İŞLEMCİLER (CPU)

1. İŞLEMCİLER
1.1. İşlemcinin Görevi
“İşlemcinin görevi nedir?” Diye sorulduğunda birçok kişi net bir cevap veremese de
işlemciyi bilgisayarın beyni olarak tanımlar. Bu tanımlama, işlemcinin önemini
kavradıklarını ifade eder. İşlemcinin anlaşılabilmesi için görevini net olarak tanımlamalıyız.
Bugün piyasada çeşitli işlemciler bulunmaktadır. Eğer işlemcinin bilgisayardaki görevini
tam olarak bilmezseniz bu donanımda seçim yapmanız zorlaşacaktır. İşlemciyi anlamanız
sizi hem mesleğinizde daha yeterli yaparken hem de bilinçli bir tüketici hâline getirecektir.

1.2. İşlemci Nedir?
İşlemci, bilgisayarın birimlerinin çalışmasını ve bu birimler arasındaki veri (data)
akışını kontrol eden, veri işleme (verileri değerlendirip yeni veriler üretme) görevlerini
yerine getiren elektronik aygıttır. Veriler üzerindeki yaptığı işlemler, temel aritmetik
işlemleri kadar basit (örneğin 1+3 gibi) ya da çok daha karmaşık (bu değeri al ve ses kartına
yolla ki böylelikle hoparlörden müzik dinleyebilinsin) gibi çeşitli seviyelerde olabilir.
Aslında işlemciler, sadece bilgisayarlarda bulunan bir donanım değildir. Tüm
elektronik sistemlerde işlemciler bulunur. Örneğin, otomatik çamaşır makinesi, otomatik
bulaşık makinesi; fabrikalardaki otomatik cihazlar, televizyon.
İşlemci yerine mikroişlemci, CPU (sipiu diye okunur - Central Processing Unit ),
MİB (CPU’nun Türkçe karşılığı - Merkezi İşlem Birimi), μP (mikro processor-mikro
prosesır diye okunur) isimlerini de sıklıkla kullanıyoruz.
İşlemci = Mikroişlemci = MİB = CPU = μP
İşlemciler, klavyeden girilen tuşun ifade ettiği karakteri aynen ekranda gösterme
şeklinde bir işlem yaptığı gibi; aldığı verileri değerlendirip yeni veriler de üretebilir.
Örneğin, hesap makinesinin işlemcisi, girilen rakamlar üzerinde istenilen işlemi uygulayarak
yeni sonucu ekranda gösterir.
İşlemciler, bilgisayarda yönetici konumunda çalışır. İnsan beyninin tüm vücut
organlarını sinir sistemi vasıtasıyla yönetmesi gibi işlemciler de kontrol sinyalleriyle sisteme
bağlı tüm birimlerin çalışmasını düzenler ve yönetir.
1971 yılında Intel firması, binlerce transistörü silikon çip üzerine yerleştirip işlemcinin
boyutlarını küçültmesiyle birlikte daha önce sadece büyük şirketler ve üniversitelerin
kullanabildiği bilgisayarlar iyice küçülmüş ve evlere girmeye başlamıştır.
Mikroişlemciler, milyonlarca transistörden oluşmaktadır. Elektrik sinyalleri bunların
üzerinden akar. Bilgisayarın yaptığı tüm işleri toplama, çıkarma, çarpma ve bölme gibi
işlemler bu sinyaller vasıtasıyla gerçekleşir. Devrede elektrik sinyalinin olması “1”, elektrik
sinyalinin olmaması “0” ile ifade edilir. İşlemci bu işlemleri en basit sayma sistemi olan
ikilik düzen yani 0 ve 1 sayılarını kullanarak yapar. Komut, işlem, veri, vb. kavramların ikili
sayı sistemi ile ifadesine, makine dili (makine kodu) denir. Mesela “A” harfi ikilik sistemde
“01000001” ile ifade edilebildiği gibi mavi gibi bir renk de ikilik tabandaki sayı gruplarıyla
ifade edilir. Aynı şekilde bir ses veya görüntü kaydı da yine buna benzer ikilik sayı grupları
ile ifade edilirler. Bu “0” veya “1”in bilgisayarda kapladıkları alana bit adı verilir.
