MİKROİŞLEMCİLERİN TARİHİ GELİŞİMİ

   MİKRO İŞLEMCİLERİN TARİHSEL GELİŞİMİ

Bilgisayarlarda ve diğer mikroişlemcili sistemlerde, aritmetik veya mantık işlemlerinin yapıldığı ve yapılan işlemlerin denetlendiği birim, ‘merkezi işlem birimi’ veya‘mikroişlemci’ olarak adlandırılır.Diğer bir bakış açısıyla mikroişlemci; ikili sayılar şeklinde kodlanmış komutları ve verileri işlemek veya yorumlamak için gerekli mantıksal devreleri içeren, milyonlarca transistörden meydana gelen elektronik bir elemandır. Bu elektronik eleman ince bir silikon tabaka üzerinde çok ince yollarla birbirine bağlanmış milyonlarca transistörden oluşur. Birkaç milimetre karelik bir mikroişlemci entegresi içerisinde on milyonlarca transistör bulunur.

Mikroişlemcili sistemlerin kalbi olarak kabul edilen mikroişlemciler, genel amaçlı elemanlardır ve farklı uygulamalarda amaca uygun olarak kullanılırlar. Kullandığımız bilgisayarlar ister masaüstü , ister sunucu, isterse de dizüstü bilgisayar olsun tüm cihazlarda temel eleman mikroişlemcidir. Diğer taraftan, kullandığımız mikroişlemci bir Pentium, bir K6, bir Powerpc, bir Sparc, bir Alpha yada herhangi bir marka olabilir, ancak tüm işlemciler benzer işlemleri benzer yöntemlerle gerçekleştirirler. İşlemleri yerine getirmede mantıksal devreleri kullanan mikroişlemcilerde temel elektronik eleman olarak transistör kullanılır.

Mikroişlemcili sistemlerin ve mikroişlemcili sistemler ailesinin bir bireyi olan bilgisayarın en önemli parçası olan bu elektronik eleman, başlangıçtan günümüze kadar hızlı bir gelişim süreci geçirmiştir. 

Mikroişlemcilerin Tarihsel Gelişimi 

Bilgisayarın en önemli parçası mikroişlemci, çok karmaşık bir yapıya sahiptir ve günümüzde Intel, Motorola, AMD, Siemens, NEC, IBM, CYRIX, v.b. firmalar tarafından geliştirilmekte ve piyasaya sürülmektedir. Günümüz mikroişlemcili sistemlerinde yaygın olarak kullanılan mikroişlemciler; Intel tarafından üretilen ‘Pentium X’ ve AMD tarafından üretilen DURON ve ATHLON serileri ile Motorola tarafından üretilen ve yeni macintochlarda kullanılan ‘PowerPC’ ve eski macintoch kullanılan ‘M680XO’ kodlu mikroişlemciler olmakla birlikte, diğer firmaların ürettikleri mikroişlemcilerde piyasada kullanılmaktadır. Intel ve Motorola’ nın ürettikleri dışında önemli mikroişlemci mimarileri olarak; ‘Digital’ ve’Compag’ ın makinalarında kullanılan ‘Alpha’ ailesi, Sun firmasının ‘Sparc’ işlemcileri, Silicon Graphics ‘in MIPS Rx000 serisi, Hawlett Packart’ın ‘Parisc’ mikroişlemcileri sayılabilir.

64 bit mikroişlemcileri anlatmadan önce, mikroişlemcinin günümüze gelinceye kadar geçirdiği aşamalara özet olarak burada değineceğiz.

Mikroişlemcilerin tarihi gelişimini, bir kerede işleyebilecekleri bit sayısına göre sınıflandırılmalarını referans alarak anlatacağız. Çünkü , mikroişlemcinin bir kerede işleyebileceği bit sayısında olan gelişim, mikroişlemcinin tarihi gelişimi ile paralellik göstermektedir.

Mikroişlemciler, bir kerede işleyebildikleri bit sayısı referans alınarak 4 grup altında incelenebilir.

