 3,3 milyon transistör ile üretilen Pentium a göre bir çok üstünlüğe sahiptir. www.yalcincoskun.wordpress.com 34

Intel Pentium Pro mikroiģlemci mimarisi Pentium Pro işlemcinin iç mimarisi şekil 2.6 da görülmektedir. Pentium Pro nun temel özellikleri aşağıda özetlenmektedir: 32-bit CPU, 64-bit veriyolu, 36-bit adres yolu (64 GB adres alanı) Beş fonksiyonel birimli Superscalar mimari:aynı anda bir saatte, iki tane iş-hatlı tamsayı birimi iki komutu ve iki tane iş hatlı FPU birimi iki tane kayan nokta komutu yürütürken, diğer bir birimde bellek okuma veya yazma işlemi yapabilir. Komutları sıra dışı yürütme özelliği vardır. Ayrı ayrı 8 KB kod ve 8 KB önbellekleri vardır. www.yalcincoskun.wordpress.com 35

Tümleşik devre üzerinde(256k,512k ve 1M ) L2 önbelleği vardır. 4 MB sayfalama, TLB de veri bulma oranını arttırmaktadır. Dallanma tahmini donanım birimi vardır. Çok işlemcili çalışma için ve ikinci seviye önbellek için destek vermektedir. Dahili hata bulma özellikleri vardır. Güç yönetim özellikleri:sistem yönetim modu ve saat kontrol. Tümleşik devre üzerinde APIC denetleyicisi:kesme yönetimi ve 8259 ile uyumluluk. Pentium Pro 5,5 milyon transistör kullanılarak üretilmiştir. Pentium Pro 150, 166, 180 ve 200 MHz gibi değişik çekirdek hızlarında üretilmiştir. Başlangıcından beri CISC felsefesinde işlemciler üreten Intel firması, Pentium işlemcileri ile kullanmaya başladığı RISC kavramlarını, Pentium Pro devam ettirdi. Pentium Pro da, CPU ya getirilen bütün x86 komutları, yürütülmeden önce, daha küçük mikroişlemler olarak adlandırılan komutlara çevrilmektedir. Bu özellik önemli RISC kavramlarından biridir. Bununla beraber, bu yeni RISC özelliğinin yanında, Intel, CISC kavramlarından olan büyük ve karmaşık komut kümesini, eski x86 işlemcileriyle uyum için korumaktadır. Halbuki RISC makineleri küçük ve basit komut kümelerine sahiptir. Pentium Pro da derleyiciler tarafından üretilen x86 komutları, CPU içinde çalışması için mikro işlemlere çevrilir. Bu çevrilen komutlarda üç adresli format kullanılır. Yani komutlardaki ilk iki adres, iki kaynak için ve bir adres, hedef için kullanılır. Örneğin, ADD A, B,C gibi bir RISC komutunda, A ve B kaynak adreslerindeki veri toplanarak sonuç C de saklanır. ADD AX, BX gibi bir x86 komutu düşünüldüğünde, ikinci kaynak bulunulmaz. Pentium Pro mimarisinde kullanılan üç adresli komutlar, işlemcinin içinde kullanıcı tarafından erişilemeyen ve görülmeyen kaydedicilerin var olduğu anlamına gelir. Diğer bir deyişle, programcı veya bir derleyici düşünüldüğünde, klasik EAX, EBX, ECX gibi kaydediciler vardır ve Pentium Pro programcılarına görülebilir. Bu yapı, daha önceki X86 nesilleriyle uyumluluk sağlamaktadır. Pentium Pro ya eklenen ikinci L2 önbellek aynı silikon tümleşik devresi üzerinde değildir. Çünkü, 256 KB a kadar bir SRAM için yaklaşık 2 milyon transistörün ve 512 KB a kadar olan SRAM için 4 milyon transistörün tek bir silikon tümleşik devresi üzerine yerleştirilmesi mümkün değildi. Bunu için CPU ve SRAM için iki ayrı silikon alanı kullanıldı. CPU özel bir önbellek veriyolu ile SRAM a bağlandı. Bu önbellek veriyolu CPU hızındadır. Bu mimari, üretim maliyetini artırmasına karşın sistem performansını büyük ölçüde daha iyileştirmektedir. www.yalcincoskun.wordpress.com 36

Komut yürütmede Pentium Pro da birbirinden bağımsız çalışabilen beş fonksiyonel birim bulunur. İki birim (FPU I ve FPU II ) kayan nokta komutları için, iki birim (INT I ve INT II) tamsayı komutları için, bir birimde (MIU) bellek arabirim komutları içindir. Intel Pentium MMX MikroiĢlemcisi Sesli, görüntülü ve grafik özellikler içeren yüksek kaliteli multimedya uygulamaları çalıştırmak, çok hızlı ve karmaşık aritmetik işlemler gerektirir. Bu çeşit karmaşık işlemler normal olarak oldukça özel DSP tümleşik devreleriyle gerçekleştirilir. Bu özel işlemciler, 2D ve 3D grafikler, görüntü ve ses sıkıştırma, fax-modem, canlı resimli PC tabanlı telefon ve görüntü işleme gibi görevleri gerçekleştirmede kullanılır. Bir PC ye DSP özelliği eklemenin üç yaklaşımı vardır: 1. Bilgisayarın anakartında, CPU ile beraber bir DSP işlemcisinin ortak kullanılması. Bu en iyi ve ideal bir yaklaşımdır. Çünkü, şu an piyasada çok güçlü DSP tümleşik devreleri bulunmaktadır. Bunda ana problem, Pc tasarımcıları tarafından takip edilecek, endüstri tarafından kabul edilmiş bir standardın olmayışıdır. Böyle bir standardın olmayışı, hem donanım hem de yazılımda uyumsuzluklara neden olur. 2. DSP fonksiyonlarını taklit etmek için x86 işlemcisinin ve x87 in beraber kullanılması. Bu yöntem yavaştır ve performansı genellikle kabul edilemez ölçülerdedir. 3. Bazı DSP fonksiyonlarını x86 mikroişlemcisine konulması. Bu yöntem uyumluluk ve tek bir yaklaşım gerektirmesine rağmen, piyasayı Intel in tekeline bırakmaktadır. Bu yaklaşımın performansı, birinci yaklaşım kadar olamamasına rağmen, ikincisinden çok daha iyidir. www.yalcincoskun.wordpress.com 37

Intel Pentium MMX mikroiģlemci mimarisi İntel firması bir PC ye DSP özelliği kazandırmak için MMX olarak adlandırılan bir teknolojiyi, Pentium işlemcilerine 1997 den itibaren koymaya başladı. Bu yılda üretilen Pentium ve Pentium Pro işlemcileri MMX teknolojisi ile sınırlı DSP özelliği sunmaya başladı. MMX, örneğin, Teksas Instrument ın 320x ailesinin işlemcileri gibi, DSP işlemcilerinde bulunan zengin komutlara sahip olmasına rağmen, bir çok DSP fonksiyonunu oldukça iyi yerine getirmektedir. Pentium MMX in temel özellikleri aşağıda özetlenmiştir: www.yalcincoskun.wordpress.com 38

