Merkezî işlem birimi: Revizyonlar arasındaki fark

İlk Merkezî İşlem Birim'leri (MİB) daha büyük,bazen türünün tek örneği bilgisayarlar için özel olarak tasarlanmışlardı. Ancak belirli bir uygulama için özel MİB tasarımının masraflı olmasıi bir veya birçok amaç için yapılan kitlesel olarak üretilmiş işlemcilerin gelişmesine yol açtı. Bu standartlaşma eğilimi ayrık transistörlü ana sistemler ve mini bilgisayarlar döneminde başladı ve entegre devrelerin (ED) popülerleşmesiyle giderek hız kazandı. ED, giderek daha karmaşık ve nanometre ile ölçülebilecek MİB'lerin tasarlanmasına ve üretilmesine olanak verdi. MİB'lerin küçülmesi ve standartlaşması, modern hayatta dijital cihazların varlığını ilk bilgisayar örneklerinin sınırlı uygulamalarının çok ötesinde arttırdı. Modern mikroişlemciler; otomobiller, cep telefonları, oyuncaklar ve diğer pek çok alanda görülmeye başlandı...

İlk işlemciler, belli işlemler için özel üretilen ve büyük olan parçalardı. Daha sonraları ise maliyeti çok yüksek olan bu üretim şeklinin yerini, gelişen [[teknoloji]] ile daha ufak olan ve tek işlev yerine çok işleve sahip olan üretimler almıştır. Bu dönemin başlaması, [[transistör]]<nowiki/>lerin ve mini-bilgisayarların ortaya çıkışına dayanmaktadır. [[tümleşik devre]]lerin yayılmasıyla da hız kazanmıştır. Tümleşik devreler, işlemcilerin daha kompleks olarak tasarlanabilmesinetasarlanmasına ve bunların çok az yer kaplayacak şekilde ([[milimetre]]<nowiki/>ler cinsinden) üretilmesine olanak sağlamıştır. Bu sayede işlemciler modern hayatta birçok yerde kullanılmaya başlanmıştır (otomobiller, cep telefonları...).

[[Dijital aygıt]] olmalarından ötürü, tüm MİB’ler ayrık durumlarla ilgilenirler; bu yüzden durumları ayırt edebilmek için bir çeşit geçiş unsuruna ihtiyaçları vardır. Transistörlerin[[Transistör]]<nowiki/>lerin kabulünden önce, elektriksel röleler ve vakum tüpleri bu amaç için kullanılırlardı. Bunların her ne kadar hız avantajı olsa da, tamamen mekanik dizayn olduklarından değişik sebeplerden dolayı güvenilir değillerdi. Örneğin, doğru akım ardışık mantık devrelerinin rölelerden dışarı kurulması, kontak sekmesi problemiyle baş edebilmek için fazladan donanım gerektiriyordu. Vakum tüpleri kontak sekmesi sorunu yaşamazken, bunlar, tamamıyla çalışır hale gelebilmek için ısınma gerektiriyordu, ve işler durumdan da hep birlikte çıkmaları gerekiyordu. Genelde, tüplerden biri başarısız olduğunda, bozulan parçanın tespit edilmesi için MİB’in teşhis edilmesi gerekmekteydi. Bu yüzden [[vakum tüplü bilgisayar]]<nowiki/>lar daha hızlı olmasına rağmen röle bazlı bilgisayarlardan daha az güvenilirdi. Tüp bilgisayarlarında (EDVAC) arızalanma 8 saatte bir olurken, röle bilgisayarlarında (Harvard Mark I) daha nadir rastlanıyordu. Sonuç olarak ise tüp bazlı MİB’ler hız avantajının arızalanma sorunundan daha ağır basmasından dolayı daha yaygın hale geldiler. Bu eski senkron MİB çeşitleri, günümüzle kıyaslandığında, oldukça düşük saat frekanslarında çalışmaktaydılar. Kuruldukları geçiş aygıtlarının hızlarıyla kısıtlandıkları için, o zamanlar 100&nbsp;[[kHz]] ile 4&nbsp;[[MHz]] arasında değişen saat sinyal frekans değerleri oldukça yaygındı.

