Bilgisayarların Beyni: İşlemci
Hayatımızın vazgeçilmezleri arasında şüphesiz ki bilgisayarlar çok önemli bir sırada yer alıyor. Bir çok işlemi aynı anda gerçekleştiren bilgisayarlar, bu gücünü nereden alıyor dersiniz? Bu sorunu cevabı şüphesiz “ işlemci “. Şimdi gelin işlemci nedir ve nasıl çalışır sorusunun cevabını bulmaya çalışalım.
İşlemci, bir bilgisayarın en önemli parçasıdır. İnsan vücudunda beyin nasıl bir vazife görüyorsa işlemcide bilgisayarlar için aynı öneme sahiptir. İşlemci, bir bilgisayara yapacağı ve ya yapması gereken işlerin neler olduğu, bu işlemleri nasıl gerçekleştirmesi gerektiği hakkında direktif veren bir birimdir. Genel olarak merkezi işlem birimi olarak da bilinir.
Genel bakışın ardından olayın teorik yönüne göz atalım. Bilgisayarda yapılan her bir işlemin arka planında makine kodu denilen ve düşük seviye olan bir kod çalışmaktadır. Bu kodlara aslında bilgisayar dili denilebilir. İnsanlar nasıl ki birbiriyle iletişim kurmak ve gerekli vazifelerini yerine getirmek için konuşuyorsa, bilgisayarda yapması gereken işlemleri bu kod sayesinde algılıyor ve gerekli işlemler bütününü yerine getiriyor. Bu işlemleri yerine getirirken belli başlı talimatlar alarak çalışmaya başlıyor. Bu talimatlar, aritmetik, mantıksal, giriş/çıkış ve ya diğer talimatlar şeklinde sıralanabilir. Bilgisayara gelen bu talimatları yerine getirmek ise işlemcinin görevi. Aynı zamanda işlemci, sadece bilgisayar bünyesinde değil, telefonların, tabletlerin ve diğer çoğu elektronik aletin bünyesinde görev alıyor.
Genel Birimleri Ve İşlevleri
Çekirdek
Komut çalıştırma işlemlerini yapan bölümdür. Bu işlemler için bazı birimlere ihtiyaç duyar. Bu birimlerin başında ‘ALU’ gelir.
ALU, ‘Arithmetic Logic Unit’ kelimelerinin baş harflerinden oluşan bu bütünü, aritmetik-mantık birimi olarak dilimize çevrilebilir. Bu birim , bilgisayar içerisinde gerçekleşen aritmetik ve mantık işlemlerinin tümünden sorumlu olan birimdir. Aritmetik işlemlerden toplama, çıkarma, bölme ve çarpma işlemlerini yerine getirirken, mantık işlemlerinden AND, OR XOR ve NOT gibi işlemleri yerine getirir. Komutlarla birlikte bu işlemleri, mantık kapılarının oluşturduğu toplayıcılar, çıkarıcılar ve kaydıran kaydediciler gerçekleştirirler. Bu işlemlerin yerine getirilme sebebi, aslında bilgisayarların komut işleme yapılarından kaynaklanmaktadır. Bilgisayarlar, yapması gereken işlemleri, ‘OP Code(Operation Code)’ denilen bir standartta yerine getirir. Bu kodlar ikilik tabanda, yapılacak her bir işleme ait kodlardır. Bu sebeple, kullanıcı tarafından istenen ve ya bilgisayarın başlangıcında yerine getirilmesi gereken işlemlerin her birinin operasyon kodu farklıdır. Gelen isteğe göre oluşan bu kodlar, mantıksal ve aritmetik işlemler sonucunda çözülür ve bilgisayar yapması gereken talimatı algılar. ALU, işlemcinin anlayacağı komutlara karşılık gelen sayısal kodların üretilmesini ve komutların yerine getirilmesi için gerekli olan aritmetik ve mantıksal işlemlerin yerine getirilmesini sağlar.
Diğer birimlerden olan register(yazmaç), gerekli durumlarda geçici bellek görevi görür. Diğer görevli birimler ise ‘program counter’ ve durum kaydedicileridir. Bu birimler de komutların, bellekteki adresinin bulunup yerine getirilmesi aşamalarında görev alır.
Kontrol Birimi
Bu birim, çekirdekte oluşturulan komutların çözümlenme işleminin gerçekleştirildiği birimdir. Nasıl ki her bir komut için operasyon kodu oluşturuluyorsa, aynı zamanda bu kodun yerine getirilmesi için gerekli olan değişkenlerin ve işlemlerin çözümlenmesi gerekmektedir. Burada devreye kontrol birimi girmektedir. Kontrol birimi, giriş ve çıkış birimlerinin denetiminden sorumludur. Aynı zamanda bellek ile ilgili işlemleri, komutların çözümlenmesini ve bilgisayarın bir bütün halinde görevleri yerine getirmesini sağlamaktadır.
Ön Bellek
Komutların yürütülmesi için gerekli olan veriler, sistem belleğinden gelmektedir. Ama bu veriler, yüksek hıza çıkan işlemci hızına yetişmekte yetersiz kalırlar. Bu sebeple, işlemci içerisinde yüksek hıza sahip bellek birimleri bulunmaktadır. Bu yapılara ön bellek ismi verilir. Bu bellekte komutlar ve veriler geçici olarak depolanır.
İletişim Yolları
İşlemci, gerekli komutları yerine getirmek, bilgisayarı yönetmek ve kontrol etmek için iletişim yollarını kullanır. Bu iletişim yolları işlemcinin kendi bünyesinde bulunduğu gibi, diğer çevre birimleri ile haberleşebilmesi için aralarında da bulunur. İletişim hatları, üzerinden elektrik sinyali geçebilecek iletken hatlardır. Farklı görevlere adanmış temel iletişim yolları, adres yolu, veri yolu ve kontrol yoludur.
Adres Yolu: İşlemciye veri-kod karışımı olan bilgileri getirir. Bunları ayırarak işlemcinin ünitelerini kullanmasını sağlar ve sonuçları tekrar birleştirerek dışarı yollar.
Veri yolu: İşlemci, hafıza elemanları ve çevresel birimlerle çift yönlü veri akışını sağlar. Birbirine paralel iletken hat sayısı veri yolunun kaç bitlik olduğunu gösterir.
Kontrol yolu: İşlemcinin diğer birimleri yönetmek ve senkronizasyon sağlamak amacı ile kullandığı sinyallerin gönderildiği yoldur. Burada bellek okuma-yazma sinyalleri, kesme sinyalleri ve saat sinyalleri iletilir.
Bilgisayarların ve bir çok elektronik ekipmanın bünyesinde bulunan işlemciler, bu sistemlerin beynidir ve olmazsa olmaz parçasıdır. Bahsi geçen cihazların, komutları yerine getirmesi için yukarıda anlatılan görevli birimlerin birbiriyle senkronize bir yapıda, hatasız çalışması gerekmektedir. Bilgisayarların çalışma prensibi çok kompleks bir yapıda olup, genel olarak anlatılan çerçevede gerçekleşmektedir.
KAYNAKÇA
MEB-İşlemciler
Bilgisayar Prensipleri ve HDL Tasarım- Yamin Li
wikipedia.org
tecnopedia.com
