İŞlemcİlerİn Üretİmİ

Çoğu insan kenarlarından ufak iğnelerin çıktığı dörtgen parçanın
işlemci çipi olduğunu sanır. Aslında bu yanlıştır. Bilinen bu şey çipi
saran plastik parçanın kendisidir. Asıl çip bu plastiğin içerisinde
tırnak büyüklüğü kadar bulunan üçgen şeklindeki minik bir silikondur.


Moore Kanunu...

Çipler FAB (Fabrication Plant-Üretim Tesisi)'larda hazırlanır. Bir çip
üretmek için kurulması düşünülen fab'ın maliyeti 1 milyon dolardan
fazladır. Bu fab'larda tozların imalat sürecine zarar vermemesi için
süper filitrelerle donatılmış temiz odaları bulunur. İşçiler de toz
geçirmeyen kıyafetler giyer. (Intel reklamlarından aşina olduğumuz
tavşan kılıklı kıyafetler) Üretim tesisi, minyatürize litografi tekniği
ile milyonlarca transistörü wafer (gofret) denilen silikon tabakasının
üzerine kazır. Hassas makineler her silikon dilimini düzinelerce ya da
yüzlerce kalıba (çipe) ayırır. Günümüz çiplerinde silikon ve metalden
oluşan birkaç tabaka bulunur. Metal tabakalar iletken, silikon
tabakalar ise yarı iletkendir. Yarı iletkenler, üzerlerinden geçen
sinyallere bağlı olarak, yalıtkan ya da iletken davranırlar. Bu zaten
transistörlerin çalışma mantığıdır. Bunu anlamak için biraz elektronik
bilgisi gerekir.


Teknolojik ilerlemeye bağlı olarak transistörlerin de boyları küçüldü.
2001 yılı verilerine göre üretilen transistörlerin büyüklüğü 0.18
mikron kadardır. Bir saç kalınlığının 100 mikron olduğunu düşünürsek
karşımıza bayağı ufak bir şey çıkar. Bu anlamda ufalan transistör
büyüklüğü bir çipin içine sığdırılacak transistör sayısını arttırır.
CPU tarihini incelendiğinde, bir işlemci çipinin kalıbına sığdırılan
transistör sayısının, her 18 veya 24 ayda bir ikiye katlandığını
görülür. Bunu işlemci kronolojisi bölümünde verilen tabloya bakarak
inceleyebilirsiniz. Söz konusu bu trende Moore Kanunu denir.


Üretim işleminin her yeni kuşağında daha güçlü, daha hızlı az enerji
harcayan, daha ucuz çipler imal edilmektedir. Bu durumun en az 10 yıl
daha böyle devam etmesi beklenmektedir. Söz konusu verilen zamanın
ötesinde fiziksel problemler görülmektedir. Ama bakalım yeni
teknolojiler yeni çözümler getirebilecek mi


İşlemci Üniteleri...

Esasen mikro işlemciler, açma kapama düğmeleri gibi çalışan milyonlarca
transistörden oluşur. Elektrik sinyalleri, yazılmış bir program
önderliğinde mikro işlemcide değişik sinyallere dönüştürülmektedirler.
Bu işlemler Binary düzeyinde temel matematiksel işlemlerle yapılır.
Bunlara Bit denir. CPU bu Bitler üzerinde işlem yapabilmek için temel
bir yazılıma ihtiyaç duyar ki bu söz konusu temel yazılım mikro
işlemcinin çalışması için gereklidir. Bu yazılım veya program bir komut
listesinden ibarettir ve işlemcinin içindedir. Bu komutlar duruma göre
toplama işlemini yapabilir veya Conditional Branch ile cevap verebilir.
Komutları yerine getirme işini ise işlemci içinde bulunan uygulama
ünitesi (Execution Unit) veya fonksiyon ünitesi (Function Unit) sağlar.
Modern işlemcilerde değişik komutların işlenmesi amacıyla birden fazla
fonksiyon ünitesi bulunmaktadır. Bundan başka işlemci içinde tamsayı
(Integer) işlemlerini yapan aritmetik/mantıksal ünitesi (Arithmetic
/Logic Unit) ve küsuratlı sayı işlemlerini yapan kayan nokta ünitesi
(FPU-Floating Point Unit) bulunmaktadır. Bir işlemcideki fonksiyon
ünitesi ne kadar çoksa çalıştırılabilecek komut sayısı da o kadar
çoktur.


