Bilgisayardaki ana donanım birimlerinden biri olan işlemciler, bilgisayarımızın performansını etkileyen en önemli iç donanım birimidir. Bilgisayarımızdaki tüm aritmetiksel ve mantıksal işlemleri yapan işlemcilerin üretim teknolojilerini, yapılarını ve montajını bilmek çok önemlidir.
İşlemciler; mikroişlemci, Merkezi İşlem Birimi (MİB), CPU (Central Processing Unit) isimleriyle de anılırlar. Temel bir bilgisayarda bilgiler Giriş çıkış aygıtlarından alınır, Giriş çıkış biriminde kontrol edilir, Belleğe (RAM bellek gibi geçici ya da Sabit disk gibi kalıcı) kaydedilir, İşlemci tarafından gerekli işlemlere tabi tutulur ve aynı yolu tersten izleyerek, giriş çıkış birimlerine aktarılırlar.
İşlemcilerin Yapısı ve Üretim Teknolojileri
Bilgisayarların çalışma mantığı ikilik (binary) sistem de denilen bilgilerin sadece 0 ve 1’ler ile ifade edildiği bir sisteme dayanmaktadır. Bilgisayarda her ne yaparsanız yapın; ister müzik dinleyin, ister yazı yazın, her şey bilgisayar için sadece 0 ve 1’lerden oluşan sayı dizileridir.
İşlemciler, içlerindeki komut setlerini kullanarak, dışarıdan gelen bilgileri yine dışarıdan gelen emirlere göre işlerler ve istenilen şekilde bir çıktı üretirler. İşte bu komut setlerinin yapısına göre işlemciler CISC ve RISC olarak ikiye ayrılırlar.
CISC İşlemciler: Kompleks yapılara yani tek seferde birden fazla işlemi yapabilen komutlara sahiplerdir. INTEL firmasının işlemcileri bu yapıya sahiptir.
RISC İşlemciler: Her seferinde tek bir işlem yapabilen basit ve hızlı komutlara sahiplerdir. AMD firmasının işlemcileri bu yapıya sahiptir.
Ekran kartları gibi kompleks işlemler yapan donanım birimlerinin de kendilerine ait işlemcileri olabilmektedir, ancak bunlar bilgisayarın işlemcisiyle karıştırılmamalıdır.
İşlemcilerin içerisinde çekirdek denilen, işlemlerin yapıldığı temel bir birim bulunur. Yaklaşık sene öncesi dönemlerde işlemciler tek çekirdek olarak üretilmekteydi. İşlemciler yapıları gereği, bir anda sadece bir işlem yapabilirler. Bilgisayarda bulunan saatin her bir işleyişinde bir mikro işlem gerçekleşir. Saniyede yaptığı mikro işlem sayısı da o işlemcinin hızını belirtir. Birimi Hertz (Hz) olup, 1 Hz saniyede bir işlem yapmak demektir. Örneğin saniyede 1.000.000.000 (bir milyar) işlem yapan bir işlemcinin hızı 1 GHz (giga (milyar) hertz) olarak ifade edilir. O zaman 2,2 GHz kaç Hertz yapar.
Zaman içerisinde tek çekirdekle işlem yapan işlemcilerde sınıra dayanıldı. Çünkü belirli bir hızdan sonra o zamanki üretim teknolojisinde, işlemciler stabil çalışmamakta ya da aşırı ısınmalar yaşanmaktaydı. Bu nedenle işlemci üretiminde yeni yaklaşımlar ortaya kondu. Bunlar;
HyperThreading (İşlem Sanallaştırması): İşlemcide tek çekirdek olmasına rağmen, bu teknolojide işlemciye, ikinci bir çekirdeğe sahipmiş gibi işlem yapması sağlanır. Böylece teoride birim zamanda iki kat işlem yapılıyor gibi görünse de gerçek hayatta %25-50 oranında bir hız artışı olmuştur.
