INTEL Mikroişlemcilerinin Tarihi

1. GİRİŞ

Bir mikroişlemci tüm devresi etrafında kurulu bilgisayar, mikrobilgisayar olarak adlandırılır. Bir mikrobilgisayarın mikroişlemcisi, I/O ve bellek birimleri, teknolojiye ve uygulamaya göre devamlı değişim göstermektedir. Günümüzde mikroişlemciler çoğunlukla bilgisayarlarda kullanılmaktadır. Teknolojinin gelişimi doğrultusunda, daha önce mikroişlemci tümdevresi dışında olan, pek çok I/O ve bellek alt birimleri, CPU üzerine taşınmıştır.

1978/1979 yıllarında üretilen ilk 8086/8088’den başlayıp 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III ve Pentium IV mikroişlemcilerine uzanan geniş bir ürün yelpazesine sahip olan Intel x86 mikroişlemci ailesi tarihteki en başarılı mikroişlemci ailesi olmuştur. Bunda çeşitli faktörler rol almıştır, fakat en büyük neden, şüphesiz 1981 yılındaki ilk PC’de IBM firmasının 8088 mikroişlemcisini seçmesi olmuştur. O tarihten itibaren, IBM ve bir çok firma bu işlemcileri PC’lerde kullanmaktadır. PC’lerin dünyada yaygın olarak kullanılması , bu işlemcilerin başarısında en büyük neden olmuştur.

1.1. Intel X86 Mimarisi

Mikroişlemciler mimari yapılarına göre farklılık gösterir. Ortak bir mimariye sahip işlemciler, komutları tanıdıkları için, aynı programları çalıştırabilir. Bir mikroişlemcinin tanıdığı komutlar, yani komut kümesi o mikroişlemci mimarisinin en temel özelliklerinden biridir. Diğer önemli bir mimari özellik mikroişlemcinin dahili kaydedici kümesidir. Kaydediciler, mikroişlemcinin çalışması sırasında, geçici verilerin saklandığı bellek hücreleridir. Bu bellek hücreleri işlemcinin içindedir. Farklı komut ve kaydedici kümesine sahip mikroişlemciler genelde birbirlerinin programlarını çalıştıramazlar.

Günümüzde en popüler mikroişlemci mimarisi Intel x86 ailesine ait mimaridir. Bunda çok yaygın olarak kullanılan IBM PC’ler büyük bir rol oynamıştır. Intel x86 işlemcilerin, PC‘lerde ve ayrıca bir çok elektronik üründe çok yaygın olarak kullanılması, bu aileyi, endüstri ve eğitim için çok önemli bir konuma getirmiştir.

Bu ailenin ilk işlemcisi 1978 yılında üretilen 8086’dır. O zamanlardan günümüze, x86 işlemcileri önemli bir değişim gösterdi. Bu ailenin önemli kilometre taşları olan işlemciler sırasıyla şunlardır: 8086/8088, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III ve Pentium IV işlemcileridir.

Bugün, mikroişlemci ve mikrodenetleyici üreten irili ufaklı pek çok firma bulunmaktadır. Bunların en önemlileri, Intel ve Motorola firmalarıdır. x86 ailesinin lokomotifini çeken Intel firması olmasına rağmen, günümüzde Intel dışında x86 mikroişlemcisi üreten, AMD, Cyrix, Centour ve Rise Tecnology gibi firmalar bulunmaktadır.

Intel x86 ailesinin dışında, diğer önemli mikroişlemci mimarilerinden bazıları şunlardır: Modern Macintosh‘larda bulunan Power PC, eski Mac’lerde bulunan 680×0 serisi, Digital ve Compact’ın güçlü makinelerinde kullanılan Alpha ailesi, Sun firmasının SPARC işlemcileri, Silicon Graphics’in MIPS RX000 serisi, HP’in PARISC’i önemli mimariler olarak sayılabilir. Bu mimarilerin hiç biri kendi aralarında ve aynı zamanda x86 ile uyumlu değildir.

1.2. Intel Ailesinin Gelişimi

Intel firması 1968 yılında bellek tümleşik devreleri yapmak üzere kuruldu. Üretecekleri bir hesap makinesi için CPU tümleşik devresi isteyen, hesap makinesi üreten bir firmanın talebi; ve yine üretecekleri bir terminal için özel bir tümleşik devre isteyen, diğer bir firmanın istediklerini karşılamak için, Intel firması 4004 (1971) ve 8008 (1972) CPU’larını üretti.