- 8 bit mikroişlemciler
- 16 bit mikroişlemciler
- 32 bit mikroişlemciler
- 64 bit mikroişlemciler

8 Bit Mikroişlemciler 

Merkezi işlem biriminin tek bir entegre içerisine yerleştirilmesi ile ilk mikroişlemci üretimi başladı. İlk mikroişlemci hesap makinasında kullanılmak üzere 1971 yılında Intel tarafından üretilen 4004 mikroişlemcisi idi.2300 transistöre, 108 khz çalışma hızına, 0,06 MIPS gücüne 4 bit kelime işleme kapasitesine ve 640 Byte bellek bölgesi adreslemekapasitesıne sahip bir işlemci idi.

Daha sonra Intel 1972 yılında ilk 8 bit işlemci olan 8008 işlemcisini üretti.üretilen bu iki işlemcide özel uygulamalar için üretilmişti. İlk üretilen bu iki işlemciye olan talep 8 bitlik ve daha fazla bellek bölgesi adresleme kapasitesine sahip 8080 işlemcisinin genel amaçlı olarak 1974 yılında piyasaya süsülmesini sağladı. Kısa süre içerisinde 8 bitlik işlemciler için endüstri standardı olan 8080 mikroişlemcisini, 1976 yılında piyasaya sürülen ve 8080 nin gelişmiş versiyonu olan 8085 işlemcisi takip etti.

Bu arada Motorola firması da 6800 işlemcisini piyasaya sürdü.bu işlemci 8080 işlemcisine göre daha üstün özelliklere sahip idi. 1970 li yıllarda yaygın olarak kullanıldı.
Ayrıca Zilog firmasının Z80 ve Mostek firmasının 6502 işlemcileri (8 bit) de piyasaya sürüldü.

16 Bit Mikroişlemciler 

İlk 16 bitlik işlemci, 1978 yılında Intel tarafından NMOS teknolojisi ile üretilen 8086 işlemcisidir. 8086 işlemcisi, hem dahili hem de harici veri iletiminde 16 bit kullanmaktaydı. 8086 işlemcisi, 1970 li yılların sonunda ‘Display writer’, ‘System 23 DataMaster’ , v.b. kelime işlemcilerde ve mini bilgisayarlarda kullanıldı. 8080/8085 ile 8086 işlemcileri uyumlu değildi.

8086 işlemcisini, 1979 yılında Motorola’ nın ürettiği 6809 ve 68000 serisi mikroişlemciler takip etti. 68000 serisi mikroişlemciler, eski mikroişlemciler ile uyum problemini düşünmüyordu ve tamamıyla yeni bir yapıya sahipti. Diğer firmalarda 16 bitlik işlemci üretmesine rağmen, en yaygın kullanılan 16 bitlik işlemciler, Intel 8086 serisi ile Motorola’ nın ürettiği 68000 serisi mikroişlemcilerdi.

Daha sonra 1984 yılına ilk 32 bit işlemci üretilene kadar birçok modelde 16 bit işlemci birçok firma tarafından geliştirildi. Fakat en çok Motorola ve Intel yaygın olarak kullanıldı 

32 Bit Mikroişlemciler 

32 bit işlemciler çok farklı özelliklere-yapılara sahip olarak üretildi. Çok farklı ürüne sahip 32 bit işlemcilerin en önemlilerine burada değineceğiz.

Mikroişlemcilerde yaşanan gelişmeler, 32 bit veri ve adres kullanan ve gerçek 32 bit mikroişlemciler olarak isimlendirilen işlemcileri doğurdu. İlk 32 bit işlemci olarak Bell Lab ve Hewlett-Packard tarafından üretilen 32 bitlik işlemciyi takiben 1984 yılında Motorola tarafından 68020 ve 1985 yılında Intel tarafından 80386 mikroişlemcileri üretildi.

80386 işlemcisi veri ve adres için 32 hattan oluşan yol kullanıyordu ve haberleşme 32 bit olarak gerçekleştiriliyordu. Adresleme için 32 bit kullanılması, kullanılabilecek bellek alanlarını genişletti. Ve genişleyen bellek alanları geniş yazılımların geliştirilmesine imkan tanıdı. 32 bitlik işlemcilerde kullanılan yeni teknikler ile Terabayt bellek kapasitesine kadar bellek bölgesini adresleyebilirler.

