Bilgisayar mimarisi

Bu madde veya bir kısmı, Vikipedi standartlarına uygun değildir ve bu nedenle düzenlenmesi gerekmektedir. Sayfayı Vikipedi standartlarına uygun biçimde düzenleyip, geliştirerek Vikipedi'ye katkıda bulunabilirsiniz. NOT: Gerekli değişiklik yapılmadan bu şablon kaldırılmamalıdır. Bu madde Ocak 2008 tarihinden beri, düzenleme isteğiyle etiketlidir.

Bilgisayar mimarisi, en küçüğe ve en başarılıya ulaşmayı hedeflerken aynı zamanda maliyeti de göz önünde bulundurduğu için sanat ve bilimin ortak buluştuğu nokta olarak da tanımlanır.

Bilgisayar Mimarisi sıklıkla Bilgisayar Organizasyonu tanımı ile karıştırılır. Bunun nedeni Bilgisayar Mimarisi tanımının daha alt düzey teknoloji, organizasyon tanımının ise daha kullanıcıya yönelik üst düzey özellikler taşımasıdır. Bilgisayar Mimarisi bilgisayar parçalarının iç yapıları ve aralarındaki haberleşme bağlantıları ile ilgilidir.

Bilgisayar Mimarisi tanımı aşağıdaki gibi özetlenebilir:

• Merkezi işlem biriminin mimarisinin tasarımı
  • Komut kümesinin tasarımı.
  • Adresleme yöntemlerinin tasarımı.
• Genel donanım mimarileri.

==jkgjkggggggggggggggggggggggggggggggggsdfsdfsdfsdfkümesi mimarisinin yazılım ve donanımla ilişkisi aşağıdaki şekilde görülmektedir.

Programcılar özel bilgisayar sistemleri için, özel donanıma göre kod yazmaktaydılar. Bu yüzden bir makine için yazılan program diğer makinelerde çalışmamaktaydı ve her yeni makine için yeni kodlar yazılmak durumundaydı. IBM firması bu sorunu çözmek için buyruk kümesi mimarisi(ISA) ve mikrokod motoru denilen bir yöntem geliştirdi.

Programsal Yaklaşım

Sistem tasarımcıları performansı arttırmak için bazı program işlevlerini sık sık mikrokodlara(firmware) aktardılar. Donanımı devreye sokacak buyruk kümesinin yer aldığı bu yere mikrokod motoru denilmektedir. Mikrokod motoru, ROM bellek sayesinde işlemci içerisine yerleştirilmiştir ve programcının yazdığı kodları işlemcinin daha çabuk anlayıp çalıştırabileceği küçük mikrokodlara dönüştürür. CISC tipi işlemcilerde mikrokodun temel işlevi, alt düzey komut kümesiyle, programcının çalıştığı üst düzey komutlar arasında soyutlamalar yaratmaktır. İşlemci üreticileri, mimariyi meydana getiren elemanların işlevleri ve bu elemanların devreye nasıl sokulacağı konularında düşünerek sistem tasarımı yaparlar. Elemanları devreye sokmak için program yazmak gereklidir ve donanım mimarisini programcıya aktarabilmek için kullanıcıya komut kümesini hazır olarak vermek en iyi yoldur. Günümüz bilgisayarlarında hala mikroprogramlama esasına göre çalışan bilgisayarlar vardır. Intel ve AMD gibi işlemci üreticileri ürünlerinde ISA x86 buyruk kümesinin tüm özelliklerini yeniliklerle beraber kullanmaktadırlar.

Şekil:Bilgisayar mimarisinin basamaksal olarak görünümü

Donanımsal Yaklaşım Mikrokod kullanılarak ISA sisteminin yürütülmesi, komutlarını başlangıçta doğrudan çalıştıran sistemlere göre daha yavaştır. Bu aksaklığı gidermek için komutların doğrudan donanım elemanları tarafından yorumlanarak sistemin denetlendiği bir mimari yaklaşımı üzerinde çalışılmıştır. Komutların anlaşılır standartta bir boyuta getirilerek çalıştırıldığı RISC modeli sisteminde küçük ve hızlı komut kümesiyle donanım üzerinde hakimiyet mikrokoda göre daha kolaydır. RICS tasarımcıları da ürünlerinde ISA kavramını değiştirmeden kullanmışlardır.