Bu sayı grupları üzerinde işlem yapmak için işlemci içerisinde komut listesi (komut
seti = instruction set) mevcuttur. Bu komutlar, işlemcinin sorumlu olduğu tüm matematiksel

ve mantıksal işlemleri gerçekleştirir. İşlemciye gönderilen ve ona ne yapması gerektiğini
söyleyen komutlara ise programlar denir.
1.3. Programlar Nerede Tutulur?
İşlemciye ne yapmasını istediğimizi söyleyen programlar olmadığı sürece işlemci bir
işe yaramaz. Peki bu programlar nerede tutulur, çalıştırılır, bu programların içerdiği komutlar
işlemciye nasıl ulaşır? Bilgisayarda tüm programlar sabit diskte (hard disk) tutulur. Peki
sabit diskte tutulan bu programların çalıştırılması aşaması nasıl gerçekleşir?
İşlemci her saniyede milyonlarca, hatta milyarlarca komutu işleyebilir. Sabit disk,
işlemcinin komut işleme hızına ulaşamaz. Bu sorunu ortadan kaldırmak için programlar sabit
diskten alınarak RAM’e (rem diye okunur) yüklenir. RAM’den de işlemciye aktarılır. Bir
program RAM’e yüklendiğinde ve işlemci kendisinden istenileni gerçekleştirdiğinde buna
program (yazılım) çalışıyor deriz. Verinin sabit disk, RAM ve işlemci arasındaki akışı tek
yönlü bir işlem değildir. İşlemcinin yaptığı işlemler sonucunda ürettiği veriler de işlemciden,
RAM’e ve oradan da sabit diske alınarak, sabit diskte tutulur.
RAM = Random Access Memory = Sistem Belleği = Ana Bellek
Şekil 1.1:Programların sabit diskten RAM’e ve oradan da işlemciye alınması.
İşlemcinin ürettiği sonuçların RAM’e ve oradan da sabit diske alınması
RAM’ler sabit disklerden hızlı olduklarına göre, işlemciyle uyum açısından neden
sabit disk yerine sadece RAM’leri kullanmıyoruz? Birincisi sabit diskler RAM’lerden
yüzlerce kat bilgiyi saklayabilirler. İkincisi RAM’ler bilgisayarı kapattığınız anda üzerindeki
tüm bilgileri kaybederlerken sabit diskteki bilgiler kaybolmaz. Yüksek oranda bilgi tutabilen
ve bilgisayar kapalıyken de üzerindeki bilgileri kaybetmeyen bir belleğin üretim maliyeti
sabit diskin maliyetinden çok daha fazladır. Bu nedenle tüm programlar sabit diskte tutulur
ve çalıştırılmak istenen program RAM’e alınarak hızlı bir şekilde çalıştırılır.
1.4. İşlemcinin Yapısı
Üreticiler, farklı işlemci mimarilerine göre işlemci üretirler. İşlemci mimarisi;
işlemcinin işlemleri gerçekleştirme yöntemi, teknolojisi ve tasarımını ifade eder. Ortak
mimariye sahip olan işlemciler aynı komutları tanımakta ve aynı yazılımları
çalıştırabilmektedirler.
Her işlemci temel bazı birimleri içinde barındırır. İşlemcilerin gelişim sürecinde bu
birimlerin özellikleri artırılmıştır. Genel bir işlemci yapısı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Veriler, bilgisayarı oluşturan çeşitli birimler arasında sürekli olarak taşınır. Örneğin,
klavye biriminde bir tuşa bastığımızda bu tuşun karşılığı olan karakteri ekranda görürüz.
İşlemci, giriş birimden aldığı veriyi çıkış birimine aktarmıştır.
İşlemcinin anakartla iletişim kurmasını sağlayan, toplu iğneye benzeyen uçlara pin
denir. Pin yerine farklı isimler de kullanılabilmektedir.
Pin = İğne = Bağlantı iğnesi = Bacak = Ayak
İşlemcinin yapısında bulunan birimler aşağıda kısaca açıklanmıştır.
1.4.1. Çekirdek (Core)
Komut çalıştırma işlemlerini yapan bölümdür. Çalıştırma birimi (execution unit)
olarak da bilinir.