MMX teknolojisi için destek: Multimedya işlemleri için 56 tane yeni komut. 32-bit CPU, 64-bit veriyolu, 32-bit adres yolu (4 GB adres alanı). Superscalar mimari: İki tane iş-hatlı tam sayı birimi, bir tane iş-hatlı FPU birimi, iş-hatlı MMX birimi. Ayrı ayrı 16 KB kod ve 16 KB veri önbellekleri. 4 MB sayfalama, TLB de veri bulma oranını artırmaktadır. Dallanma tahmini donanım biriminin yapısı iyileştirilmiştir. Çok işlemcili çalışma için komutlar ve ikinci seviye önbellek için destek. Dahili hata bulma özelikleri. EFLAGS saklayıcısında bulunan ID biti ile belirlenen ve CPUID komutu kullanılarak CPU tanıma özelliği. Güç yönetim özellikleri: Sistem yönetim modu ve saat kontrol. Tümleşik devre üzerinde APIC denetleyicisi: Kesme yönetimi ve 8259 ile uyumluluk. Pentium MMX 4,5 milyon transistör içerir ve Intel in gelişmiş 0.35 mikron CMOS teknolojisi ile üretilmiştir. Bu teknoloji düşük gerilim ve yüksek yoğunluk sağlar. Pentium MMX 166, 200 ve 233 MHz gibi değişik çekirdek hızlarında üretildi. Bu işlemcilerin sistem yolu hızları ise 66 MHz dir. Pentium MMX işlemcisi Pentium işlemci ailesinde önemli bir gelişme olmuştur. İlk çıkan ürünler, 166, 200 ve 233 MHz frekanslarında çalışmış ve Intel in MMX teknolojisini destekleyen ilk mikroişlemcileri olmuştur. Pentium MMX daha önceki Pentium işlemci ailesi ile, hem yazılım hem tümleşik devre uç uyumludur. MMX teknolojisi SIMD tekniği tabanlıdır. MMX komutları olarak 57 tane yeni komut x86 komut kümesine eklendi. MMX teknolojisi günümüzdeki bir çok Pentium işlemcisinde olmasına rağmen, bunları destekleyen yazılımlar ve derleyiciler azdır. İlk Pentium işlemcilerinde de bulunan, dinamik dallanma tahmini donanım yapısı, doğruluğu artıracak şekilde, Pentium MMX işlemcisinde daha iyileştirilmiştir. Ayrıca, Pentium MMX 4 taneye kadar kod sıralarını tutabilen, 4 tane ön okuma buffer ı içerir. Pentium MMX te iyileştirilen diğer donanım yapısı iş-hatlıdır. Intel Pentium II MikroiĢlemcisi Intel Pentium II işlemcisi, Pentium Pro ve MMX teknolojilerinin birleşimi ile üretildi. Pentium II daha önceki işlemcilerle uyumludur. İlk Pentium II işlemciler 233 ve 266 MHz frekanslarında çalıştı. Daha sonraları 300, 333, 400, ve 450 MHz hızlarında Pentium II ler üretildi. Pentium II nin temel özellikleri aşağıda belirtilmektedir: 32-Bit CPU, 64-bit veriyolu, 36-bit adres yolu (64 GB adres alanı). www.yalcincoskun.wordpress.com 39

Yüksek hızda CPU frekansları ve düşük güç tüketimleri için Inteller 0,25 mikron teknolojisi ile üretilmiştir. 7,5 milyondan fazla transistör kullanılmıştır. MMX teknolojisi içerir. DIB mimarisi, tek yollu işlemcilere göre, bant genişliğini ve performansını artırmaktadır. 233 MHz den 450 MHz e kadar değişik hızlarda bulunmaktadır. 450, 400 ve 350 MHz frekansta çalışan ürünler, sistem yol hızını 66 MHz den 100 MHz e artırarak, sistem bant genişliğini ve performansını daha iyileştirmektedir. SEC olarak adlandırılan yeni kılıf teknolojisi, yüksek performans veri işleme ve veriyolu teknolojisi sağlar. 32 K (16 K/16 K) L1 önbellek yoğun olarak kullanılan veriye hızlı erişimi sağlar. 512 KB, 1 MB L2 önbellek. 450, 400 ve 350 MHz frekansta çalışan ürünler, adreslenebilir bellek alanından 4 GB a kadarını saklayabilme desteğine sahiptir. Ölçeklenir sistemlerin 2 işlemciye ve 64 GB fiziksel belleğe genişleyebilmesini sağlar. Sistem ve L2 önbellek veriyolları için, ECC hata analiz, düzeltme ve fonksiyonel fazlalık kontrolü veri bütünlüğü ve güvenirliği özellikleri içerir. www.yalcincoskun.wordpress.com 40

Pentium II MikroiĢlemci Mimarisi Pentium II harici ve dahili mimarisi Pentium Pro ile MMX işlemcilerinin bir bileşimidir. Bununla beraber, bu işlemcinin mimarisinde eskilerine göre bazı yenilikler de bulunur. Örneğin, Pentium II SEC olarak adlandırılan yeni bir kılıfa sahiptir. Bu yeni kılıf Slot-1 olarak belirtilen sistem yuvasına takılır. Pentium II, Pentium Pro ile başlayan, dinamik yürütme teknolojisi olarak adlandırılan ve aşağıda özetlenen P6 mikro mimari donanım yapısına sahiptir. www.yalcincoskun.wordpress.com 41

Çoklu dallanma tahmini: Dallanmalardaki program yürütme akışını tahmin ederek işlemcinin çalışmasını hızlandırır. Veri akışı analizi: Komutlar arasındaki veri bağımlılıklarını analiz ederek komutların optimize olmuş ve yeniden sıralanmış görev sırasını üretir. Tahmini yürütme: Bu optimize görev sırasına göre, tahmini komutları yürütür ve işlemcinin yürütme birimlerinin sürekli meşgul kalmasını sağlayarak genel perfomansı artırır. Intel MMX teknolojisine sahip Pentium II yeni komutlar ve veri tipleri içerir. MMX teknolojisi, birçok multimedya ve haberleşme uygulamalarına kolay bir şekilde uygulanabilecek temel, genel amaçlı tamsayı komutlar sunar. Bu teknolojinin bazı temel özellikleri şunlardır: SIMD tekniği. 57 yeni komut. 8 tane 64-bit genişliğinde MMX teknolojisi kaydedicisi. 3 tane yeni veri tipi. Pentium II işlemcisi 32-bit adres yolu ile 64 GB fiziksel ve 64 TB görüntü bellek alanlarına sahiptir. Intel Pentium II işlemcisinde, L1 önbellek boyu 16 dan 32K ya arttırıldı. İlk çıkan Pentium II 512 KB L2 önbelleğine sahip olmasına rağmen, daha sonraları farklı boylarda L2 önbellekli işlemciler üretildi. Intel Celeron Ve Xeon MikroiĢlemcileri Intel piyasaya ucuz ve pahalı Pentium II tabanlı iki mikroişlemci, Celeron ve Xeon u sürdü. Bu işlemciler temel olarak Pentium II mimarisine sahip olmasına karşın bazı farklılıkları bulunur. Örneğin, Celeron da ikinci seviye önbellek bulunmaz. Bu, işlemcinin performansını düşürmektedir. Celeron 1000 doların altında düşük fiyatlı bilgisayarlar için üretilmiştir. Pentium II deki önbellek işlemci hızının yarı hızında çalışmaktadır. Xeon un Pentium II den üstünlüğü, ikinci seviye ön belleğinin (L2 önbellek) işlemci hızında çalışmasıdır. Pentium II Slot-1 olarak adlandırılan bir ana kart bağlantısına sahiptir. Buna karşın Xeon Pentium ile slot uyumlu değildir. Xeon yüksek performanslı sunucu bilgisayarları için uygundur. Intel Pentium III MikroiĢlemcisi Pentium III mikroişlemcisi 1999 yılının başında Intel tarafında piyasaya sürülmüştür. Pentium III ile gelen önemli bir yenilik, SIMD olarak adlandırılan bir yapıdır. Bu mimari yapı ile, ileri görüntü işleme, 3D, ses, video ve ses tanıma gibi uygulamalarda www.yalcincoskun.wordpress.com 42