Mikroişlemciler ve mikrobilgisayarların sınıflandırılmasında en temel ölçü, mikroişlemcinin tümleşik devre üzerinde işlem yaptığı en uzun verinin bit sayısı, yani kelime uzunluğudur. 4-bit işlemci olan 4004 ve 8-bit işlemci olan 8008’den başlayarak, mikroişlemciler ve mikrobilgisayarlar için, 4-bit, 8-bit, 16-bit, 32-bit ve 64-bit gibi veri uzunluk standartları doğmuştur.

Intel, bu ilk müşterilerinden başkasının, 4004 ve 8008 tümleşik devrelerine ilgi göstereceklerini tahmin etmediği için, üretim hattını düşük kapasiteli tutmuştur. Fakat tahminlerin aksine, bu tümleşik devrelere çok büyük bir ilgi oldu. Bunun sonucu ve aynı zamanda 8008’in 16 KB’lık bellek limitini aşmak amacıyla, Intel firması 1974 yılında genel amaçlı 8080 CPU’sunu üretti. Birden bu tümleşik devreye büyük bir talep oldu ve kısa bir süre içinde 8080, 8-bit mikroişlemci endüstri standardı oldu. Intel, iki yıl sonra 1976’da gelişmiş bir 8080 işlemcisi olan 8085 piyasaya sürdü.

Intel 1978 yılında ilk 16-bit mikroişlemcisi olan 8086’yı üretti. 8086 daha önceki 8080/8085 ürününe bazı yönlerde benzemesine karşın, iki işlemci ailesi birbiri ile uyumlu değildi. Bir yıl sonra 1979’da üretilen, 8086’nın 8-bit veriyoluna sahip sürümü olan 8088, 1981 yılında üretilen IBM PC mikrobilgisayarlarının ilk işlemcisi olmuştur. Kısa sürede endüstrinin 16-bit mikroişlemci standardı olan 8086/8088, günümüze kadar uzanan pek çok ürünü ile x86 ailesi diye adlandırılan mikroişlemci ailesinin çekirdeği oldu.

Daha sonraki yıllarda x86 ailesinin diğer ürünleri, 80186/80188 ve 80286 üretildi. 80186 işlemcisi 8086’nın tümleşik devre üzeri çeşitli çevre birimlerine sahip olan sürümüdür. 80188 işlemcisi ise, 8-bit veriyoluna sahip bir 80186 işlemcisidir. Tasarımlarında fazla çevre birimi istemeyen 80186/80188 işlemcilerinin genelde değişmez bir programla, kontrol uygulamaları içinde yer alarak mikrodenetleyici gibi kullanılmaları amaçlanmıştır. Buna rağmen bu iki işlemci yaygın olarak kullanılmamıştır.

Uygulama çeşitlerine göre Intel mikroişlemcilerinin sınıflara ayrılması, 80186/80188 ve 8048/8051 işlemcilerinden sonra başlamıştır. Intel mikroişlemcilerinin gelişimi şekil 1.1 de gösterilmektedir.

8086/8088 işlemcilerinin 1 MB bellek ile sınırlı adres alanı, 1980’lerin ortalarına doğru bir çok uygulama için ciddi bir problem olmaya başlamıştı. Bu yüzden Intel, x86 çekirdeğinin bir üst uyumlu sürümü olan 80286 işlemcisini üretti. Bu işlemci, 16 MB’lık adres alanı ile beraber temel 8086/8088 komut kümesine sahipti. 80286, IBM PC/AT ve orta model PS/2 bilgisayarlarında kullanıldı ve daha önceki 8088 gibi büyük bir başarı kazandı.

Intel için bir sonraki adım, 1985 yılında üretilen, bir tümleşik devre üzerinde gerçek 32-bit CPU olan 80386DX oldu. 80286 gibi bu mikroişlemcide çok yaygın olarak kullanıldı. 1988 yılında, harici 16-bit veriyoluna sahip 80386SX işlemcisi üretildi.