Bilgisayar Mimarisi Çeşitleri

• kuvantum bilgisayarları
• vektör bilgisayarlar
• numa bilgisayarlar
• von Neumann bilgisayarları

Bilgisayar Mimarisine Etki Eden Etmenler

• Teknoloji (Transistör büyüklüğü vs. etkiler)
• Programlama Dilleri(Hangi dilde yazıldığı vs. etkiler)
• Uygulama
• İşletim Sistemleri (İşletim sistemi üzerine yazılan kod ona özgü olduğu için etkiler)
• Geçmiş(Geçmişte yapılan komutların çalışması zorunlu olduğu için etkiler)

Başarım

Bilgisayarın başarımı sıklıkla saat hızı terimleriyle tanımlanır. (genellikle MHz ya da GHz olarak). Bu CPU'nun ana saatinin saniyedeki döngüleriyle ilgilidir. Ancak, Bu ölçüm bir şekilde yanlış yönlendirse de, yüksek saat hızlı bir makine olarak mutlaka daha yüksek bir performansı olmayabilir. Sonuç olarak AMD gibi yapımcılar saat hızını bir performans göstergesi olarak almamaktadırlar. Çağdaş CPU’lar birden fazla emri bir saat döngüsünde gerçekleştirirler ve böylece programın hızı oldukça artar.Veri yolu hızları, kullanılabilir bellek ve programlardaki emirlerin tipi ve sırası gibi hızı etkileyen bileşenler de çalışır.

Hızın iki ana tipi vardır: gecikme(latency) and throughput. Kısaca gecikme, bir işlemin başlangıcı ve sonuçlanması arasındaki süredir. Throughput ise belli bir zamanda yapılan işin miktarını belirtir. Kesilme gecikmesi sistemin bir elektronik olaya (disk sürücüsünün bilgi aktarımını bitirmesi gibi) vereceği garanti edilmiş en fazla yanıt zamanıdır. Bu sayı çok geniş sıralı bir tasarım seçenekleri tarafından etkilenir. Örneğin, önbellek eklemek lgecikmeyi yavaşlatırken, throughput iyileşir. Mekanizmayı yöneten bilgisayarlar genellikle düşük kesilme gecikmelerine gerek duyarlar. Bu bilgisayarlar gerçek zaman diliminde işlem yaparlar ve bu işlem belirlenen sürede bitmezse işlem başarısız olur.

Bilgisayarın performansı ,uygulama tanım alanına bağlı olarak, diğer ölçümler kullanılarak da hesaplanabilir. Sistem CPU bound (sayısal hesaplamalarda), I/O bound (web sunucusu uygulamalarında) or Memory bound(video düzenlemelerde) olabilir. Güç tüketimi sunucu ve diz üstü bilgisayarlar gibi taşınabilir cihazlar için önemli hale gelir. Ölçütleme (benchmarking) bilgisayar bu test program serisini çalıştırıken kullandığı süreyi ölçerek bütün bunları bir hesaba aktarmaya çalışır. Ölçütleme gücü yüksek gösterse de bu bilgisayar seçmede yardımcı olmayabilir. Sıklıkla ölçülen makineler farklı ölçümlere ayrılır. Örneğin bir sistem bilimsel uygulamaları hızlıca idare ederken, diğeri popüler video oyunlarını kolayca oynatabiliyordur. Dahası yazılım veya donanımlara değişik özellikler eklemek isteyen tasarımcılar özel bir ölçüte izin verirler. Böylece hızlı kontrol sağlanır fakat diğerleriyle, çoğunlukla genel işlevlerle benzer avantajlara sahip olmazlar. En iyilemenin (optimization) genel planı bilgisayarın farklı taraflarındaki değerleri bulmak içindir. Denge içindeki bir bilgisayar sisteminde bilgi hızı bütün bölümler için sabit olacaktır ve değer bunu garantiye almak için eşit olarak dağıtılacaktır. Bilgisayar sisteminin kesin formu en iyi şekilde belirlenmiş baskı ve amaçlara bağlı olacaktır.

Kaynaklar

• William Stallings(2003) Computer Organization&Architecture, Pearson Education.ISBN 0-13-049307-4
• Yrd.Doç.Dr.Feza Buzluca ders notları: http://www.buzluca.info/mimari
• İTÜ Ninova Açık Ders Malzemeleri, Bilgisayar mimarisi
• Arş Gör. Gürcan ÇETİN ders notları : http://websitem.gazi.edu.tr/gcetin/DosyaIndir
• Yrd.Doç.Dr.Oğuz ERGİN ders notları : http://oergin.etu.edu.tr/bil361/bil361.html
• http://computer.howstuffworks.com/pc.htm
• http://akademi.okulbilisim.com/elearning/architect.aspx
• http://www.science.smith.edu/~jcardell/Courses/CSC103/
• http://enformatik.balikesir.edu.tr/donanim/bolum_a/bil_tar.htm
• http://www.rdrop.com/~cary/html/computer_architecture.html