32 bitlik işlemcilerden Intel tarafından üretilenler IBM uyumlu AT tipi şahsi bilgisayarlarda, Motorola tarafından geliştirilenler ise iş istasyonlarında (Workstation – Sun,HP,v.b.) kullanıldılar.Gelişen PC pazarının etkisi ile 32 bitlik birçok farklı özellikte işlemci üretildi. Bunların arasında 1990 lı yıllara doğru en çok tutulanı Intel’ in ürettiği 80486 işlemcisi oldu. 1990 yılların başında mikroişlemci pazarında büyük bir Intel ve Motorola çekişmesi vardı. Fakat Microsoft’ un da yazılım desteğini arkasına alan Intel bu yıllarda bu pazarın tartışmasız lideri oldu. Bu yüzden Intel’ in 1990 yıllarda ürettiği 32 bitlik işlemcilere ayrı bir bölüm ayırdık. Intel Tarafından Üretilen İşlemciler 

Intel’ in ürettiği Kompleks Komut Setli Bilgisayarlar (CISC) mimarisine sahip işlemcilerin son halkasını oluşturan Pentium işlemciler, Intel X86 işlemci ailesinin devamı olmakla birlikte çok daha karmaşık bir yapıya sahiptiler. Pentium işlemcisinin 90’ lı yılların başından beri gösterdiği hızlı gelişim bilgisayar teknolojisinin hızlı gelişimine güzel bir örnektir. Pentium işlemciler ‘Superscalar’ teknoloji kullanır. Ve çoklu komutları paralel işleme özelliğine sahiptir.

İlk Pentium işlemcisi (P54) Mart 1993 yılında piyasaya sürüldü. İlk başta 60 ve 66 Mhz de üretilen bu işlemciler daha sonraları 90, 100, 120, 133, ve 200 Mhz hızlarda üretildi. 8 K lık komut kodu önbelleği ve 8 K lık veri belleği önbelleğine sahip Pentium işlemcilerde ana kaydediciler 32 bitlik olmasına karşın 32 bitlik dahili veri yolları ile 32 veya 64 bitlik harici veri yolu bulunmaktadır. Pentium işlemcilere eklenen en önemli özellik işlemcinin ve çevre birimlerinin güç tüketimini kontrol eden ‘Sistem yönetim birimi’ dir. 

Pentium Pro işlemcisi 

Kasım 1995 da piyasaya sürülen Pentium Pro işlemcisi Pentium MMX işlemcisini takiben farklı bir mimari yapıyla üretilmiştir. Pentium Pro(P6) işlemcisi, ‘dinamik dallanma teknolojisi’ olarak tanımlanan bir teknoloji kullanıyordu. Eklene 4 adres hattı ile doğrudan adreslenebilir bellek alanı 4 GB’ tan 64 GB’ ta çıkartıldı. Ve işlemci içerisine L2 önbellek yerleştirildi. Bu işlemci maalesef fiyatının yüksek olması ve 32 bit optimizasyonu nedeniyle piyasada tutunamadı.

Pentium 2 İşlemcisi 

Pentium Pro ve MMx işlemcilerinde kullanılan teknolojinin birleştirilmesi ile 1997 yılı mayıs ayında üretilen işlemci Pentium 2 olarak adlandırılır. Intel Pentium 2 işlemcisini farklı ürün seçenekleri ile piyasaya sürdü. (L1 ve L2 önbellek kapasitesi, kullanılan çekirdek yapısı, desteklenecek FSB hızı, v.b.) Pentium 2 işlemcisinin çalışma gerilimi düşürülerek, daha az güç tüketimi ile daha hızlı çalışması ve daha az ısınması hedeflendi. Pentium 2, Pentium Pro, Celeron, Xeon, Pentium 3, K6, Athlon işlemciler hep 32 bit işlemci ailesinin üyeleridir.

Pentium 2 işlemcileri L1(32K-16K/16K) önbellek yanında L2(512K) ikinci önbelleğe sahiptir. İkinci önbellekte 256K, 512K, 1MB, ve 2MB seçenekleri bulunmaktadır.pentium 2 işlemcisi ile gelen diğer yenilik soket tipi yerine farklı seçeneklere sahip slot tipi (387 pinli) paketleme tekniğinin kullanılmasıdır.

Pentium 2 ile aynı zaman dilimi içinde üretilen ve Pentium2 ailesi içerisinde düşünülen Celeron işlemcisi, giderek güçlenen ve Pazar payı artan AMD ve CYRIX firmalarının ürettiği ucuz işlemcilerin Pazar payını daraltmak için Intel tarafından piyasaya sürüldü.

