Merkezi işlem birimi tasarımı

Vikipedi, özgür ansiklopedi

Merkezi işlem birimi tasarımı bilgisayarın temel bileşenlerinden birisi olan Merkezi işlem birimini etkin kullanmayı yönelik bir tasarımdır. MİB bilgisayar donanımının temel bileşenlerinden birisidir.İşlemcisi olmayan bir bilgisayar düşünülemez. Bu yüzden işlemcinin tasarımı ne kadar iyi olursa sistem de o derece hızlı olacaktır. İşlemciyi hızlandırmanın değişik yolları vardır. Bunlardan bazıları:

1. Buyrukların paralel çalışmasını sağlamak
2. Çok vuruşluk işlemciler kullanmak
3. Boru hattı kullanmak
4. Çoklu işleme kullanmak

şeklinde sıralanabilir. İşlemcinin hızlandırılmasında asıl önemli unsur buyruk başına çevrim süresini azaltmaktır. İşlemci hızlarını karşılaştırırken saat sıklığına bakmak yanıltıcı olabilir. Örneğin, 2 GHz'lik saati olan bir işlemci ile 2.5 GHz'lik saati olan bir işlemci aynı programı eşit sürede çalıştırabilirler.

MİB tasarımını demek ayrıca şu birimlerin tasarımıyla da ilgilenmek demektir:

• Veriyolu
• Yazmaç ve Önbellek
• Denetim birimleri
• Saat çevirimi
• Mantık kapıları

Konu başlıkları 1 Tasarım ilkeleri 2 İşlemcinin çalışması 2.1 Tek vuruşluk işlemci 2.2 Çok vuruşluk işlemci 3 MİB tasarım mantığı 4 Tasarım hedefleri 5 Başarım ve karşılaştırmalı değerlendirme 6 Ayrıca bakınız 7 Dış bağlantılar

[değiştir] Tasarım ilkeleri

Bir işlemci tasarlanırken aşağıdaki temel ilkeler kullanılır:

• Yalınlık düzenden gelir
• Küçük olan hızlıdır
• İyi tasarım fedakârlık ister
• Olağan durumu hızlandır

Yalın bir işlemci hızlıdır. İşlemcinin karmaşıklığı arttıkça işlemci yavaşlayacaktır. Çok büyük bir işlemcide veri iletimi daha uzun sürecektir, yani küçük işlemci hızlıdır. İşlemcide yapılacak bir takım iyileştirmeler sistemi hızlandırabilir, bu değişikliği yapmak için yapılan fedakârlık ise yavaşlatabilir. Olağan bir durumu (mesela sürekli işlenen bir buyruğu) hızlı çalışır hale getiren bir değişiklik işlemcinin başarımını arttırabilir.

[değiştir] İşlemcinin çalışması

[değiştir] Tek vuruşluk işlemci

Her bir buyruğun 4 bayt tuttuğu ve bellekte tek bir sözcük olarak tutulduğunu düşünürsek, tek vuruşluk bir işlemci, işlem yaparken aşağıdaki üç adımı kullanacaktır.

• Program sayacı tarafından belirlenen yazmaçtaki bilgiyi al ve buyruk belleğine yaz. Bu işlem simgesel olarak şu şekilde gösterilebilir.

   BB <- [[PS]]

• Eğer bellek bayt bayt adreslenmiş ise program sayacını 4 arttır.

   PS <- [PS]+4

• Buyruk belleğinde tutulan işlemleri yap.

Tek vuruşluk işlemcide çevrim zamanı uzundur. Buyruklar sıra ile işlendiği için en yavaş işlenen buyruk işlemci hızını belirleyecektir. Ayrıca işlemler tek bir vuruşla bitirilemeyebilir.

[değiştir] Çok vuruşluk işlemci

Tek vuruşluk işlemcilerde ortaya çıkan sorunlar tasarımda değişiklik yapıp veriyolu sayısını arttırarak engellenebilir. Çok vuruşluk işlemcide:

• AMB hem adres hesabı hem program sayacını arttırmak için kullanılır.
• Denetim işaretleri sadece buyruk tarafından belirlenmez.
• Denetim için sınırlı durum makinası kullanılır.

[değiştir] MİB tasarım mantığı

MİB tasarımında bazı temel mantıklar kullanılır. Bunlar:

• Yapısal olmayan rastgele mantık
• Sonlu durum makinaları
• Mikroprogramlama
• Programlanabilir mantık dizisi

şeklinde sıralanabilir.

[değiştir] Tasarım hedefleri

Tasarım genel olarak aşağıdaki işlemleri kapsar:

• İşlemci mimarisi ve başarım modellemesi
• Tasarım ve doğrulama
• Önemli bileşenlerin tasarımı (önbellek, yazmaç, AMB)
• Mantık kapılarının tasarımı
• Devre elemanlarının eşzamanlı çalışması
• Fiziksel tasarım
• Bütünleşebilirlik ve üretilebilirlik

İyi tasarlanmış bir işlemcinin özellikleri şunlardır:

• Yüksek başarım
• Düşük maliyet
• Az güç tüketimi
• Uyumluluk

[değiştir] Başarım ve karşılaştırmalı değerlendirme

İşlemcileri karşılaştırırken saat sıklığının belirleyici olmadığından bahsetmiştik. İşlemci hızlarını karşılaştırmak için test programları geliştirilmiştir. Bunların en meşhurları Standard Performance Evaluation Corporation tarafından geliştirilen SPECint ve SPECfp ve Embedded Microprocessor Benchmark Consortium tarafından geliştirilen ConsumerMark'dır.1 İşlemcileri karşılaştırırken tasarımcılar değişik kıstaslara başvurur. Bazıları buyruk başına çevirimi, bazıları watt başına başarımı,bazıları birim para başına başarımı, bazıları ise işlem için geçen zamanı işlemcileri karşılaştırmada kullanır.

[değiştir] Ayrıca bakınız

Merkezi işlem birimi
Moore Yasası
Amdahl Yasası
Mikroişlemci
Çoklu işleme

[değiştir] Dış bağlantılar

TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Bilgisayar Mimarisi ve Organizasyonu dersi sayfası

Bu madde ya da bir kısmı, Vikipedi standartlarına uygun değildir ve bu nedenle düzenlenmesi gerekmektedir. Maddeyi Vikipedi standartlarına uygun biçimde düzenleyip, geliştirerek Vikipedi'ye katkıda bulunabilirsiniz. NOT:Gerekli değişiklik yapılmadan bu şablon kaldırılmamalıdır. Bu madde Aralık 2007 tarihinden beri, düzenleme isteğiyle etiketlidir.