4. HAFTA KBT104 BİLGİSAYAR DONANIMI Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi
2 Konu Başlıkları Merkezî İşlem Birimi Mikroişlemci(CPU) Çok Çekirdekli Kavramı Çoklu Çekirdek Tasarımı Çok Çekirdekli İşlemciler Anakart Kaynakça
3 Temel Kavramlar Merkezî İşlem Birimi, Mikroişlemci(CPU), Çok Çekirdekli Kavramı, Çoklu Çekirdek Tasarımı, Çok Çekirdekli İşlemciler, Anakart
4 Merkezî İşlem Birimi Mikroişlemci(CPU) Bilgisayar içinde yapılan işlemleri ya bizzat kendisi yapan ya da yapılmasını denetleyen birimdir. Dolayısıyla bilgisayarın yaptığı işlemlerde önemli katkısı vardır. Mikroişlemciler günümüze kadar çeşitli aşamalar kaydederek günümüze kadar gelmiştir. Tablo 4 de bu tarihsel gelişim kısaca özetlenmiştir. Şekil 28. Mikroişlemciler Tablo 4. Mikroişlemcinin tarihsel gelişimi INTEL AMD CYRIX 8086 (1978) - - 8088 (1979) - - 80186 (1980) - - 80286 (1982) - - 80386 (1985-1990) 386 benzeri 386 benzeri 80486 (1989-1994) 486 benzeri 486 benzeri
5 Pentium (1993) Am5x86 (1995) 5x86 benzeri Pentium Pro (1995) AMD K5 (1996) 6x86 (1995) Pentium MMX (1997) AMD K6 (1997) 6x86MX (1997) Pentium II (1997) - - Celeron (1998) AMD K6-2 ve K6-3 (1998) - Pentium III (1999) AMD Athlon (1999) Üretimi durduruldu (1999) Celeron II (2000) Duron (2000) - Pentium IV (2000) - - İşlemcilerin kendilerine verilen komutları işlemekteki hızları onların önemli özelliklerinden birisidir. Bu özellikleri MHz olarak ifade edilir ve 1 saniyede kaç milyon komut işleyebildiklerini gösterir. Örneğin 1000 MHz (1GHz) işlem hızına sahip bir işlemci, saniyede 1 Milyar işlem yapabilir. Yukarıdaki tabloda verilen işlemciler arasında böyle bir kıyaslama yapacak olursak, ilk çıkan 8086 işlemcisi saniyede ancak 4 milyon işlem yapabilirken, yeni bir Pentium IV işlemci saniyede 2 milyardan fazla işlem yapabilir. Şekil 29. 4004 İşlemci Şekil 30. 8086 İşlemci İşlemcileri bir diğerinden ayırt eden önemli özelliklerden birisi de onun bir seferde işleyebileceği bilgi miktarını gösteren komut kapasitesidir. Bu da bit ile ifade edilir. Yine bir karşılaştırma yapacak olursak, ilk çıkan 8086 tipi bir işlemci 8 bit komut kapasitesine sahipken, yeni bir Pentium IV işlemcisi 64 bitlik komut kapasitesine sahiptir. Komut kapasitesi, basitçe işlemcinin bir seferde işleyebildiği rakamın ne kadar büyük olduğunu göstermektedir.
6 Şekil 31. 386 işlemci Şekil 32. Pentium MMX işlemci Yukarıdaki ifadelerden de anlaşılacağı üzere, hızlı işlemci iyi işlemci demek değildir. Daha yavaş fakat komut kapasitesi yüksek bir işlemci, hızlı fakat komut kapasitesi düşük bir işlemciden daha güçlü olabilir. Bu nedenle bilgisayar alırken yeni model işlemciler tercih edilmelidir. Şekil 33. Pentium II işlemci Şekil 34. Pentium IV Mikroişlemci Şekil 35. Celeron İşlemci Şekil 36. AMD işlemci Çok Çekirdekli Kavramı Çok çekirdekli işlemcilerde, çekirdek diye bahsedilen aslında fiziksel manada işlemcinin kendisidir. Zar(die) içinde çok yakın bir zamana kadar sadece bir tane
7 işlemci çekirdeği bulunuyordu. Ancak, mesela çift çekirdekli işlemcileri ele aldığımızda, bir zar içerisinde iki tane işlemci çekirdeği bulunduğunu görürüz. Çok çekirdekli işlemciler denildiği zaman mutlaka değinilmesi gereken çeşitli kavramlar vardır: İple Bağlama (Threading): Aynı anda birden fazla iş parçacığını işleme sokabilmektir. Çoklu İşleme (Multi Processing): Threading ve çekirdekler ile yapılan çoklu işlemlerin tümüdür. Çoklu Görevlendirme (Multi Tasking): Birden fazla programın aynı anda çalıştırılmasını sağlar. Çoklu Çekirdek Tasarımı Çoklu çekirdek tasarımının en büyük avantajı, aynı anda birden fazla işlem yapabilme kapasitesidir. Bu tür işlemcilerde hızı sağlayan asıl etken, aynı zar üzerindeki iki işlemcinin etkileşmesinin, ayrı ayrı işlemcilerin etkilenmesinden daha hızlı olmasıyla oluyor. Çok çekirdekli işlemcilerde, iki çekirdek aynı veri yolu ve aynı bellek bant genişliğini kullanacağından bu verimin düşmesine neden olur. İşlemci piyasasında işlemci başarımı çok önemlidir ve bu yüzden başarımı en mükemmel yapmak gerekir. Var olan üretim teknolojisi kullanılarak saat hızı ve işleme birimleri arasındaki dengeyi en iyi şekilde sağlayarak başarımı en iyi duruma getiren taraf, işlemci piyasasındaki başarım mücadelesini kazanabilir. Çok iş parçacıklı yazılımlar, çok çekirdekli tek işlemcili ve tek çekirdekli çok işlemcililerde işletim sisteminin iş parçacıklarını çekirdekler arasında paylaştırır. Bir bilgisayarın başarımını arttırmak için saat hızını yükseltmektense daha fazla sayıda çekirdek eklemek başarımı daha fazla arttırır. Çok Çekirdekli İşlemciler Eski 8086 işlemcilerinden, Athlon 64 ve Intel Pentium 4 e kadarki tüm işlemciler tek çekirdeklidir. Yani bunlar, üzerlerinde tek bir işlem birimi taşıyan işlemcilerdir. Tek