Çif Çekirdek (Çoklu Çekirdek): Gelişen teknoloji ile birlikte bir işlemcinin içine iki çekirdek sığdırılabilir hale gelindi. Bir işlemcide gerçek iki çekirdek, daha düşük hızlarda ve stabil bir şekilde çalıştırılabildi. Böylece aynı anda gerçekten birbirinden bağımsız iki işlem yapılabilir olduğundan neredeyse %100’e yakın bir hız artışı elde edilebildi. Bu tür işlemcilere INTEL firması tarafından Core Duo ismi verilirken AMD tarafından işlemci modellerine X2 eklemesi yapılmıştır.
Ancak bir süre sonra iki çekirdek de yeterli gelmeyince bu kez, her bir çekirdek için birer sanal çekirdek (HyperThreading) oluşturuldu. Böylece hız limitleri zorlanmaya başlandı. Nano teknolojinin gelişip, daha küçük alanda daha fazla üretim yapabilme kapasitesi arttığında, iki çekirdek yerine üç, zamanla 4, 6 hatta 8 çekirdek tek bir işlemci içerisine yerleştirilebildi. Yeni nesil işlemciler bu teknolojiye sahiptirler.
Centrino (Mobil İşlemci): Bu teknoloji bir üretim teknolojisinden daha çok bir yaklaşımı ifade etmektedir. Dizüstü bilgisayarlarda daha az enerji harcayan hem de kablosuz ileşitim desteği sunan işlemci teknolojisine Centrino denir. Ancak günümüzde bu isimlendirme yerine Mobile (Mobil – Taşınabilir) isimlendirmesi kullanılmaktadır.
Bilgisayarlarda verilerin işlenmesi aşağıdaki blok diyagramda gösterilmektedir. Sabit diskteki bilgiler öncelikle RAM belleğe aktarılır, RAM bellekten de İşlemciye aktarılır. İşlemci veriler üzerinde gerekli işlemleri yapıp, verileri aynı yoldan sabit diske gönderir. Ancak bu süreçte şöyle bir sorun bulunur; sabit disk ve işlemci RAM bellekten yavaştır, dolayısıyla veri aktarımında tıkanmalar meydana gelebilir. İşte bu sorun için Önbellek (Cache memory) denilen hızlı bir bellek araya konularak, bilgilerin öncelikle burada depolanması ve ardından işlemci ya da sabit diske aktarılması sağlanır. Bu nedenle işlemci içerisindeki önbellek miktarı performansı artıran bir unsurdur.
İşlemcilerin yapısında çeşitli birimler bulunur. Bunlar Aritmetik Mantık Birimi, Kontrol Birimi, Kayan Nokta Birimi, Kaydedici, Sayıcılar, Giriş/Çıkış Tamponları ve İletim Yollarıdır. Bunlarla ilgili bilgi modülde yer almaktadır. İsteyenler modülden okuyup, öğrenebilirler.
İşlemcilerin Soğutulma Yöntemleri
Yüksek hızlarda çalışan tüm elektronik parçalar gibi işlemciler de aşırı derecede ısınırlar. Bu nedenle iyi bir şekilde soğutulmaları, işlemcinin zarar görmemesi ve stabil çalışması için gereklidir. İşlemcilerin soğutulmalarında genel olarak Hava ile soğutma, Su ile soğutma ve Isıl Borulu (Heat Pipes) soğutma olmak üzere 3 çeşittir.
Hava ile Soğutma: İşlemci ısısının metal bir bloğa aktarılıp, hava üfleyen bir fanla ısının uzaklaştırılmasına dayanan bu yöntemde, kasanın hava sirkülasyonunun iyi olması şarttır. Ancak günümüz işlemcileri için artık yeterli bir soğutma yapamamaktadırlar. Fiyatları 10-100 TL arasında değişmektedir.
Su ile Soğutma: Özellikle işlemcilerinin hızını normalin üzerinde çalıştıran, bilgisayardan yüksek performans elde etmek isteyenlerin tercih ettiği bu yöntemde işlemci üzerindeki metal blok içerisinden su geçirilerek, ısının suya aktarılması ve ardından suyun soğutulmasıyla ısının dağıtılması esasına dayanır. Su yerine başka sıvılarda kullanılabilmektedir. Pahalı bir yöntem olduğundan, çoğu kişi için uygun değildir. Fiyatları 200-500 TL arasında değişebilmektedir.