kullanılabilecek 70 tane yeni komut eklenmiştir. Pentium III ayrıca, P6 mikromimarisini (dinamik yürütme, çoklu dallanma tahmini, veri akışı analizi ve tahmini yürütme) çok işlemli sistem yolu ve MMX teknolojisini içerir. Pentium III ün temel özellikleri aşağıda özetlenmektedir: İlk ürünler 450 ve 500 MHz hızlarındadır. Bu işlemcilerin sistem yolu hızları ise 100 MHz dir. Yüksek hız CPU frekansları ve düşük güç tüketimleri için Intel in 0.25 mikron teknolojisi ile üretilmiştir. 9,5 milyondan fazla transistör kullanılmıştır. SIMD olarak adlandırılan bir yapı, 70 tane yeni komut ve MMX teknolojisi ile beraber ileri görüntü işleme, 3D, ses, video ve ses tanıma gibi uygulamalara önemli destek sağlar. DIB mimarisi (sistem yolu ve önbellek yolu), tek yollu işlemcilere göre, bant genişliğini ve performansını artırmaktadır. Ayrıca, gelecek sistem teknolojileri için yüksek bant genişliği, performans ve ölçeklenebilirlik sağlar. Pentium III işlemcisi Intel 440BX AGP setini kullanır. PC güvenliği için planlanan yapı bloklarından ilki olan işlemci, seri numarası içerir. Intel tarafından geliştirilen S.E.C.C.2 kılıf teknolojisi, yüksek performans veri işleme yol teknolojisi ve iyileştirilmiş koruma, gelecek yüksek performans işlemcileri için önemli bir yapı sağlar. 32 K (16K/16K) L1 önbellek yoğun olarak kullanılan veriye hızlı erişim sağlar. 512 K L2 önbellek. Pentium III ün hem 450 ve hem de 500 MHz ürünleri adreslenebilir bellek alanından 4 GB ına kadarını saklayabilme desteğine sahiptir. Ölçeklenir sistemlerin iki işlemciye ve 64 GB fiziksel belleğe kadar genişleyebilmesini sağlar. Sistem ve L2 önbellek yolları için, ECC hata analiz düzenleme ve fonksiyonel fazlalık kontrolü veri bütünlüğü ve güvenirliği özellikleri içerir. Pentium III ile ilk defa sunulan SIMD ekleri, 70 yeni komuttan oluşur ve tek komut çok veri (SIMD) kayan nokta ve SIMD tamsayı ve yedekleme kontrol komutlarıma sahiptir. SIMD eklerinden faydalanılacak teknolojilerinden bazıları ileri görüntü işleme, 3D, ses, video ve ses tanıma gibi uygulamalardır. Özellikle: Önceden mümkün olmayan daha yüksek çözünürlüklü ve yüksek kaliteli resimler PC lerde görüntülenebilecek ve işlenebilecektir. Yüksek kalite ses MPEG2 video ve aynı anda MPEG2 işlemleri. Ses tanıma için, daha yüksek doğruluk ve hızlı cevap zamanlarının yanında azaltılmış CPU kullanımı. Pentium III te önemli diğer yeni bir özellik, bellek yönetimi için sunulan komutlardır. Bu komutlar ile bir programcı istenilen verilerin L1, L2 önbelleklerinde veya ana bellekte www.yalcincoskun.wordpress.com 43

olacağını belirleyebiliyor. Örneğin, büyüklüğü nedeniyle L1 önbelleğine sığmayan bir 3D nesnesi L2 önbelleğinde saklanıp üzerinde işlem yapılabilir. Intel Pentium III mikroiģlemci mimarisi Pentium III ayrıca, bir çok multimedya ve haberleşme uygulamalarında kullanılabilecek, 57 tane temel, genel amaçlı tam sayı komut ve 4 yeni veri tipi içeren Intel MMX teknolojisini içerir. Bu teknoloji SIMD tekniğini kullanır ve 8 tane 64-bit genişliğinde kaydedici içerir. Pentium III daha önceki Pentium Pro ile sunulan ve P6 mikromimari dinamik yürütme teknolojisi olarak belirtilen ve çoklu dallanma tahmini, veri akışı analizi ve tahmini yürütme olarak temel üç fonksiyonlu mimari yapıyı içermektedir. Intel in planladığı PC güvenliği yapıtaşlarının ilki olan işlemci seri numarası, işlemci için bir elektronik seri numarası olup, sistem veya kullanıcının bilgisayar ağları veya uygulamalar www.yalcincoskun.wordpress.com 44

tarafından tanınmasını mümkün kılar. İşlemci seri numarası sistem ve kullanıcı tanınmasının daha güçlü şekillerde gerektiği aşağıdaki gibi alanlarda kullanılabilir: Güvenlik gerektiren uygulamalar: Yeni internet verilerine ve hizmetlerine güvenli erişim ve döküman aktarımı. Yönetim uygulamaları: Sistem koruması, sistem yükleme ve ayar değişimi için uzak erişim. Bilgi yönetim uygulamaları: Her türlü güvenli bilgi yönetim sistemleri ve ağları. Pentium III, sistem yolu bant genişliğini çok yüksek tutacak şekilde aynı anda bir çok işlemi destekler. İki işlemciye kadar şeffaf yani hiçbir ek bağlantı ve yük gerektirmeyen bir destek sağlar. Bu, düşük fiyatlı, iki yollu simetrik çoklu işlemi mümkün kılar ve çok görevli işletim sistemleri ve uygulamaları için önemli bir performans artırımı sağlar. Intel Pentium IV MikroiĢlemcisi Pentium IV NetBrust mimarisi kullanıyor. NetBrust net i hızlandıran, net e ivme veren anlamına geliyor. Bugünün işlemcilerinde, yazılımların beklediği birçok şey var. Artık işlemcilerin üzerindeki yük özellikle bazı tip uygulamalarda oldukça fazla. Öte yandan diğer uygulamalarda da işlemci gücünden çok sistemin diğer donanımlarının performansları daha fazla önem kazanıyor. Intel'de Pentium IV'ü geliştirirken, daha çok yukarıda bahsedilen uygulama tiplerinden birincisi üzerine yoğunlaştığını söylüyor. Yani Pentium IV'ün amacı, 2000'li yıllarda mikro işlemcilerden yüksek hesaplama kapasitesi sunması bekleyen yazılımlarda yüksek performans sunmak. www.yalcincoskun.wordpress.com 45