İşlemci Mimarileri...

Mikro işlemciler, mimari (Architecture) sınıfınca gruplandırılırlar.
Ortak mimariye sahip işlemciler, aynı komutları tanıdıkları için, aynı
yazılımı çalıştırabilirler. Bir işlemcinin tanıdığı komutlar seti, o
işlemcinin mimarisinin özelliğini belirleyen en büyük kriterdir. Bir
başka özellik de register seti (register set) veya register grubu
(register file) olarak bilinir.


Intel ilk x86 çipi olan 8o86yı 1978 yılında çıkardı. O zamanlarda x86
modeli 6 kuşak evrim geçirdi. (Pentium II, III altıncı kuşak Pentium
Pro'nun varyasyonlarıdır) Söz konusu çipteki bu gelişmeler;kronoloji
bölümünde tablo olarak verilmiştir. Diğer şirketler de x86 ile uyumlu
işlemciler üretmektedirler. Bunlar üstteki tabloda gösterilen AMD,
CYRIX (National Semiconductor'a ait), CENTAUR TECHNOLOGY (IDT'nin
İştirakıdır) ve RISE TECHNOLOGY. Diğer mimariler ise şöyle
sıralanmaktadır: PowerPC, Digital, Compaq, Silicon Graphics'in Mips
Rxooo serisi, HP (Hewlett Packard)... vs. bu mimarilerin hiç biri ne
kendi aralarında ne de x86 ile uyumlu değillerdir.


Mimariler ortaya çıktıkları dönemin hakim dizayn felsefesini
yansıtırlar. X86'nın dünyaya geldiği 1970'lerde, veri saklama cihazları
ve hafıza bugünün standartlarına göre çok kısıtlıydı. Bu kaynakları
tasarruflu bir şekilde kullanabilmek için CISC diye bilinen bir mimari
benimsendi.


1980'lerin sonuna gelindikçe hafızayı tasarruflu kullanma konusu
önemini yitiriyordu. CISC'in kısıtlamaları da mühendislerin ellerini
kollarını bağlıyordu. Bu sebepten dolayı CISC'a rakip olarak RISC
ortaya çıkmıştır. RISC'in sağladığı özellikler sayesinde fetch (komutu
hafızaya taşıma), decode (komutun anlamını çözme) ve komutu çalıştırma
işlemleri daha kolay yapılmakta idi. RISC'in kötü bir özelliği ise tüm
komutları 32 bit olarak kabul etmesidir. Bu durumda 32 bitten kısa olan
komutlar daha uzun gözükmektedir ve daha fazla hafıza gerektirmektedir.


RISC komutları sabit bir zaman diliminde işlem görmektedir. Bu da
Süperskalar Pipelining özelliğini kullanan işlemciler için önemli bir
özelliktir. Pipelining seri üretim yapan bir fabrika tekniği ile
çalışır. Basit bir pipeline'da 5-6 aşama olabilir. Süperpipeline'da ise
en az 10 aşama bulunur. Bu sayede birden fazla komut birden fazla
aşamada işlem görebilmektedir. RISC bu teknige daha uygundur. Çünkü
basitleştirilmiş komutlar pipeline'dan pürüzsüz bir şekilde akarlar ve
CISC'ın neden olabildiği tıkanmalara yol açmaz. RISC işlemcilerinin
başka avantajları da vardır. mesela register‘ları ve register
grupları daha büyüktür. Ama bu biraz RISC'in, CISC işlemcilerinin
dizayn edildigi zaman mevcut olmayan teknolojik ilerlemelerden
yararlanmasindan kaynaklanmiştir.


RISC ve CISC birbirleriyle taban tabana zit degillerdir. Modern CISC
işlemcilerinde RISC ilkelerinden bazilari kullanilir. Mesela Intel ve
AMD'nin altınca kuşak işlemcileri, karmaşık komutları süperscalar
pipeline'larda çalıştırmadan önce bunları daha basit, RISC'e benzer
komutlara çevirirler.