1.4.2. ALU (Aritmetik Lojik Unit / Aritmetik Mantık Birimi)
İşlemci tarafından gerçekleştirilecek matematiksel ve mantıksal işlemlerin yapıldığı
bölümdür.
1.4.3. Ön Bellek (Cache)
Sistem belleğinden gelen veriler, çoğunlukla CPU’nun hızına yetişemezler. Bu
problemi çözmek için CPU içinde yüksek hızlı hafızalar bulunur. Ön bellek çalışmakta olan
programa ait komutların, verilerin geçici olarak saklandığı yüksek hızlı hafızalardır.
İşlemcinin komutları daha hızlı yüklemesini sağlayan bu hafıza genellikle L1 (Level
1) ve L2 (Level 2) olmak üzere iki kısımdan oluşur. İşlemci, ihtiyaç duyduğu komutu ilk
önce L1 ön bellekte (L1 ön bellek L2 ön bellekten daha hızlıdır.) arar. Eğer işlemcinin
aradığı komut burada yoksa L2 önbelleğe bakar. Eğer burada da yoksa sırasıyla RAM ve
sabit disk üzerindeki sanal hafıza üzerinde arar. Ön belleklerin kimisi işlemci ile aynı hızda
çalışır.
1.4.4. Kontrol Birimi
İşlemciye gönderilen komutların çözülüp (komutun ne anlama geldiğinin
tanımlanması) işletilmesini sağlar. İşlemci içindeki birimlerin ve dışındaki birimlerin eş
zamanlı olarak çalışmasını sağlayan kontrol sinyalleri bu birim tarafından üretilir.
1.5. İşlemci Hızı
Günümüzde kişisel bilgisayarlarda (PC=Personel Computer) kullanılan tüm
donanımlar 20 yıl öncesine göre çok daha hızlıdır. Ama her donanımın hızı eşit ölçüde
artmamıştır. En büyük hız gelişimi, işlemcilerde gerçekleşmiştir.
Bilgisayarın tüm donanımlarının bağlandığı kart olan ana kartta saat çipi (saat
yongası) vardır. Bu saat sistem hızını (FSB) belirler. Saatin her “tik”i, saniyede milyon veya
milyar devirle ölçülür. Saniyedeki tek devirin ölçüsü Hertz’dir. (Hertz diye okunur)
İşlemcilerde hız, işlemcinin birim zamanda yapabildiği işlem sayısı olarak
tanımlanmaktadır. Bir saniyede yapılan milyon adet işlem Mhz (Megahertz) olarak
tanımlanır ve temel hız ölçüsüdür. Ancak günümüz işlemcileri saniyede milyar işlem – Ghz
(Gigahertz –cigahertz diye okunur) hız seviyesine ulaşmışlardır.
Sistem hızı, tüm sistemin birlikte uyum içerisinde çalışması için gerekli olan ritmi
verir. Saatin her “tik”inde, tüm bilgisayar aygıtlarında veri ve komutlar akar. Sistemi
oluşturan bileşenler, sistem hızının katı veya çarpanı ile orantılı çalışır. Örneğin, bir ses kartı
sistem hızının 1/3’ü ya da 1/4’üne denk gelen 33 Mhz’de veri alışverişinde bulunur. Modern
bir işlemci, sistem hızının çarpanları kadar hızlı çalışır. Örneğin, 100 Mhz sistem hızına
sahip bir sistemde 1.8 Ghz hızında çalışan bir işlemci, 18 çarpanını kullanıyor demektir.
Üreticiler, sürekli olarak daha hızlı işlemcileri piyasaya sürerken eski modellerinin
üretimini durdururlar. Her işlemcinin üzerine üretici tarafından belirlenmiş, işlemcinin
kararlı bir şekilde çalışabileceği hız yazılır.