Intel Pentium IV mikroişlemci mimarisi Intel Pentium IV ile birlikte, sistem veriyolları bant genişliğinde büyük bir atılım yaptı. Pentium III'lerde sistem veriyollarının en hızlısı maksimum 1.06GB/s'lik bant genişliğine sahip iken, Pentium IV'te bu rakam tam 3.2 GB/s'ye çıkıyor. Üstelik Pentium IV'ün veriyolu daha da yavaş olan 100Mhz'te çalışıyor. Pentium IV veriyolu her saat çevriminde 4 adet veri transferi yapabiliyor. Böylece efektif çalışma frekansında 400Mhz oluyor. Veriyolunun genişliği, Pentium III'lerdeki gibi gene 64-bit. Hesaplayınca saniyede www.yalcincoskun.wordpress.com 46

maksimum 3.2GB/s'lik bir bant genişliği elde ediliyor. Intel bu veriyoluna "Quad-Pumped" (4 kat pompalanmış, güçlendirilmiş) diyor. Daha hızlı veriyolunun ikinci bir avantajı da NetBurst mimarisinin dizayn hedefleri düşünülünce ortaya çıkıyor. Pentium IV'ün hedef uygulamalarının çoğu (DVD, MP3, Video işleme, Internet üzerinden video gönderimi...) yüksek miktarlarda veri transferi gerektirirler. Dolayısı ile gerek bellek gerekse sistem veriyollarının bu gibi uygulamaların emrine sunabileceği ekstra bant genişliği, oldukça fazla işe yarar. Intel'de hedeflerini göz önüne aldığı vakit 1.06GB/s'lik veriyolunun yetersiz olacağına ve yeni 3.2GB/s'lik veriyolunu kullanılmasının daha uygun olacağına karar vermiş. Advanced Transfer Cache ile kast edilen 256-bit veriyolu genişliğine sahip, düşük latency'li (veriyi L2 cache'de daha çabuk bulabiliyor) L2 önbellek. Pentium IV'ün L1 önbelleğinin komut L1 önbelleği (işlemcinin uygulayacağı komutların bulunduğu) bizim alıştığımızdan çok daha farklı. Klasik işlemcilerde L1 önbelleği ikiye ayrılır. Bunlar; komut L1 önbellek (komutları saklayan) ve veri L1 önbellek (komutların işleyeceği verileri saklayan). Pentium IV'ün L1 komut önbelleği (Trace cache) çözümlenmiş komutları saklıyor. Trace cache, klasik işlemcilerdeki gibi komutların saklanmasından sorumlu. Fakat fark Trace cache'nin çözümlenmiş geçmiş mink kodları saklıyor ve işlemci ihtiyaç duyduğu vakit direkt olarak hesaplama ünitelerine ulaştırıyor. Bu esnada Pentium III ve Athlon/Thunderbird'lerde olduğu gibi döne döne aynı kodun çözümlenmesi için beklenmiyor. Büyük kazançlar sağlanıyor. Trace cache'nin geliştirilmesinin diğer bir sebebi de, Pentium IV'ün yanlış dal tahmini esnasında, mimarisi yüzünden (daha büyük iş-hatları) ödeyeceği bedeli azaltmak. BTB(Branch Target Buffer) BTB, işlemcinin Dal Tahmini yaparken danıştığı Branch Target Buffer. Dal Tahmini modern işlemcilerin hepsinin başvurduğu bir yöntem. Ofis uygulamaları gibi yazılımlarda Dal Tahminin neredeyse hiçbir faydası yok iken, sürekli aynı işi yapan 3D uygulamalar, MP3 çözümlemesi, DVD çözümlemesi, Ses ve Video işlenmesi gibi uygulamalarda Dal Tahmini resmen harikalar yaratıyor. İşlemcinin bir hesabın sonucu için beklemesine gerek bırakmadan, kendi tecrübelerini tuttuğu BTB benzeri, anı defterine bakıp, bir karar veriyor ve hesaplamaya devam ediyor. Eğer ki daha sonra hesaplanması beklenen işlemin sonucu bitince, tahminin doğru olduğu ortaya çıkarsa, büyük bir kazanç elde edilmiş olunuyor. Öyle ya o esnada işlemci oturup, boş boş beklemedi. Bunun yerine www.yalcincoskun.wordpress.com 47

hesaba devam etti. Ama eğer ki tahmin yanlış ise yapılan tüm işlemler boşa gitmiş oluyor ve işlemcinin sil baştan işe başlaması gerekiyor. İşlemcilerde iş-hatlarının olduğunu biliyoruz. İş-hattı yani üretim hattının her kısmının bir görevi vardır. Örneğin bir kısım kod çözümü ile uğraşırken diğer kısımda kayan nokta birimleri üzerinde (FPU ünitesi) iş yapar. Bir üretim hattının ne kadar çok kısmı varsa, o üretim hattı da o kadar yüksek frekanslarda çalışabilir. Örneğin Pentium ile Pentium II'leri ele alalım. İlk Pentium'ların üretim hatlarının 5 kısmı vardı ve bu işlemciler ancak 233 Mhz'lere kadar ulaşabildi. Pentium II ve III lerde her üretim hattı 10 adet kısma sahip olan P6 mimarisi kullanıldı ve bu işlemciler 1000 Mhz'lere kadar ulaşabildi. INT ünitelerinin hesaplama kabiliyeti özellikle ofis uygulamalarında önemli iken, FPU ünitelerinin hesaplama gücü tüm 3D uygulamalar, DVD oynatımı, resim işleme, ses/video işleme gibi özelliklere öne çıkar. SSE2 ile birlikte Pentium IV'ün 128 bit SIMD Integer ve 128 bit SIMD Double-Precision Floating Point hesaplamalarını da yapabildiğini söyleyebiliriz. İşlemci eğer ki uygulamanın çalışması esnasında kod çözümü üniteleri veya Trace cache tarafından o esnada gerekli olan kod veya veri ile beslenemezde, hemen sıradaki başka bir minik kodun hesaplanması ile uğraşmaya başlayabiliyor. Yani minik kodların işlenmesi esnasında programın sırasına uyma zorunluluğu yok (Teknik ismi ile, Out of Order, speculative core). Bu sayede işlemci hesaplama ünitelerinin sürekli olarak işler durumda kalması sağlanıyor. Bu Pentium IV gibi yüksek frekanslarda çalışan işlemciler için oldukça önemli ve verimli bir özellik. AMD Tarafından Üretilen ĠĢlemciler 2000 li yıllara kadar mikroişlemci piyasasında Intel in çok büyük bir Pazar payına sahip olmasına karşılık Intel e rakip olan Motorola, IBM, v.b. firmalar ürettikleri mikroişlemciler ile çok küçük bir pazar payına sahiptiler. Cyrix, IDT, Haris, AMD v.b. firmalar ise intel uyumlu işlemciler üretmekteydiler. Yukarıda anlatılanlar 1999 yılı sonunda AMD firmasının Athlon işlemcisini üretmesine kadar devam etti. AMD nin Intel in ürettiği işlemciler ile yarış yapacak işlemciler üretmesi (Athlon) bugün de devam eden bir rekabetin doğmasına neden oldu. Bu sayede biz de daha düşük fiyatlara daha hızlı işlemcilerle donatılmış PC leri kullanma şansı elde ettik. Bu rekabet olmasaydı belki de şu an hale 750 Mhz hıza sahip işlemcilerkullanıyor olurduk. www.yalcincoskun.wordpress.com 48