Isıl Borulu Soğutma: Çok hızlı bir şekilde buharlaşıp, yoğunlaşan bir sıvı, işlemci üzerindeki blokta bulunur. İşlemcinin ısısı ile buharlaşır, borularla soğutucu bloğa ulaşır. Blok üzerindeki fan ile sıvı tekrar sıvı hale gelir ve tekrar işlemci üzerindeki bloğa geri döner. Bu şekilde devri daim sürüp gider. Yeni nesil işlemciler için kullanılabilir uygun fiyatlı bir yöntemdir. Fiyatları 20-100 TL arasında değişebilmektedir.
Termal Macun: İşlemci ile soğutucu blok arasında gözle görünmeyen çukurlar bulunur. Bu durum ısının iyi bir şekilde iletilmesine engel olur. Termal macunlar bu boşlukları doldurup, işlemcinin ısının daha verimli bir şekilde soğutucu bloğa aktarılmasını sağlar. Uygulamada az bir miktar macun, işlemci üzerine sürülüp, ince bir katman oluşacak şekilde yayılır, işlemci üzerindeki metal yüzeyin dışına taşmamasına dikkat etmelidir, tabi anakart ya da diğer birimlere de bulaşmamalıdır, kısa devreye neden olabilir.
İşlemci Seçiminde Dikkat Edilecek Hususlar
İşlemci, bir bilgisayar toplarken seçilecek ilk donanım birimidir. İşlemcilerin fiyatları 50 TL’den başlayıp, 1000 TL’ye kadar ulaşabilmektedir. Hatta daha fazla da olabilmektedir. Bu nedenle yapacağınız işe uygun bir işlemci seçmeniz, toplayacağınız bilgisayarın maliyetinde doğrudan etkili olacaktır. Günümüzde piyasada INTEL tabanlı olarak Core 2 Duo, i3, i5, i7 gibi isimleri bulunan farklı modellerde işlemciler var. Bunlar arasında ciddi fiyat farkları bulunmaktadır. Örneğin i3 bir işlemcinin 300 TL gibi bir fiyatı varken i5 bir işlemcinin fiyatı 400 TL’nin üzerine çıkabilmektedir. Dolayısıyla yapacağınız yanlış bir tercih 100 TL farka neden olabilmektedir. Peki nasıl karar vermeliyiz?
Bilgisayarı hangi işlerde kullanacağınızı öncelikle tespit etmelisiniz. Bir büroda ofis işlemleri yapacaksanız; yani ofis programlarını kullanıp, daha çok veri girişi yapıp, çıktısı alacaksanız; internette dolaşıp, basit oyunlar oynayacaksanız 100-200 TL aralığındaki Core 2 Duo model bir işlemci fazlasıyla işinizi görecektir.
Yukarıdakilere ek olarak, fotoğraflar üzerinde işlemler yapacaksanız biraz daha ileri düzey oyunlar oynayacaksanız, ciddi hesaplamalar yapacaksanız i3 ya da muadili bir işlemciyi tercih edebilirsiniz.
Eğer grafik işleme, video işleme ve benzeri ağır işlemci gücü gerektiren işler yapacaksanız bu durumda i5 ve üzeri bir işlemciyi bütçeniz dahilinde tercih edebilirsiniz.
Seçeceğiniz işlemcinin ön belleğinin yüksek olması da ayrıca performansa doğrudan etki edecektir.
İşlemciler Konusunda Cevabı Bilinmesi Gereken Sorular
İç donanım birimleri modülünün İşlemciler bölümünde en azından aşağıdaki soruların cevaplarının bilinmesi gerekir.
- İşlemci nedir?
- İşlemciler komut setlerine göre kaça ayrılırlar?
- İşlemci üretiminde kullanılan teknolojiler nelerdir? Birini açıklayınız.
- İşlemcinin içerisinde bulunan birimler nelerdir?
- İşlemcilerin soğutulmasında kullanılan yöntemler nelerdir?
- Termal macun neden kullanılır?
- Önbellek nedir?
İşlemci ve Soğutucusunun Montajı Nasıl Yapılır?
Aşağıdaki videoda yeni nesil bir işlemcinin anakarta montajı ve işlemci üzerine soğutucusunun takılması anlatılmaktadır.