İşlemcilerin Seçimi...

Bilgisayar almak isteyenler bu kadar işlemci karşısında ne
yapacaklarını bilmezler. Öyle ki şu anda iki düzineden çok fazla
seçeneğe sahipsiniz. Intel'in rakipleri, ilgi çekmek için ürettikleri
çiplerin fiyatlarını Intel'inkilere göre önemli miktarlarda düşürmek
zorunda olduklarindan bu durum onlari degerli kiliyor. Rekabet Intel'in
üzerindeki fiyat kırma baskısını arttırdığından, piyasadaki tüm
fiyatların düşmesine de neden oluyor. Böylece geniş işlemci seçenekleri
arasında size uygun olan fiyat/performans oranını seçebiliyorsunuz.
Yine de en iyi işlemciyi seçmede sizi pek çok tuzak bekliyor. Bu
işlemcilerin bilgisayara takılması pek anlam ifade etmemekte. Çünkü her
işlemci bir uygulamadan bir diğerine bayağı farklılık gösteriyor.


İşlemcilerin Hızları...

Mikro işlemci hızları genelde Mhz (MegaHertz) olarak ifade edilirler.
Bir işlemcinin xxx Mhz hızında çalışması demek iç saatinin saniyede xxx
milyon çevrim yaptığının göstergesidir. Saat frekansları işlemcinin
performans ölçümünden çok motor devir göstergesidir. Bu rakamlar ancak
aynı mikro mimariye sahip işlemcilerin karşılaştırılmasında geçerli
olabilirler. Yoksa Pentium 200 Mhz ile Pentium Pro 200 Mhz aynı olurdu.
Ama mikro mimarileri farklı olduğundan Pro daha hızlı çalışmaktadır.


Dizayn mühendisleri performansı daha arttırmak için branch prediction,
speculative execution gibi teknikler kullanarak daha büyük ön bellek
(cache) hafızalarına başvururlar. Branch prediction bir nevi kumardır.
Programın karar verme noktasına ulaştığında kullanıcının vereceği
kararı önceden kestirmeye çalışmasıdır. Static yöntemlerde her zaman
aynı mantık yürütülür ve %50'den fazla ihtimal değerlendirilerek sonuca
ulaşılır.


Daha gelişmiş işlemciler ise dinamik branch yöntemini uygulayarak
kullanıcının önceden vermiş olduğu kararları değerlendirerek bir karar
ulaşırlar. Speculative execution ise bu tekniği bir adım öteye taşır.
İşlemci, sonucu tahmin ettikten sonra dallanma ardından çalıştıracağı
komutları çalıştırmaya başlar. Ancak, dallanma sonucunun gerçekten de
öyle olduğu teyit edilene kadar işlemci sonucu kendisine saklar. Tahmin
yanlış çıkarsa bütün tahminler çöpe atılır ve yeni dallanma tahminine
geçilir. Bu durumda karşılaşılan birka saat çevrimlik maliyete
Misperdict Penalty (Yanlış Tahmin Cezası) denir. Bu maliyet özellikle
süperpipeline işlemcilerde önem kazanır. Çünkü bu sistemlerde
komutların işlendiği çok fazla aşamada vardır. Bu durumda yapılacak
hatalı tahmin sonucunda boşaltılması gereken aşama sayısı çok olacaktır.


İşlemcilerde Slot ve Soket...

İşlemcilerde yapılan bu iki ayırım sadece üretim modelleriyle
ilgilidir. Aşağıdaki şekilde her iki model gösterilmektedir. Alacağınız
işlemciye uygun ana kartınızın olması gerektiğini unutmayın. Eğer ana
kartınız soket 370 modellerini destekliyorsa slot işlemcileri
kullanamazsınız. Slot işlemciler genelde yeni çıkan işlemcilerde
gözükmektedir. Ancak ne varsa Intel firması nostalji rüzgarları
estirerek eskiye dönüş yapma çabasında. Bu demek değildir ki soket
modeller kalkacak. Sadece elinde eski ana kart modelleri olanlara
kolaylık sağlamak amacı vardır...

Teşekkürler