AMD Athlon ailesi AMD Athlon ailesinin ilk üyesi 1999 yılında piyasaya sürülen K7 kod isimli işlemcidir. Bu ailenin ilk üyeleri katmai-çekirdek yapısına sahip Pentium 3 işlemcileri ile benzer veya özelliklere sahiptiler. Athlon işlemcisi bugüne kadar kullanılan en geniş birincil ön belleğe(128 KB) sahipti. Ve enbanced-3d MMX komut setlerine destek veriyordu. Kullanılan yeni komut seti, 22 adet yeni komut içeriyor, işlemcinin oyunlarda ki performansını iki kata çıkarıyordu. Ve matematiksel işlemleri aynı hızda çalışan Pentium işlemcilere göre 1,5 kat daha hızlı yapabiliyordu. Athlon da 128KB birinci önbellek(l1), yanı sıra 512KB ikincil önbellek(l2) bulunuyordu. 128 KB L1 belleğe sahip Athlon lar 750 Mhz e kadar 0,25 ve 0,18 mikron teknolojisi ile üretildiler. AMD firmasının K7-Athlon işlemcisi, Pentium 3 ile karşılaştırıldı zaman bir çok üstün özelliğe sahiptir. - Her bir saat saykılında Pentium 3 de 5 işleme karşılık 9 işlem gerçekleştirme kabiliyeti, - İkiye karşılık 3 integer pipeline ve 1 e karşılık 3 floating point pipeline kapasitesi - 32 KB a karşılık 128 KB L1 önbellek ve daha fazla sayıda kod çözücü, - Saat sinyalinin yükselen ve düşen kenarlarında veri transferi sağlayarak daha hızlı FSB özelliği, Yukarıda sayılan özellikler farklılıklar gösterse de Pentium 3 ve Athlon işlemcilerinin her birisi kendine özgü özelliklere sahiptir. Yüksek hızlarda L2 önbelleği nedeni ile Coppermine-çekirdekli Pentium 3 işlemcisi öne çıkıyor. K7 çekirdeği 0,18 mikron teknolojisi ile K75 çekirdek yapısı şekline dönüştürüldü. Bu işlemci de Slot A paket yapısına sahip olarak üretildi. AMD-750 işlemcileri Slot-A yapısında üretilmeleri nedeni ile VIA KX133 chipsetleri ile 2000 yılının sonunda piyasaya sürülebildiler. Anakart üreticileri Pentium 3 lere uygun anakartlar üretirken, farklı nedenlerle Athlon işlemcilere uygun anakartları piyasaya sürmede çekingen davrandılar. Athlon işlemcilerin Soket A yapısında üretilmelerinden sonra, anakart üreticileri piyasaya Athlon işlemcileri kullanan anakartlar sürmeye başladı. İlk Athlon işlemciler çok yüksek güç tüketimine(60 W) sahiptiler.bu nedenle anakart üreticileri oluşan yüksek ısı nedeniyle soğutmaya önem verdiler. Daha iyi ihtiyaca uygun güç kaynakları kullanmak ve soğutma ihtiyacını karşılamak zorundaydılar. Intel işlemci yapısını Slot 1 yapısından Soket 370 yapısına değiştirirken, AMD de sattığı işlemcilerde Slot A yapısından Soket A yapısına değişim yaptı. 2000 yılı sonuna kadar Soket A yapısına değişim tamamlanırken, AMD firması Soket A yapısında 4 farklı Athlon işlemcisi üretti.( thunderbird, polomino,througbred ve barton) AMD Athlon ailesi Duron mikroiģlemciler AMD firması, Celeron a karşılık olarak Duron işlemcisini piyasaya sürdü. Duron işlemciler, AMD nin düşük fiyatla piyasaya girerek Intel in pazar payını artırmasına yardımcı olan Intel-Celeron işlemcilere AMD firmasının cevabı olarak düşünülebilir. Celeron dan daha iyi performansa sahip Duron işlemcilerde yapılan değişiklikler ile www.yalcincoskun.wordpress.com 49

üretilen yeni Duron lara Morgon ismi verildi. Bu işlemcinin en büyük özelliği, çekirdeğinin değiştirilerek palomina çekirdek yapısının üretilmesi ve bu yeni yapının önemli bir performans artışı sağlıyor olmasıydı. Genel hatları ile Duron u özellikleri kırpılmış Thunderbird e benzetebiliriz.daha düşük veri transfer hızına ve daha küçük veri ön belleğine sahipti. İki modeli bulunmaktaydı. Spitfire-çekirdekli ve Morgon-çekirdekli Duron olmak üzere, AMD Athlon MP mikroiģlemciler İlk Athlon işlemcileri çift-işlemcili işlemleri destekleyecek devrelere sahip olmasına karşılık bu özelliğin AMD-760MP chipset leri tanıtılıncaya kadar kullanılması mümkün olmadı. 2001 yılında 760MP-temelli anakartların piyasaya sürülmesine karşılık pahalı olması ve çift güç kaynağı gerektirmesi ürünün yayılmasını engelledi. Ucuz ve standart güç kaynağı seçeneği ile piyasaya sürülmesi sonucu çift-işlemcili Athlon kartları yaygınlaşmaya başladı. Çift işlemci yapısını yaygınlaştıran yeni ürün Athlon MP olarak isimlendirildi. 64 Bit le Neler DeğiĢecek? Veriyolları, register lar ve işlemci çekirdeği. Her şey değişecek. Ama tüm bunlarda çok daha önemlisi, 64 bit le birlikte komut setlerinde de değişiklikler olacak. Bugün kullandığımız işlemciler, aslında programların içinde yer alan komutları çalıştırmıyorlar. Bu durumu açıklamak için biraz geriye gidelim ve neden böyle olduğunu anlatalım. Bundan 25 yıl önce Intel ilk işlemcisini tanıttığında, işlemci günümüzdeki bir hesap makinesinin gücüne bile sahip değildi. Ama bugün yapılan pek çok işlemin çok basit bir halini yapabiliyordu. Bu tür işlemlerin yapılabilmesi için Intel, yeni komutlar icat etmişti. 1986 yılına gelindiğinde, Intel in 80286 işlemcisi (O zamanlar işlemciler sayılarla kodlanıyordu; Pentium, Athlon gibi isimlerle değil) 140 adet uzunlukları 8 ile 112 bit arasında değişen komut anlıyordu. Bu komutların uzunluğunun sabit olmaması ve tek seferde çok fazla görevi işlemciye yaptırmak istemesi nedeniyle CISC (Complex Instruction Set Computing Karışık Komut Seti İle Hesaplama) adını aldılar. CISC tipi işlemciler, komutların ne kadar uzunlukta olduğunu bilemiyorlardı. Bir 16 bit uzunluğundaki komutu 100 bit uzunluğundaki bir komut takip edebiliyordu. Bu durumda, bir 100 bit lik komut geldiğinde işlemci 32 bit lik bir işlemci ise bu komutu kendi içine kabul ederken 32+32+32+4 bit şeklinde hafızadan alıyordu. Daha sonra tekrar bir 20 bit lik komut geldiğinde bu komutu hafızadan alırken kullanabileceği 32 bit lik veriyolunun kalan 12 bit i kullanılmamış oluyordu. Aynı yıllarda, RISC tipi komutları kullanan işlemciler (RISC Reduced Instruction Set Computing Basitleştirilmiş Komut Seti İle Hesaplama), hep aynı uzunlukta komutlarla çalışıyorlardı. Hep 32 bit lik komutlar geliyor ve bu komutlar çok basit işlemleri işlemciye yüklüyorlardı. Bir CISC tipi işlemcide, bir komut 4 ile 8 i çarp derken bir RISC tipi işlemcide 8+8+8+8 işlemi yaptırılıyordu. Yani 4 kez ard arda, 8 toplatılıyordu. Bu basitlik sayesinde RISC işlemcilerin ne olduğunu anlaması gereken komut sayısı daha azdı ve basit işlemleri çok daha çabuk tamamlayabildikleri için çok daha yüksek saat hızlarına çıkabiliyorlardı. Bazen de CISC komutları tamamen birbirine bağlı oluyorlardı. Örneğin, bir komut bir diğeri bitmeden kesinlikle çalıştırılamıyordu. Örneğin bir komut, benden önceki komutun cevabıyla şu sayıyı topla derse, ondan önceki komutun kesinlikle tamamlanması gerekiyordu. Bu nedenle de komutları aynı anda paralel kollardan işleyebilen bir işlemci çekirdeği yapmak çok zor hale gelmişti. En sonunda 1998 yılında Intel Pentium PRO işlemcisinin içinde eski CISC www.yalcincoskun.wordpress.com 50

