Donanım ve Bilgisayar Mimarisi:Temel Birimler-CPU

CPU

CPU : 

• Açılımı "Central Processing Unit" yani "Merkezi İşlemci Birimi" 
• Yapılacak her işleme karar verir ve bununla ilgili aygıtları yönlendirir. 
• Bilgisayarın beynidir.
• 3 temel katmandan oluşur. "Komut Set Mimarisi","Mikro Mimari","Sayısal Mantık Devreleri".

   Mikro Mimari Katmanı

• Registers : Türkçesi yazmaç tır. Bir takım işlemlerde kullanılan ara değerleri geçici olarak saklar.

• Arithmetic & Logic Unit (ALU) : Aritmetiksel ve mantıksal işlemler yapan birimdir.

• Control Unit :

1. Hangi yazmaçtan veri alınacağına, ,
2. ALU'da hangi işlemler yapılacağına,
3. Sonuçların hangi yazmaca yazılacağına karar verir.

 

  Yazmaçlar ve Görevleri

• PC (Program Counter) Register : İşletilecek komutun bellek adresini tutar.

• MAR (Memory Address Register) : Bellekte veri alışverişinin hangi adreste olacağını belirler.

• MDR(Memory Data Register) : Bellekle CPU arasında iletilecek veriyi tutar.

• RegA ve RegB : Genel amaçlı yazmaçlardır.

• IR(Instruction Register) : İşletilmekte olan komutu tutar ve kontrol eder birimi tarafından kullanılır.

• Temp : ALU'da işleme girecek değerlerden birisinin geçici olarak saklandığı yazmaç tır.

  Aritmetik ve Mantık Ünitesi (ALU)

 ALU 'nun kapasitesi bilgisayarın kapasitesini belirler. İlk çıkan PC'lerde şu işlemleri yapabiliyordu.

→ Veri Aktarımı (Transferi) : Yazmaç, bellek ve çevre cihazlar arasında veri aktarımı

→ Aritmetik İşlemler : Toplama, çıkarma ve karşılaştırma gibi işlemler yapabiliyordu. Örneğin; büyüktür, küçüktür, eşittir...

→ Dizgi (string) İşlemleri : Bilgisayar sayıların yanı sıra karakter dizilerini de işleyebilir.

→ Kod Atlaması (Instruction Jump) : Bellekte bulunan komutlar gerektiğinde program içerisindeki komut akış sırasını değiştirebilir.

 

 CPU Çalışma Mantığı 

 CPU 'nun çalışma mantığını bir örnekle açıklamaya çalışalım. Örneğin bellekten bir komut CPU 'ya getirilip işlemlerden geçirilsin.

 1. Komutu getir :  

•  PC yazmacı içerindeki adres verisi adres yoluna aktarılır ve kontrol yolu üzerindeki okuma sinyali aktif hale getirilir.

• Bellek birimi, adres yolu üzerindeki adres bilgisini ve kontrol yolu üzerinde de okuma işlemi yapılacağı bilgisini elde eder.

• İlgili bellek adresinden veri okunur ve veri yolu üzerine yerleştirilir.

• Veri yolu üzerindeki veri MDR 'ye aktarılır.

• MDR veriyi IR 'ye aktarır.

• PC yazmacı 1 artırılır böylece bellekte işletilecek bir sonraki komut işaret edilir.  

  2. Komutu çözümle : 

• IR yazmacı konrol birimi tarafından ilgili işlemin ilk mikro komutunu üretmetmek için kullanılır.
• Genellikle komutun işleyeceği veri veya bu verinin adresi makine komutunun bir parçası olarak bulunur.
• Eğer komut bellekte bulunan bir veriyi işleyecekse, komutun içerisnide bu verinin bellek adresi bulunacaktır.
• MAR yazmacına verinin bulunduğu bellek adresi yerleştirilir ve bellekten okuma yapılır.

  3. Komutu işlet :

• ALU tarafından kullanılacak veriler hazır olduktan sonra, eğer işlenecek 2 veri varsa önce bu verilerden illki TEMP yazmacına aktarılır.
• İlgili veriler ALU tarafından işlenir ve sonuç hedef yazmaca aktarılır.
• İşlenmiş veri MDR yazmacı aracılığıyla belleğe yazılabilir.

NOT: Bu işlemler PC yazmacının gösterdiği her yeni komut için tekrar edilir. 

  Komutlar Nasıl Çalıştırılır?

➤ Komutlar şekilde görüldüğü gibi çalışır. a'nın ilk değeri rastgele 4 olarak seçilmiş ve işlem basamakları sırasıyla devam ettirilmiştir.

🔺  İşlemci hızı MHZ (MegaHertz) ve GHZ (GigaHertz) olarak ölçülür.

• 1 Mhz = 1.000.000 İşlem/Saniye' dir. Yani 1 saniyede 1 milyon işlem yapabilir.

• 1 Ghz = 1000 Mhz 'dir. Yani her nano saniyede bir mikro komut işletecektir.

    Merkezi İşlem Birimi Çeşitleri 

 1. CISC ( Complex Instruction Set Computer ) :

• Çok sayıda makine dili komutu sağlayan işlemcidir.

• Avantajı; programı kolaylaştırır.

• Dezavantajı; işlemcileri karmaşık duruma  getirir ve yavaşlamalara neden olur.

2. RISC ( Reduced Instruction Set Computer ) : 

• Az sayıda makine dili komutu içerir.

• Avantajı; komut sayısı azdır, komutların işlenmesi kolaydır ve işlemcinin verimi artmıştır.

• Dezavantajı; programlama yapmak karmaşık bir hal almıştır.

➽ Günümüzde Intel Pentium işlemciler CISC tabanlıdır.