Pentium 3 İşlemcisi 

Intel tarafından 1999 başında piyasaya sürülen ve Pentium 3 işlemcisine ileri görüntü işleme, 3D, ses/resim işleme ve ses tanıma gibi uygulamalar için 70 tane yeni komut eklendi. Pentium 3 işlemcisi 450 Mhz ile 1.4 Ghz arasında farklı saat frekanslarında, 100 Mhz ve 133 Mhz olmak üzere iki farklı ‘bus’ hızında, 4 farklı paket yapısında ve 3 farklı çekirdek mimarisinde üretildi.Pentium Pro ve MMX işlemcilerinde bulunan teknolojileri kullanan Pentium 3 işlemcisi, internet hizmetleri ve ağ erişim güvenliği için planlanan yapılardan ilki olan ‘işlemci seri numarası’ işlemini içerir. Bununla beraber, Pentium 3 lerde bulunan en büyük özellik; MMX komut setine eklenen ISSE( Intel Streaming SIMD Extension) setine sahip olması idi.

Bu arada Intel’in Pentium 4 işlemcilerini geliştirmeden önce yaşadığı olayları özetlememiz, Intel ile AMD arasında yarışın ne denli çetin geçtiğini ve bu rekabetin biz kullanıcılara ne kadar faydalı olduğunu anlamamız açısından önemlidir. 2000 yılı sonunda Intel firması planlarını değiştirmek zorunda kaldığı bir şaşkınlık dönemi yaşadı. Intel ‘Coppermine’ çekirdekli Pentium işlemcisini piyasaya süreceğini anons etmişti ama bunu belirli bir süre sonra yapacaktı. Mart 2001’de AMD’ nin 1Ghz’ lik Athlon işlemcisini piyasaya sürmesi, Intel’i planlarında değişiklik yapmaya zorladı. Ve AMD’ den işlemci çalışma hızı olarak geride kalmak istemeyen Intel’ in Pentium 3 1Ghz lik işlemcisini planlanandan çok daha erken olarak piyasaya sürmesini sağladı. 

AMD firması kısa aralıklarla ile hızı arttırmaya devam ederken Intel uzun süre yeni işlemci piyasaya sürmedi. Daha sonra Intel 1.13 Ghz lik işlemcisini piyasaya sürdü. Ancak yapılan performans testlerinde bu işlemcide bulunan birimleri/parçaların işlevlerini istenilen güvenlikte/ hızda gerçekleştiremediği belirlendi.Intel bu işlemcilerin hatalı olanlarını geri çekmek zorunda kaldı.

PENTİUM 4 İŞLEMCİSİ 

İntel ürettiği işlemcilerin AMD tarafından üretilen işlemciler ile hız farkına, iki farklı gelişme / yenileşme ile cevap vermeye çalıştı. Thunderbird-çekirdek ve polemine çekirdekli athlon lar ile aynı hıza ve özelliklere sahip 0,13 mikron teknolojisi kullanan tualitin çekirdekli pentium3 işlemcisini üretmesi yanında yedinci kuşak işlemci olarak pentium4 işlemcisini tanıttı.planlanandan çok kısa bir süre sonra piyasaya sürülen pentium4 işlemcisinde başlangıçta 0,18 mikron teknolojisi kullanıldı.

Pentium4 ün piyasaya sürümü ile acıklanan rambus RDRAM bellekler ile kullanbileceği özelliği, belirten belleklerin pahalı olması nedeniyle önemli bir sakınca idi. Kasım 2000 tarihinde 1,3GHz , 1,4GHz ve 1,5GHz hızlarına sahip işlemciler piyasaya sürülsede, belirtilen işlemcilerin soket 423 yapısını kullanmaları hataydı ve kısa süre içerisinde soket 478 yapısına geçiş yapıldı. İlk pentium4 işlemciler aynı çalışma frekansına ( hıza ) sahip athlon işlemcilerden ve pentium3 lerden daha düşük performans gösterse de, intel firması ilk Pentium4 işlemcileri ile hız konusundaki liderliğini tekrar ele geçirdi.