komutlarını RISC tipi komutlara çeviren ve içeride RISC tipi bir işlemci çekirdeğini kullanan bir çekirdek dizayn etti. İşlemci dışarıdan 8-112 bit arasında değişen komutları aldığında bunlar her biri 108 bit uzunluğunda olan özel komutlara çeviriyordu. Bu komutlara Intel micro-op ismini taktı. Üstelik micro-op lar komutların birbirinden bağımlı olma durumunu da ortadan kaldırıyordu. Her komut bir başkasından bağımsızdı. Ve bir diğerinin sonucunu beklemiyordu. Tıpkı RISC komutları gibi. İşlemci çekirdeği, aynı anda 6 adet micro-op u çalıştırabilir hale geldi. Micro-op komutları, istenildiği gibi, hep aynı uzunluktaydılar. Ve RISC komutları gibi onlar da birbirilerinden bağımsız çalışabiliyorlardı. Ama ortada halen bir problem vardı. CISC komutlarından bazıları o kadar karışıktı ki, yerlerine, ancak onlarca micro-op kullanıldığında, işlem tamamlanıyordu. Örneğin tek bir CISC komutu, 7 ve 8 i çarp daha sonra bunu X adresindeki şu rakamla karşılaştır dediğinde. Önce çarpa işlemini yapan bir micro-op daha sonra, hafızadan gerekli rakam ı bulan bir başka micro-op ve daha sonra da karşılaştırma işlemi için başka bir micro-op kullanılıyor. Bazen de bu tür bir CISC komutunun istediği bir işlem için onlarca micro-op gerekebiliyordu. En iyi durumda bile bir CISC komutu iki micro-op komutu ile yer değiştirirdi. Örneğin Pentium4 ortalama olarak her CISC komutu için dört adet mikro-op üretiyor. Bu rakam Athlon çekirdeğinde 3 micro-op a iniyor. Biz belki elimizde 1,5 GHz de çalışan bir işlemcimiz olduğunu sanabiliriz. Ama her bir komut için birden çok micro-op kullanılması nedeniyle örneğin- Athlon un pipeline ı %33 verimli, P4 ün pipeline ı ise %25 verimli sayılıyor. Yani 1.5 GHz de çalışan bir işlemciniz varsa. Potansiyel olarak, tek pipeline üzerinde, saniye de 1.5 milyar adet komutu işleyebilir. Ama asıl komutların micro-op lara çevrilmesi yüzünden, gerçekte programların içinde var olan 500 milyon ya da daha az komutu işlemiş oluyor. Elbette bu rakamlar sadece teorik ve bugünün işlemleri içinde birden çok komut aynı anda işleyebiliyorlar. 64 bit lik işlemcilerde bu tür problemler ortadan büyük ölçüde kalkıyor. Eğer siz işlemcide yeni nesil 64 bit lik komutlar kullanırsanız, o zaman, işlemci ne komutları daha basit komutlara çevirmek için uğraşıyor ne de komutlar boşu boşuna kayba neden oluyor. İşlemci her saat frekansında (cycle da), bir komut işleme şansına sahip oluyorlar. İlk 64 bitlik mikroişlemciler, IA-64 veya Itanium adı ile 1999 yılında gündeme geldi.32 bitlik işlemcilerin ev kullanıcıları için yeterli görülmesi nedeni ile; HP ve Intel in ortak çalışması olarak sunulan Itanium, sunucu sistemler için geliştirildiği hedef ile sunucu pazarındaki Alpha, Sun Sparc, Motorola Power PC, ve bunun gibi işlemcilere rakip olarak piyasaya sürüldü. Sunucu sistemler için tasarlanması nedeni ile Intaniuım işlemcilerde X806 mimarisi ile uyumluluk ideali yerine, tamamen farklı bir işlemci tasarımını geliştirmek ve bunu standart olarak kabul ettirmek i deali taşınıyordu İtanium ile tanıtılan yeni mimari de, İntel in geliştirdiği Explicity Paralel Instruction Computing Epic olarak isimlendirilen ve işlemcinin aynı anda birden çok isteğe cevap vermesine olanak tanıyan farklı bir mimari kullanılır. Bu işlemcide komutlar ek bitlerle birlikte işleniyor ve işlenen ek bitler yardımı ile işlemcinin dahafazla komut adreslemesi sağlanırken, bu adreslerden hangilerinin paralel bir çalışmaya tabi tutulacağı belirleniyor. Bu özellik yardımı ile, paralel işlemlere cevap verebilmesi özelliği ile birlikte birden çok Itanium işlemcisi ile bağlantı kurabilmesi kabiliyeti sağlanıyor. Itanium işlemcisini takiben, Itanıiun serisini ikinci nesil üyesi olan McKinley daha yüksek bant genişliği, fonksyonellik ve daha hızlı L3 ön bellek vb. yeni özelliklerle piyasaya sürüldü. McKinley yapısına sahip işlemciler, RISC mimarisi kullanan IBM Power 4 ve Sun Ultrasparc 3 işlemcilerine rakip olarak kabul edilen Modison işlemcisinin tanıtılması ileçok yaygın kullanılamadı. McKinley işlemcisinden dahayüksek performansa sahip Madison işlemcisi 0,13mm ve bakır teknolojileri kullanılarak üretiliyor ve 6 MB lık L3 ön bellek www.yalcincoskun.wordpress.com 51

içeriyor. Intanium serisinin ilk iki neslinin çok fazla Pazar payı bulamamasının sebebi olarak tanıtımın yeni olması ve İntel in amacının piyasanın 3. nesil Itanium işlemcilere hazırlık yaparak en yüksek performansı 3. nesil ile piyasaya hazırlaması söyleniyor. Intel in yeterli yazılım desteği bulunduğu vakit 32 bit çip üretimini bırakıp 64 bit 'e geçebileceklerini 2004 duyurmuştu. AMD firması 64 bit işlemci olarak X86-64 veya Hammer olarak isimlendirilen 32 bit ve 64 bit işlem yapabilme kapasitesine sahip mikroişlemciyi piyasaya sürdü. Athlon işlemcilere göre daha fazla komuta sahip Hammer işlemcisinde 12 basamaklı pipeline tekniği kullanılıyordu. AMD nin 64 bit teknolojisine sahip işlemcilere kod adı olarak verilen Hammer genel bir tanımlama yapıyor ve bir çok alt elemanı içeriyordu. Opteron işlemcisi 0,13 mikron teknolojisi ile üretilirken, 2004 yılı içerisinde 0,09 mikron teknolojisi kullanılan Athlon ve Athens işlemcilerinin piyasaya sürülmesi bekleniyor. AMD tarafından üretilen 64 bit Athlon işlemcileri 3 modele sahip: Athlon 64, Athlon 64 mobile ve Athlon 64-FX Ofis uygulamalarını çalıştırmak, DVD seyretmek, CD yazmak, vb. işlemler için 32 bitlik işlemcilerin mimariyi desteklemelerine karşılık; yüksek performanslı sunucu sistemleri, veri tabanı sistemleri ve CAD uygulamaları için 64 bit seçeneği uygun bir seçim olarak görülmektedir. Intel tarafından üretilen ve Prescott çekirdeğine sahip olan Pentium 4 işlemcilerin sadece 32 bit mimariyi desteklemesine karşılık, AMD tarafından geliştirilen Athlon 64 bit işlemcisi 32 bit yazılımları yanı sıra 64 biite göre hazırlanmış yazılımları çalıştırma özelliğine sahiptir. Ayrıca chipset lerde kuzey köprüsü olarak isimlendirilen ve bellek denetimlerinde kullanılan birim işlemcinin içerisine yerleştirilmiştir. Bu özellikle 12 basamaklı pipeline destekleyebiliyor ve DDR 266 veya DDR 333 belleklere doğrudan erişim sağlanabiliyor. Intel in yeterli yazılım desteği bulunduğu vakit 32 bit çip üretimini bırakıp 64 bit 'e geçebileceklerini 2004 duyurmuştu Eski ve Yeniyi BirleĢtirmek Intel in amacı basitçe, eski eski 32 bit lik ve 16 bit lik komutlardan kurtulmak da olsa, AMD, 64 bit e geçişi daha farklı ele alıyor. Intel in Itanium u da eski yazılımları üzerinde çalıştırabiliyor ama son derece düşük hızlarda... Itanium sadece büyük işlerde kullanılmak üzere yapılmış bir işlemci. Bu işlemciyi kullanacak bir sistemde sadece işlemcinin fiyatı binlerce doları buluyor. Bir Itanium server ının fiyatı en az 8 bin dolar civarında. Ve masaüstüne koyabileceğiniz tek bir model bile yok. Intel Itanum ve yeni 64 bit lik işlemcilerinin, masasüstüne inmesini şimdilik istemiyor. AMD ise, Athlon dan sonra süreceği SledgeHammer kod isimli işlemci ile hem masaüstlerine hem de server lara yönelebilecek. Sledgehammer piyasaya sürüldüğünde sadece 64 bit te değil; 32 bit lik işlemciler arasında da en hızlısı olacak. Üstelik Sledgehammer, yeni veriyolu mimarisi sayesinde, inanılmaz bir ölçeklenebilirliğe (scalability) sahip. Bu da AMD nin çok daha agresif bir plana sahip olduğunu gösterir. Asıl problem 5 yıllık bir gelecek içerisinde hangi 64 bit lik mimarinin kabul göreceği. Eğer Intel ya da AMD, 64 bit konusunda liderliği hangi firma ele alırsa, o takdirde geleceğin sahibi de o olacak. www.yalcincoskun.wordpress.com 52