Çeşitli teknolojilerin daha küçük ve daha güvenilir elektronik aygıtlar üretmeye başlamasıyla MİB tasarımlarının kompleks yapıları da artış gösterdi. Bu yoldaki ilk gelişme transistörlerin gelişiyle başladı. 1950’ler[[1950]]’ler ve 1960’lar[[1960]]’lar da MİB’lerın transistörlere geçişi ile vakum tüpü ve elektriksel röle gibi güvensiz ve kırılgan geçiş elemenlerielementleri artık kullanılmaz hale gelmişti. Bu gelişim sayesinde de, üzerinde ayrık bileşenler bulunan bir veya birden çok baskı devre kartlarına daha kompleks ve daha güvenilir MİB’ler yerleştirildi.

Bu dönemde, oldukça küçük alanlara fazla sayıda transistör yerleştirebilme metodu popülerlik kazandı. [[Tümleşik devre]] (IC) sayesinde, büyük sayıda transistörler, yarı iletken tabanlı kalıplar veya [[çip]] denilen birimlerin üzerinde üretilebilindi. İlk başlarda, [[NOR]] kapıları gibi sadece belli basit dijital devre tipleri tümleşik devreler üzerine minyatürleştirildi. MİB’lerın bu inşa bloğu olan tümleşik devrelere kurulması durumuna “küçük-ölçekli tümleşme” ([[SSI]]) denir. SSI tümleşik devreler, [[Apollo güdüm bilgisayarındabilgisayarı]]<nowiki/>nda (Apollo guidance computer) kullanılanlar gibi, transistör sayısı açısından onun katları biçimindeydi. Mikro elektronik teknolojisi geliştikçe, tümleşik devre üzerindeki transistör sayılarıda artış gösterdi, ve bu sayede bir MİB’i tamamlamak için gereken bağımsız parça sayısını azaltılmış oldu. Orta ve büyük-ölçekli (MSI ve LSI) tümleşik devreler sayesinde, barındırılan transistör sayıları yüzler ve onbinler seviyesine kadar arttı.

Transistör bazlı bilgisayarların, öncellerine kıyasla fazla sayıda ve belirgin avantajları vardı. Yüksek güvenilirlik ve az güç tüketiminin yanı sıra, transistörler sayesinde MİB çalışma hızları transistörlerin sahip olduğu düşük geçiş süreleri sayesinde oldukça artış gösterdi. Bu dönemde, yüksek güvenilirlik ve geçiş süresinde ki belirgin hız artışı sayesinde, MİB’lerin saat hızlarında [[Hertz (birim)|MHz]]'in on katları seviyesine erişildi. Ek olarak, ayrık transistör ve tümleşik devre MİB’leri sık kullanımda iken, [[SIMD]] (Tek Komut Çoklu Data) vektör işelmcileriişlemcileri gibi yeni yüksek performans tasarımlar ortaya çıkmaya başladı. Başlarda deneysel tasarım olan bu sistemler, daha sonraları ise [[Cray Inc.]] gibi firmalar tarafından üretilmiş, uzmanlaşmış süperbilgisayarların[[süper bilgisayar]]<nowiki/>ların çağına adım atılmasını sağlayacaktı.

Çoğu MİB’nin temel işlemi, aldıkları fiziksel formdan bağımsız olarak, kayıtlı komut serilerisi dediğimiz programları yürütmektir.. Program, bilgisayar belleğinde saklanan seri sayılar ile gösterilir. Genel olarak von Neumann MİB’leri işlemi 4 adımda gerçekleştirirler: Getirme (fetch), kodçözücü (decode), yürütme (execute) ve geri yazma (writeback).