Pentium işlemcilerin karşılaştırılması

Pentium4 işlemcilerin yüksek çalışma hızlarını destekleyebilecek bir yapıya sahip olduğu iddia edilerek, Copermine çekirdek yapısında yapılan değişiklikler ile üretildi ( compermine mimarisi 2GHz e çalışma hızını destekliyebiliyordu ) Netburst olarak isimlendirilen yeni yapı, SSE2 olarak isimlendirilen komut setini destekliyor ve yeni yapının 10-15 GHzz e kadar kullanabileceği ifade ediliyor.
İntel, mikroişlemci pazarındaki rakibi AMD nin yakaladığı başarıyı Pentium4 mikroişlemcisinin sahip olduğu üstünlükler ile ele geçirmeye çalışıyor. Penium4 ü üstün yapan etkenlerden biri olan netburst çekirdek mimarisi, Pentium pro dan sonra gerçekleştirilen ilk model olma özelliği taşıyordu. İlk Pentium 4 lerde 0,18 mikron teknolojisi kullanılıyordu ve 42 milyon transistör içeriyordu.

Pentium4 işlemcilere kullanılan mimari yapılarını inceleyelim.

PENTİUM4 MİKROİŞLEMCİSİNDE KULLANILAN FARKLI VERSİYONLAR /ÇEKİRDEK YAPILARI

İlk üretilen netbust mimarisini takip eden pentium4 işlemcisi iki farklı çekirdek yapısı kullanılarak üretildi: 0,18 mikron williamette-çekirdek ve 0,13 mikron nortwood-çekirdek yapısına sahip işlemciler. Her iki çekirdek yapısına sahip işlemciler iki farklı soket yapısında; soket 423-pin PGA-423 ( soket 423 ) ve daha küçük 478-pin PGA-478 ( soket 478 ) üretilmelerinin yanında , üç frklı FSB hızında 400 MHz, 533 MHz ve 800MHz seçenekleri ile üretilmektedirler.

Williamette-Çekirdekli Mikroişlemciler 

Wlliamette-çekirdekli pentium4 işlemciler 256KB L2 önbelleğe sahiptir ve 400 MHz FSB hızı kullanılmaktadır. williamette-çekirdekli işlemciler soket 423 vesoket 478 yapilarında 1,30-2GHz arasındaki çeşitli saat hızlarında üretildiler. williamette-çekirdekli işlemciler 42 milyon transistör içeriyordu ve 217 mm2 yüzey alanına sahipti.

Nortwood-Çekirdekli Mikroişlemciler

Nrtwood-çekirdekli Pentium4 işlemciler 512 KB L2 önbeleğe sahiptir. Ve 400/533/800 MHz FSB hızını kullanmaktadırlar. Yalnızca soket 478 yapısına sahip olan nortwood-çekirdekli mikroişlemciler 1,6-3,2 GHz arasında çok farklı hızlarda üretildiler ve yeni üretilecek işlemcilerinde buçekirdek yapısında üretilmesi planlanıyor. nortwood-çekirdekli mikroişlemciler ilk işlemciler 55 milyon transistör içeriyordu ve 146 mm2 yüzey lanına sahipti.

Prescott-Çekirdekli Mikroişlemciler ve Yeni Çekirdek yapıları

Pentium 4C ailesinin yeni yeni geliştirilen üyelerinden birisi i0,09 mikron teknolojisi ile üretilen ve 800 MHz FSB hızına sahip olan Prescott işlemcisi 16 KB L ve 1MB L2 önbelleğe sahip olan prescott’ta Hyber treading II’ desteğinin yanı sıra Prescott Iew Istructoon-PNI adında 13 komutluk yeni bir komut seti bulunuyor.

Prescott çekirdeği kullanan 533 MHz FSB hızında ve 256 K L2 önbelleğe sahip olacak celeronişlemciler celeronun ihityacını karşılayacağını düşünen kullanıcılar için piyasada uygun yapıda olacak.Prescott yapısından sonra Intel’in üreteceği yeni yapının adı Tejos olacak 775 pine, 24 KB L1 ve 1MB L2 önbelleğe 7.2 GHz çalışma hızını destekleyecek yapıyai8 yeni komutai 800 MHz/1200MHz FSB hızına sahip olacak Tejos işlemcilerde FSB hızının 1200MHz’e ve L2 önbelleğin 2 MB’a çıkarılması, yanında Dolby Dijital ve DVD Auidio özelliklerini desteklemesi bekleniyor.