Hammer Ailesinin Ayrıntılı Ġncelenmesi Hammer mimarisi, kolayca büyütülebilen sistemlerin kurulabildiği bir mimari. Aslında Kasım 1999 tarihine kadar Hammer ailesi için iki tasarım ekibi bulunuyordu. Bu ana kadar yapılan çalışmaların farklı iki ekip tarafından yapıldığını Amerikan Patent Dairesi (United States Patent and Trademark Office: sayesinde takip edebiliyorduk. Tasarım ekiplerinden birinin tasarım şefi Jim Keller ın AMD den ayrılmasıyla, bu ekiplerden birinin yürüttüğü çalışma durduruldu. Hayatta kalan ekip, işlemcinin geometrik büyüme yapabilmesini ve işlemcinin içinde iki çekirdeği yer almasını prensip olarak kabul etmişti. Hammer platformu bundan böyle sadece işlemcilerin içindeki çekirdeklere dayalı, ve inanılmaz. bir genişleme kabiliyetine sahip bir tasarıma sahip olacaktı Bu ekip, K8 in içerisinde iki adet işlemci çekirdeği bulunmasına ve bu çekirdeklerin istenildiğinde tek bir çekirdek gibi çalışıp, 64 bit lik komutları işletmesine karar verdi. Bu felsefe daha önce de Intel tarafından denenmiştir. Intel ilk Pentium ailesinde iki adet ALU (Arithmetic Logic Unit) kullanmıştır. Bu ALU lar aynı anda iki komutu yürütmeye (process) etmeye yarıyordu. Fakat kimi durumlarda Pentium ile birlikte gelen bazı özel komutlar için bu iki pipeline birleşip birlikte tek bir pipelinemış gibi çalışıyordu. Aynı felsefe daha Hammer ile birlikte de olacak. Hammer 32 bit lik komutları çalıştırırken aynı ALU ların birleşmesiyle, 64 bit lik bir işlemci haline dönüşecek. Aynı işlemci içerisinde birbirinden bağımsız olarak çalışan iki çekirdek olması elde edilebilecek en yüksek paralelliği sağlıyor. Bir işlemcide komutlar, pipeline adı verilen ve komutların isteklerinin safha safha yapıldığı işletme ünitelerinde çalıştırılır. Bu pipeline larda komutlar ard arda yürüyen askerler gibi, birbiri ardına işlemcinin çekirdeğine girer. Bu komut çalıştırma işinin hızlandırılması için iki şey yapılabilir. Ya daha hızlı çalışan bir pipeline lar ya da birden fazla pipeline ı yan yana koyarak, paralel çalıştırma sağlanabilir. Hammer ailesinin ile üyesinde yan yana 9 adet pipeline bulunmaktadır. Bunlardan üçü matematiksel hesaplamalara ve multimedia komutlarının işletilmesine ayrılmıştır. Bu sayı Athlon da yedi ile sınırlıdır. AMD nin eski ve yeni nesil işlemcilerinin pipeline ları farklı olacak. Hammer değişken uzunlukta bir pipeline a sahip. Eğer bir komutun işlenme süreci erken biterse, komut pipeline dan erken çıkabilir. Oysa eski Athlon mimarisinde komutlar tüm safhalardan geçmek zorundalar. Hammer ailesinde pipeline lar Athlon lara göre daha derindir. Bunun iki nedeni var. Öncelikle, komutların dizimi ve farkı çekirdeklerde işlenmiş ama aynı işlemin sonuçlarıyla ilgilenen komutların düzenlenmesinin yapılması ve de hızı daha rahat arttırabilmektir. Eğer bir pipeline daki safhaların sayısını arttırırsanız o pipeline ın daha hızlı çalışmasını sağlayabilirsiniz. Zira bazen bir komutun değerlendirilmesi ve işleminin bitmesi gerektiğinde, sıradaki diğer komutlar onu bekler. Bu durumu engellemek için sıkça sorun olan safhayı iki ya da daha fazla safhaya bölersiniz. Bu sayede komutların işlemleri, pipeline ların bir safhasında takılıp kalmayacağından problem olmadan ilerlemeye devam eder. Sonuçta ilk çıkacak olan Clawhammer kod isimli işlemci paralelliği çok sayıda pipeline ı yan yana kullanarak sağlamaktadır. İşlemcinin ana hatları belirlenmiş durumda. AMD uzun zamandan beri işlemci üzerinde nasıl programlama yapacağınızı anlatan teknik dokümanlar sunuyor. Bir de yeni işlemcinin bir simülasyonunu yapan program mevcut. İşlemci yan tarafta gözüken ilemci modelindeki gibi aslında iki bağımsız çekirdek mantığıyla çalışıyor. www.yalcincoskun.wordpress.com 53

