"Merkezî işlem birimi" sayfasının sürümleri arasındaki fark

k
imla hatası düzeltmesi
k (İmla Hataları Düzeltildi)
k (imla hatası düzeltmesi)
Merkezî işlem birimi aritmetik ve mantıksal işlemleri [[Aritmetik Mantık Birimi]] (AMB) aracılığıyla yapar. Bunun dışında virgüllü sayılarla daha rahat hesap yapabilmesi için bir [[Kayan Nokta]] işlem birimi (FPU) vardır. Mikroişlemcinin içerisinde bulunan küçük veri saklama alanlarına [[yazmaç]] denir.
 
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...
 
== Tarihçe ==
 
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...).
 
Günümüz işlemcilerine benzerliklerin başlamasından önce, [[ENIAC]] ve benzeri bilgisayarların belli işleri gerçekleştirebilmesi için bağlantılarının fiziksel olarak değiştirilmesi gerekiyordu. MİB kelimesi genel olarak yazılım (bilgisayar programı) uygulama aracı olarak tanımlandığından, gerçek anlamda MİB'lerin oluşumu kayıtlı-program bilgisayarların gelişimi ile ortaya çıkmıştır.
Kayıtlı-program bilgisayar fikri ENIAC tasarımı esnasında mevcut olmasına rağmen, bu fikir makinenin erken bitirilebilmesi için rafa kaldırılmıştı. [[30 Haziran]] [[1945]]’te, ENIAC henüz tamamlanmadan, matematikçi [[John von Neumann]], EDVAC proje raporunun ilk taslağını yayımladı. Bu taslakta kayıtlı-program bilgisayarının ancak Ağustos 1949’da tamamlanabileceği gösteriliyordu. EDVAC, belli sayıda operasyonları gerçekleştirecek şekilde tasarlanmıştı. EDVAC için yazılan programlar, kabloların fiziksel olarak değiştirilmeyi gerektiren bir ortamda değil, hızlı bir bilgisayar belleğinde kayıtlı tutuluyordu. Bu özelliğiyle de ENIAC’ın kısıtlamalarının üstesinden gelip, zamandan ve zahmet açısından tasarruf sağlıyordu. Her ne kadar von Neumann kayıtlı-program bilgisayar fikrini ortaya koyan kişi olarak gösterilsede ondan önce de (örneğin [[Konrad Zuse]]’nin) benzer fikirler vardı. Ayrıca, EDVAC’tan önce tamamlanan [[Harvard Mark I]]’nın Harvard mimarisi, elektronik bellek yerine delikli [[kâğıt]] şerit kullanarak kayıtlı-program dizaynı gerçekleştirmişti. Günümüzde ise modern [[MİB]]'ler temel olarak von Neumann tasarımı olsa da, Harvard mimarisinden de özellikler göze çarpmaktadır.
 
[[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.
 
=== Ayrık transistör ===
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.
 
[[1964]] senesinde IBM, birkaç seri bilgisayarda kullanılan ve aynı programları değişik hız ve performans değerleriyle yürütebilen System/360 adlı bilgisayar mimarisini tanıttı. O dönemde çoğu elektronik bilgisayar, aynı üreticiden çıkmış olsa bile bir diğeriyle uyumsuzluk sorunu yaşarken bu gelişim oldukça önemli bir yer tutmuştu. Bu gelişimi kolaylaştırmak için, IBM mikroprogram (veya mikrokod) konseptini kullanmaya başladı, ki bu konsept modern MİB’lerın çoğunda hala geniş bir biçimde kullanılmaktadır (Amdahl et al. 1964). System/360 mimarisinin popülerliği, onu birkaç onyıl boyunca anaçatı bilgisayar pazarını ele geçirmesini, ve [[IBM zSeries]] gibi benzer modern bilgisayarlarda kullanılır hale getircekgetirecek bir efsane olmasını sağladı. Aynı yılda (1964), [[Digital Equipment Corporation]] (DEC), bilimsel ve araştırma pazarlarını hedef seçmiş bir başka bilgisayar olan PDP-8’i piyasaya sürdü. Daha sonları ise DEC, SSI tümleşik devrelere kurulmuş olan ancak sonunda LSI bileşenlerin pratikleşmesiyle bunlarla gerçekleştirilmiş ve oldukça popüler olan PDP-11’i piyasaya sunacaktı. SSI ve MSI öncelleriyle sahip olduğu fark ile, PDP-11’in ilk LSI gerçekleştirilmesi, 4 LSI tümleşik devreden oluşan bir MİB’e sahipti (Digital Equipment Corporation 1975).
1964 senesinde IBM, birkaç seri bilgisayarda kullanılan ve aynı programları değişik hız ve performans değerleriyle yürütebilen System/360 adlı bilgisayar mimarisini tanıttı.
O dönemde çoğu elektronik bilgisayar, aynı üreticiden çıkmış olsa bile bir diğeriyle uyumsuzluk sorunu yaşarken bu gelişim oldukça önemli bir yer tutmuştu. Bu gelişimi kolaylaştırmak için, IBM mikroprogram (veya mikrokod) konseptini kullanmaya başladı, ki bu konsept modern MİB’lerın çoğunda hala geniş bir biçimde kullanılmaktadır (Amdahl et al. 1964). System/360 mimarisinin popülerliği, onu birkaç onyıl boyunca anaçatı bilgisayar pazarını ele geçirmesini, ve IBM zSeries gibi benzer modern bilgisayarlarda kullanılır hale getircek bir efsane olmasını sağladı. Aynı yılda (1964), Digital Equipment Corporation (DEC), bilimsel ve araştırma pazarlarını hedef seçmiş bir başka bilgisayar olan PDP-8’i piyasaya sürdü. Daha sonları ise DEC, SSI tümleşik devrelere kurulmuş olan ancak sonunda LSI bileşenlerin pratikleşmesiyle bunlarla gerçekleştirilmiş ve oldukça popüler olan PDP-11’i piyasaya sunacaktı. SSI ve MSI öncelleriyle sahip olduğu fark ile, PDP-11’in ilk LSI gerçekleştirilmesi, 4 LSI tümleşik devreden oluşan bir MİB’e sahipti (Digital Equipment Corporation 1975).
 
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.
 
=== Mikroişlemciler ===
 
== MİB İşletimi ==
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).
 
=== Getirme evresi (fetch) ===