Üreticiler, işlemci hızını artırmak için çeşitli yollar izlemişlerdir. Birincisi, bir tek
işlemci modeli üretiminde uğraşarak hızını artırmışlardır. İkincisi, işlemcinin fiziksel
boyutunu küçültüp, işlemciyi çalıştırabilmek için gereken voltaj miktarını, dolayısıyla da
işlemci ısısını azaltmışlardır. İşlemciden çıkan ısıyı azaltmanın verdiği avantajla da aşırı
ısınmadan korkmaksızın işlemcinin çekirdek hızını yükseltmişlerdir. Sonuç olarak ortaya
çıkan yüksek hız oyun severler başta olmak üzere herkesi mutlu etmektedir
İşlemcin tek başına hızlı olması sadece işlemci içi işlemlerde etkilidir. İşlemcinin
kendi içinde çalışma hızı, çevre birimleri ve iletişim hatlarına göre çok hızlıdır. işlemci çevre
birimleri ile iletişim kurarken onların hızlarına uymak zorundadır. Bir işlemci sisteminin
hızlı olabilmesi için işlemci dışındaki diğer birimlerin de hızlı olması gerektiği
unutulmamalıdır.
1.5.1. Overclock (Hız Aşımı, Hız Aşırtma)
İşlemci üretilirken “işlemcinin hızı şu değerde olsun” diyerek üretilemez. İşlemci önce
üretilir. Sonra işlemci üzerinde çeşitli testler yapılır. İşlemcinin en tutarlı sonuçlar verdiği
hıza, o işlemcinin hızı denir ve işlemci üzerine bu hız değeri basılır. Aslında etiketinde 3.2
Ghz yazılı olan bir işlemci 3.4 Ghz veya 3.6 Ghz hızında çalışabilir. Özetle her işlemcinin iki
hız değeri vardır. Birincisi, işlemcinin sınır hız değeri, ikincisi üreticinin riske girmeksizin
işlemcinin dengeli çalışabileceği hızı gösteren hız değeri.
Hız aşımı (overclock-ovurkılok diye okunur) işlemcinin üreticinin etikette belirlediği
hız değerinden yüksek değerlerde çalıştırılması işlemidir. Anakartta ayar değişikleriyle
işlemcinin hızı artırılabilir. Sistem hızı (FSB), çarpan, voltaj değerlerinde yapılan
değişikliklerle işlemci hızı artırılabilir. Örneğin, FSB’si 100 Mhz, saat çarpanı 20 olan bir
bilgisayarda 20*100=2000 Mhz işlemci hızıdır. FSB değeri 133 Mhz yapılırsa 133*20=2660
Mhz=2.66 Ghz işlemci hızı elde edilir. İşlemcilerde hız aşımı gerçekleştirildiğinde,
işlemciyle beraber diğer sistem bileşenlerinin de hızlı çalışması gerekir. Bu durum
donanımların zorlanması ve ömürlerinin kısalması anlamına geliyor. Fakat teknolojik
gelişmeleri takip etmek için zaten birkaç senede bilgisayarı değiştirmek gerekiyor diye
düşünenler hız aşımını tercih edebilirler. Hız aşımı işlemiyle işlemci hızı bir noktaya kadar
artırılabilir. Belli bir hız değerinden sonra bilgisayar kilitlenmeleri, hatalar, hatta işlemci
yanmaları gibi sorunlar ortaya çıkabilir. Bu durum, yükseltilen hızda işlemcinin kararlı
çalışmadığını gösterir. Hız aşımı yapılmış sistemlerde işlemci daha fazla ısı üreteceğinden bu
durumlarda soğutma daha önem kazanmaktadır.
1.6. İletişim Hatları (İletişim Yolları)
İnsanlarda beyin nasıl tüm vücudu yönetmek, kontrol etmek için sinir sisteminin bir
parçası olan sinirleri kullanıyorsa; işlemciler de bilgisayarı yönetmek, kontrol etmek için
iletişim yollarını kullanır. Hem işlemci içerisinde hem de işlemciyle diğer birimler arasında
iletişim hatları bulunmaktadır. İletişim hatları üzerinden elektrik sinyali geçebilecek iletken
hatlardır. Bu hatların sayısı işlemci modeline göre değişir.
İletişim hatları üç grup halinde incelenebilir:
- Adres Yolu (Address Buses): İşlemcinin bilgi yazacağı veya okuyacağı her hafıza
hücresinin ve çevre birimlerinin bir adresi vardır. İşlemci, bu adresleri bu birimlere
ulaşmak için kullanır. Adresler, ikilik sayı gruplarından oluşur. Bir işlemcinin
ulaşabileceği maksimum adres sayısı, adres yolundaki hat sayısı ile ilişkilidir. Adres
yolunu çoğunlukla işlemci kullanır. Bu yüzden adres yolunun tek yönlü olduğu
söylenebilir.