DĠĞER X86 ÜRETĠCĠLERĠ 1978 ve 1979 yıllarında üretilen ilk 8086 ve 8088 mikroişlemcilerinden günümüze, x86 üretim hattı büyük değişiklikler geçirdi ve tarihteki en başarılı mikroişlemci ailesi oldu. Bunun önemli bir nedeni IBM PC ve PC uyumlu bilgisayarların başarısından kaynaklanmaktadır. IBM firması üreteceği ilk PC de 8088 mikroişlemcisini kullanmadaki tarihi kararını verirken, Intel doğru zamanda doğru yerde bulunuyordu. Günümüzde x86 pazarı büyük bir endüstri olmuş ve her yıl milyonlarca işlemci satılır hale gelmiştir. X86 işlemcilerini büyük popülaritesi Intel den başka firmaları da bu pazara sokmuş ve x86 uyumlu işlemciler üreten bir çok firma ortaya çıkmıştır. AMD, Cyrix, Centaur, IBM, TI, Siemens, Harris gibi firmalar x86 tümleşik devreleri üretme endüstrisine girmiştir. Günümüzde AMD, Cyrix ve Centaur hala aktif olarak yarışmaktadır. Intel firmasının üretmiş olduğu Pentium işlemcisinden sonra, daha önceleri sayıları çok olan x86 üreticileri azalmaya başladı. Çünkü, Intel yeni işlemcilerindeki teknolojik gelişmeleri bir sır olarak sakladı ve ürünlerinin patent haklarını koyup x86 pazarında tekel olmak istedi. Aynı zamanda, ilk Pentium un çıkmasından kısa bir süre sonra Pentium üretim hattını genişletmeye başladı. 1993 yılındaki Pentium da sonra, 1999 yılına kadar 6 yıl gibi kısa sayılacak bir zaman diliminde, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III ve Pentium IV işlemcilerini çıkardı. Ayrıca, değişik özelliklerde Celeron, Xeon ve Mobil işlemcilerini sundu. Intel yeni işlemcisini geliştirirken, diğer firmalar boş durmayıp Intel in genişleyip pazara hakim olmasını seyretmedi. AMD ilk firma içi x86 tasarımı olan K5 işlemcisini piyasaya sundu. Bununla beraber K5 geç bir üründü ve çok yavaştı. Bu başarısız ürünü telafi etmek için AMD Nexgen firmasını satın aldı. Nexgen x86 uyumlu Nx586 adındaki işlemciyi üretti. Bundan hemen sonra Nexgen Nx686 yı, yeni nesil işlemci çekirdeğinin tasarımını gerçekleştirdi. AMD Nx686 çekirdeğini kullandı ve başarılı olan K6 mikroişlemcisini üretti. AMD daha sonra bu işlemciye MMX ve diğer gelişmeleri eklemeye devam etti. AMD firması K6II ve K6III ürünleri ile Intel in Pentium II ve Pentium III pazarından bir pay almaktadır. AMD nin son ürünlerinden olan 450 MHz K6III işlemcisinin 500 MHz lik Intel Pentium III işlemcisinden daha yüksek performans sağladığı söylenmektedir. Yukarıda bahsedilen süre içinde Cyrix 6x86 yı pazara sundu. 6x86 Pentium ile uç uyumluydu. Bu tümleşik devreye daha sonra MMX komutları eklendi. Cyrix pazardan daha büyük pay almak için bu ürünü geliştirmiştir. www.yalcincoskun.wordpress.com 54

Pentium döneminde yeni bir Intel rakibi daha ortaya çıktı. Centaur Technologies adındaki firma, hızlı, ucuz ve düşük güç tüketimi olan Pentium uyumlu bir tümleşik devre üretti. Bu firma daha düşük ve daha ucuz bir pazarı hedeflemektedir. SONUÇ VE DEĞERLENDĠRME Bir mikroişlemciyi anlatmanın en iyi yolu, işlemcinin veriyolu ve adres yolu genişliğini söylemektir. Veriyolu; sinyalleri taşımak için tasarlanmış bağlantılar dizisidir. Mikroişlemcinin yolu denildiğinde ilk akla gelen, veri göndermek ve almak için kullanılan tel kümesidir. Birim zamanda ne kadar çok sinyal gönderilebilirse, o kadar çok veri transfer edilebilir ve veriyolu o kadar hızlı olur. Veriyolundan tamamen farklı olan adres yolu, verinin gönderileceği veya alınacağı bellek konumunu bildiren adresleme bilgisini taşıyan bir dizi telden oluşur. Veriyolunda olduğu gibi adres yolundaki her bir telde yalnızca tek bir bitlik bilgi taşır. Bu tek bit, söz konusu adresin tek bir basamağını oluşturur. Bu nedenle, tel sayısı arttıkça adreslenecek toplam bellek miktarı da artar. Adres yolunun genişliği, bir yonganın adresleyebileceği maksimum RAM miktarını belirler. 8086 da 16-bit olan veriyolu Pentium işlemcisiyle x86 ailesinin veriyolu uzunluğu 64-bite çıkarılmıştır. Intel, Pentium ile RISC mimarisi tasarım kavramlarından olan Superscalar mimariyi kullanmaya başladı. Pentium da aynı anda bir saatte, iki tane iş-hatlı tam sayı birimi iki komutu ve bir tane iş-hatlı FPU birimi de bir tane FPU komutu yürütebilmektedir.bu işlemcide ayrıca yürütme performansının önemli olarak etkileyen tümleşik devre üzerinde birinci seviye (L1) ayrı 8 KB kod ve 8 KB veri önbelleği bulunur. Pentium Pro, 8086/8088, 80286, 80386, 80486 ve Pentium işlemcilerinden sonra gelen 6 ıncı nesil olduğu için, ilk çıkması sırasında P6 kod adıyla anılmış ve önemli mimari ekler sunmuştur. P6 mimarisi dinamik yürütme teknolojisi olarak belirtilen ve çoklu dallanma tahmini, veri akışı analizi ve tahmini yürütme olarak üç temel fonksiyonlu mimari yapıyı içermektedir. Pentium Pro ya 4 yeni adres hattı daha eklenerek adres yolu 36-bit yapıldı. Intel firması ilk kez 256 K, 512 K veya 1 MB olabilen L2 önbelleğini Pentium Pro işlemcisinin üzerine yerleştirdi. Intel firması bir PC ye DSP özelliği kazandırmak için MMX olarak adlandırılan bir teknolojiyi, Pentium işlemcilerine 1997 den itibaren koymaya başladı. MMX teknolojisi Multimedya işlemleri için 57 tane yeni komut sunmaktadır. www.yalcincoskun.wordpress.com 55

Intel Pentium II işlemcisi, Pentium Pro ve MMX teknolojilerinin birleşimi ile üretildi. Bu işlemcide bulunan 36 KB lık L1 önbelleği yoğun olarak kullanılan veriye hızlı erişim sağlar. Ayrıca tümleşik devre üzerinde 512 KB dan başlayan L2 önbelleği bulunur. Pentium III mikroişlemcisi 1999 yılının başında Intel tarafından piyasaya sunulmuştur. Pentium III ile gelen önemli bir yenilik SIMD olarak adlandırılan bir yapıdır. Bu mimari yapı ile, ileri görüntü işleme, 3D, ses, video ve ses tanıma gibi uygulamalarda kullanılabilecek 70 tane yeni komut eklenmiştir. Pentium III ayrıca P6 mikromimarisini çok işlemli sistem yolu ve Intel MMX teknolojisini içerir. Pentium IV, Intel in 1995 ten beri ilk tamamen yenilenmiş x86 mikroişlemcisidir. Intel 1995 ten beri MMX, SSE, çip üzeri L2 kaşe bellek ve daha hızlı sistem veriyolları gibi pek çok gelişmeyi işlemcilerine ekledi. Fakat Pentium IV, gelecekteki pek çok çip in temelini oluşturan gerçek bir yeni nesil tasarımdır. Pentium IV ün sistem veriyolları 400 MHz de çalışabilir. Bu durumda Pentium IV en hızlı Pentium III ten yüzde 33 daha hızlı çekirdek frekansına ve 2 kat daha hızlı bir veriyoluna sahiptir. Günümüzde x86 pazarı büyük bir endüstri olmuş ve her yıl milyonlarca işlemci satılmaktadır. X86 işlemcilerinin büyük popularitesi Intel den başka firmaları da bu pazara sokmuş ve x86 uyumlu işlemciler üreten bir çok firma ortaya çıkmıştır. Günümüzde Intel in yanında AMD, Cyrix ve Centaur hala aktif olarak yarışmaktadır. Bilgisayar programcısı YALÇIN COŞKUN Y.Ccskun www.yalcincoskun.wordpress.com 56