8 vuruşlu işlemcilerde, tek bir uygulama varken saat hızları yüksek olduğunda başarım yüksek olabilir. Çift işlem çekirdeğine sahip olmak demek teorikte çift işlem gücü demektir ancak işlem gücünün artabilmesi için uygulamaların çok çekirdekli işlemcilere göre uyarlanmış olması gereklidir. Eğer yazılım çok iş parçacıklı çalışmak üzere tasarlanmışsa, daha yüksek hesaplama gücüne ihtiyaç duyan ağır bir yazılımdır. Bu tür yazılımları çalıştırmak için çift çekirdekli işlemcileri kullanmak kullanıcıya kolaylık sağlayacaktır. Ayrıca çift çekirdek, kullanıcı internette dolaşırken aynı anda elektronik posta gönderebilmesi gibi birden fazla uygulamayı aynı anda çalıştırmada kolaylık sağlar. Yani çift çekirdek sayesinde aynı anda birçok uygulama sorunsuz çalışır. Dört çekirdekli işlemcilerin ise güçlerini gösterebildikleri az sayıda uygulama var. Çünkü uygulamaların birçoğu çok çekirdekli işlemcilere göre uyarlanmamıştır. Dört çekirdekli işlemciler, dört adet işlem çekirdeğinin ortak bir önbellekte tek bir yonga içine sokulmasıyla üretilirler. Anakart Şekil 37. Anakartın görüntüsü Anakart, işlemcinin, bilgisayarın diğer bileşenleriyle haberleşmesini sağlayan karttır. Bilgisayarın mikroişlemcisi anakart üzerinde bulunur. İşlemci ile anakartın birbirine iyi uyum sağlaması bilgisayarın sağlıklı ve en üst performans seviyesinde çalışması için gereklidir. Bilgisayarın içbelleğini oluşturan RAM bellek modülleri de yine anakarta takılır.
9 Bilgisayarın diğer bileşenleri, yuva (slot) adı verilen konnektörler üzerinden anakarta bağlanır. Farklı özellikteki kartları bağlamak için farklı slotlar mevcuttur (ISA, PCI, AGP gibi). Bu bakımdan, anakart, PC tipi bilgisayarın önemli mimari özelliklerinden birisidir. Bu sayede basitçe bir kart ekleyerek bilgisayarın farklı donanımsal özellikleri desteklemesi sağlanmaktadır. Örneğin, ses özelliği olmayan bir bilgisayara ses kartı takılarak oyunlardaki sesleri daha etkili çıkarması ve mp3 biçimli müzik parçalarını çalması sağlanabilmektedir. Anakartlar hakkında konuşurken hep chipset (yongaseti) kavramından bahsederiz. Bir yongaseti North Bridge (Kuzey Köprüsü) ve South Bridge (Güney Köprüsü) denen iki yongadan oluşur. Tipik bir Nortbridge yongası temel olarak işlemciden, bellekten ve AGP veriyolundan sorumludur ve bunların kontrolüyle bunlar arasındaki veri aktarımını sağlar. Ancak Northbridge ve Southbridge özellikleri üreticiye ve yongasetine göre farklılık gösterebilir ve bu genellemenin dışına çıkabilir. Örneğin AMD`nin Hammer serisi işlemcilerinde bellek kontrolcüsü işlemciye entegre olacağından bu işlemciyi destekleyen Northbridge yongalarında bellek kontrolcüsü bulunmayacak. Northbridge yongası fonksiyonlarından dolayı işlemciye, bellek ve AGP slotlarına yakın olmalıdır (sinyalin geçtiği fiziksel yollar ne kadar kısa olursa sinyal o kadar temiz ve hatasız olur) ve bu yüzden de anakartın üst kısmına yerleştirilir. Zaten adındaki North kelimesi de buradan gelmektedir. Southbridge yongası ise giriş çıkış birimlerinden, güç yönetiminden, PCI veriyolundan ve USB ile anakarta entegre özelliklerden (ses ve ethernet gibi) sorumludur. Adındaki South kelimesinin de yine anakarttaki pozisyonundan geldiğini kolayca tahmin edebilirsiniz. Üreticilerin yonga setlerini iki parça halinde tasarlamaları anakart tasarımında esneklik sağlar. Örneğin USB 2.0 desteği olmayan bir yongasetine bu desteği eklemek için bütün yongasetini baştan tasarlamak yerine sadece Southbridge yongasında değişiklik yapmak çok daha kolaydır. Ayrıca değişik özelliklerdeki Soutbridge yongaları kullanılarak değişik kullanıcı gruplarına hitap etmek mümkün olur ve böylece kullanmayacağınız özellikler için boşuna para vermek zorunda kalmazsınız.
10
11 Şekil 38. Yonga seti blok diyagramı
12 Kaynakça Demirel, H.(2011). Ders Notları Karabük Üniversitesi, KARABÜK