CPU'nun (Central Processing Unit,
Merkezi İşlem Birimi), bilgisayarlarımızın temel parçası olduğunu
rahatlıkla söyleyebiliriz.
Bir sistemdeki herhangibir parça ne işe
yararsa yarasın mutlaka işlemciye (yazının daha başı ama kalan bölümde
CPU yerine hepimizin
kullandığı işlemci kelimesini kullanacağım)
bağımlı olarak çalışır.
Klavyedeki tuşlara her basışınız, yaptığınız
her fare hareketi bile bir şekilde işlemciye uğrar.
Kullandığınız
işlemci, herşeyden önce sisteminizin performansını ve
kullanabileceğiniz işletim sistemlerini belirler. Hatta çoğumuz
bilgisayar alırken ilk önce işlemciyi belirleriz.
Şimdi AMD - Intel
savaşını (çok istediğinizi biliyorum ama bu yazının amacına pek uygun
değil) bir yana bırakıp işlemcilerin nasıl çalıştığına bir göz atalım.
Mantık Kapıları ve Boolean Mantığı
Hangi işlemciyi kullanırsanız kullanın çalışma prensibi aynıdır:
Hangi işlemciyi kullanırsanız kullanın çalışma prensibi aynıdır:
Bir işlemci elektriksel sinyalleri 0
ve 1 (ikili sistemle çalışan bilgisayarlarımız için anlamlı olan tek
değerler) şeklinde alır ve verilen komuta göre bunları değiştirerek
sonucu yine 0'lardan ve 1'lerden oluşan çıktılar halinde verir.
Sinyal
yollandığı zaman ilgili hatta bulunan voltaj o sinyalin değerini verir.
Örneğin 3.3 voltla çalışan bir sistemde 3.3 voltluk bir sinyal 1, 0
voltluk bir sinyal de 0 değerini üretir.
İşlemciler aldıkları sinyallere göre karar verip çıktı oluştururlar. Karar verme işlemi her biri en az bir transistörden oluşan mantık kapılarında
İşlemciler aldıkları sinyallere göre karar verip çıktı oluştururlar. Karar verme işlemi her biri en az bir transistörden oluşan mantık kapılarında
yapılır. Transistörler,
girişlerine uygulanan akım kombinasyolarına göre devreyi açıp
kapayabilen ve bu sayede de elektronik bir anahtar görevi gören
yarıiletken devre elemanlarıdır. Modern işlemcilerde bu
transistörlerden milyonlarca tanesi aynı anda çalışarak çok karmaşık
mantık hesaplarını yapabilirler.
Mantık kapıları karar verirken (yani
akımın geçip geçmeyeceğini belirlerken) Boolean Mantığı'nı kullanırlar.
Temel Boolean operatörleri AND (ve), OR (veya) ve NOT'tır (değil). Bu
temel operatörlerle birlikte bunların değişik kombinasyonları
kullanılır, NAND (not AND) gibi.
Bir AND kapısının 1 değerini verebilmesi (yani akımı iletebilmesi için) iki girişindeki değerin de 1 olması (yani iki girişinde de akım olması) gerekir. Aksi takdirde 0 değerini verecek; yani akımı iletmeyecektir. OR kapısında ise akımın iletilmesi için girişlerin ikisinde de akım olmalı veya ikisinde de akım olmamalıdır. NOT kapısı ise girşindeki değerin terisini çıkışına verir.
Bir AND kapısının 1 değerini verebilmesi (yani akımı iletebilmesi için) iki girişindeki değerin de 1 olması (yani iki girişinde de akım olması) gerekir. Aksi takdirde 0 değerini verecek; yani akımı iletmeyecektir. OR kapısında ise akımın iletilmesi için girişlerin ikisinde de akım olmalı veya ikisinde de akım olmamalıdır. NOT kapısı ise girşindeki değerin terisini çıkışına verir.
OR Kapısı
AND Kapısı
NOT Kapısı
NAND kapıları çok
kullanışlıdır, çünkü bu kapılar sadece iki transistör kullanarak üç
transistörlü AND kapılarından daha fazla işlevsellik sağlarlar.
NAND Kapısı
Bunların
yanında NOR (not OR), XOR (eXclusive OR) ve XNOR (eXclusive not OR)
gibi değişik kapıların değişik kombinasyonlarından oluşan ve çok daha
farklı aritmetik ve mantık işlemleri için kullanılan kapılar vardır.
Bu mantık kapıları dijital anahtarlarla beraber çalışırlar. Oda boyutundaki bilgisayarların zamanında bunlar bildiğimiz fiziksel anahtarlardı fakat günümüzde MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) denen bir çeşit transistör kullanılır.
Bu mantık kapıları dijital anahtarlarla beraber çalışırlar. Oda boyutundaki bilgisayarların zamanında bunlar bildiğimiz fiziksel anahtarlardı fakat günümüzde MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) denen bir çeşit transistör kullanılır.
Bu transistörün basit ama hayati
öneme sahip bir görevi vardır: Voltaj uygulandığında devreyi açarak
veya kapatarak tepki verir. Genel olarak kullanılan MOSFET türü, üst
sınırda veya ona yakın voltaja sebep olan bir akım uygulandığında
devreyi açar, uygulanan voltaj 0'a yaklaşınca da devreyi kapatır. Bir
programın verdiği komutlara göre milyonlarca MOSFET aynı anda çalışarak
gerekli sonucu bulmak için akımı gerekli mantık kapılarına yönlendirir.
Her mantık kapısı bir veya daha fazla transistör içerir ve her
transistör akımı öyle kontrol eder ki, sonuçta devre kapalıyken açılır,
açıkken kapanır veya mevcut durumunu korur.
AND ve OR kapılarının şemalarına bakarak nasıl çalıştıkları hakkında fikir sahibi olabiliriz.
AND ve OR kapılarının şemalarına bakarak nasıl çalıştıkları hakkında fikir sahibi olabiliriz.
Bu iki
kapıda iki sinyal alıp onlardan bir sinyal üretir.
AND kapısından akım
geçmesi için girişlerine uygulanan sinyallerinin ikisinin düşük de
voltajlı (0) veya ikisinin de yüksek voltajlı (1) olması gerekir.
OR
kapısında ise giriş sinyallerinden birinin değerinin 1 olması
yeterlidir akımın geçmesi için.
Her girişteki elektrik akışını o girişin transistörü belirler. Bu transistörler devrelerden bağımsız ayrı elemanlar değillerdir.
Her girişteki elektrik akışını o girişin transistörü belirler. Bu transistörler devrelerden bağımsız ayrı elemanlar değillerdir.
Çok miktarda transistör yarı-iletken bir
maddenin (çoğu zaman silikonun) üzerine yerleştirilip kablolar ve dış
bağlantılar olmadan birbirine bağlanır. Bu yapılara entegre devre denir
ve ancak bu entegre devreler sayesinde karmaşık mikroişlemci
tasarımları yapılabilir.
Güncel işlemciler mikroskobik boyuttaki transistörlerin dirençler, kondansatörler ve diyotlarla bir araya getirilmesinden oluşan milyonlarca karmaşık mantık kapısından oluşur.
Güncel işlemciler mikroskobik boyuttaki transistörlerin dirençler, kondansatörler ve diyotlarla bir araya getirilmesinden oluşan milyonlarca karmaşık mantık kapısından oluşur.
Mantık kapıları entegre devreleri oluştururken entegre devreler
de elektronik sistemleri oluşturur.
A Clockwork Orange (1972)
This image has been resized. Click this bar to view the full image.