- Veri Yolu (Data Buses): İşlemci, hafıza elemanları ve çevresel birimleriyle çift yönlü
veri akışını sağlar. Birbirine paralel iletken hat sayısı veri yolunun kaç bitlik olduğunu
gösterir. Örneğin, iletken hat sayısı 64 olan veri yolu 64 bitliktir. Yüksek bit sayısına
sahip veri yolları olması sistemin daha hızlı çalışması anlamına gelir.
- Kontrol Yolu (Control Buses): İşlemcinin diğer birimleri yönetmek ve eş zamanlamayı
(senkronizasyon) sağlamak amacı ile kullandığı sinyallerin gönderildiği yoldur.
1.7. İşlemci Şekilleri
İlk üretildikleri yıllardan günümüze değin işlemciler farklı fiziksel şekillerde piyasaya
sürülmüşlerdir. Aşağıdaki şekillerde örnek bazı işlemcilerin şekilleri verilmiştir
1.8. İşlemci Paketleri
İşlemcilerin farklı şekil, boyut ve harici özellikleri vardır. Bu özelliklere işlemcinin
paketi denir. İşlemcilerin gelişim süreçlerinde, üreticiler işlemcileri anakarta bağlayan ayak
sayılarının artması, işlemci ısınmalarını engellemek amacıyla yapılan değişiklikler, kimi
parçalarda anakarta bağımlılığı ortadan kaldırma gibi amaçlarla değişik paketlemeler
kullanmaktadır. Bunlardan bir tanesi olan slot tipi paketleme (SEC=Single-Edge Cartridge),
1990’lı yılların başında piyasaya sürüldü. Slot tipi işlemciler artık üretilmemektedir.
Alt tarafında çeşitli sayıda pin bulunduran işlemci paketlemesine PGA (pin grid array)
adı verilir. Paketteki ayak sayısına göre paketler isimlendirilir. Örneğin, 423 ayak Pentium 4
paketi ve 478 ayak Pentium 4 paketi. Bu paket yapısındaki işlemcilerin takıldıkları soketler
ise soket 423 ve soket 478 olarak isimlendirilir. Üreticiler bunların dışında da farklı
paketlemeler yapmaktadırlar. Farklı bir paketleme olan LGA paketinde işlemci ayaklarının
yerini elektrik iletimini sağlayan iletim noktaları almıştır. Pin yerine iletim noktalarının
kullanımı elektrik sinyallerinin iletim yolunu kısaltmış, böylelikle sinyal iletim hızı artmıştır.
Eskiden işlemciler, anakarta sabitlenmiş olarak üretiliyordu. İşlemci veya anakart
arızalandığında onların birbirinden bağımsız olarak test veya tamir edilmesini mümkün
olmuyordu. Ayrıca var olan işlemciyi yenisiyle değiştirmek de zor oluyordu. Bu nedenle
işlemcinin anakarta takılıp sökülmesini sağlayan işlemci yuvaları geliştirildi. İşlemciler
anakarta takılma şekillerine göre isimlendirilen soket ve slot olmak üzere iki şekle sahiptir.
1.9. Soket İşlemci
Kare şeklinde üretilmiş işlemci modelidir. Üst yüzeyinde marka ve model isimleri
bulunur. Alt yüzeyinde ise işlemcinin türüne göre çok sayıda pin veya iletim noktası bulunur.
Takıldıkları anakarta bir mandal/kilit yardımı ile tutturulurlar. Anakarttaki sokete uygun
işlemci seçilmelidir. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi anakartta LGA soket varsa, işlemci
de LGA soket işlemci olmalıdır. Başka bir örnek vermek gerekirse anakartta soket 939 varsa
işlemci de 939 pinli işlemci olmalıdır.
1.10. Slot İşlemci
Diklemesine anakartın üzerine monte edilirler. Dikdörtgen bir kart şeklinde üretilen
işlemci modelidir.
Kimi işlemci bileşenleri kart üzerindedir. Kartın alt kısmında bulunan
bağlantı noktaları ile ana karta bağlanır. İşlemcinin korunması için dış kılıfı vardır. Kılıfın
yan yüzeylerine soğutucu takılmaktadır. Slot işlemcilerin üretimi durdurulmuştur.