80486, 80386’nın bir üst uyumlu modeliydi. Bütün 80386 programları, 80486 makinelerinde bir değişiklik yapılmadan çalışabilecekti. Bu iki işlemci arasındaki temel fark, 80486’nın 80386’nın özelliklerine ek olarak, yardımcı işlemcisi olan bir kayan nokta birimine(FPU), 8 KB önbelleğe (cache) ve bir bellek yönetim birimine tümleşik devre üzerinde sahip olmasıdır. Ayrıca bir 80486, 80386’dan çok daha hızlıdır.
1993 yılında piyasaya sürülen Pentium, temel mimari olarak çok farklı bir mikroişlemci olmayıp, Intel’in yaklaşık her 2-3 yılda ürettiği yeni bir x86 işlemcisidir. Bu yapı IA-32 (Intel Architecture-32) olarak belirtilen 80386/80486 ile başlayan 32-bit mimarinin bir uzantısıdır. 1993 yılından sonraki Pentium işlemcilerinin hızları artmış, üzerlerindeki önbellek yapıları değişmiş ve kapasiteleri artmış. Bazılarında tümleşik devre üzeri komut bazılarında multimedya desteği sağlanmıştır. Ayrıca, yeni Pentium mimari yapılarında, daha başka, ileri düzeyde, detay farklılıklar da vardır. Bütün bu farklılıklara rağmen, 1978 yılından başlayan 8086/8088 işlemcilerindeki x86 çekirdeği, bu işlemcilerde de bulunmaktadır. Yeni işlemcilerde çalışacak eski programların uyumluluğu için bu mimari gelişim, Intel’in bütün x86 işlemcilerinde sağlanmıştır.

Pentium işlemcisiyle x86 ailesinin veriyolu uzunluğu 64-bit olmuştur. Intel, Pentium ile RISC mimari tasarım kavramlarından olan superscalar mimariyi kullanmaya başladı. Pentium da aynı anda bir saatte, iki tane iş-hatlı tam sayı birimi iki komutu ve bir tane iş-hatlı FPU birimi de bir tane kayan nokta komutu yürütülebilmektedir. Diğer bir RISC mimari birimi olan dallanma tahmini donanım yapısı, JUMP ve CALL komutlarıyla yapılan dallanmalarda önemli zaman kazançları sağlayarak çalışma performansını artırır. Bu işlemcide ayrıca yürütme performansını önemli olarak etkileyen tümleşik devre üzerinde birinci seviye (L1) ayrı 8 KB kod ve 8 KB veri önbellekleri bulunur.

Pentium Pro 8086/8088, 80286, 80386, 80486 ve Pentium işlemcilerinden sonra gelen 6’ıncı nesil olduğu için, ilk çıkması sıralarında P6 kod adıyla anılmış ve önemli mimari ekler sunmuştur. P6 mimarisi dinamik yürütme teknolojisi olarak belirtilen ve çoklu dallanma tahmini, veri akış analizi ve tahmini yürütme olarak temel üç fonksiyonlu mimari yapıyı içermektedir. Pentium Pro’ya dört yeni adres hattı daha eklenerek adres yolu 36-bit yapıldı. Bu sayede doğrudan adreslenebilir adres alanı 4 GB‘tan 64 GB’a artırılmış oldu. Intel firması ilk kez 256 K, 512 K veya 1MB olabilen L2 önbelleğini Pentium Pro işlemcinin üzerine yerleştirdi. Pentium gibi Pentium Pro da 8 KB‘ı kod, 8 KB’ı veri için toplam 16 KB’lık L1 önbelleğine sahiptir.

Intel firması bir PC’ye DSP özelliği kazandırmak için MMX olarak adlandırılan bir teknolojiyi, Pentium işlemcilerine 1997’den itibaren koymaya başladı. MMX teknolojisi multimedya işlemleri için 57 tane yeni komut sunmaktadır.

Intel Pentium II işlemcisi , Pentium Pro ve MMX teknolojilerinin birleşimi ile üretildi. Bu işlemcide bulunan 32 KB (16 KB/16KB) L1 önbellek yoğun olarak kullanılan veriye hızlı erişim sağlar. Ayrıca tümleşik devre üzerinde 512 KB’tan başlayan L2 ön belleği bulunur. Intel daha ucuz PC’ler ve sunucu makineleri için piyasaya ucuz (celeron) ve pahalı (xeon) Pentium II tabanlı iki farklı mikroişlemci sundu. Bu piyasa yaklaşımı daha sonraki Pentium III ve daha sonraki ürünlerde de devam etmiştir.

Pentium III mikroişlemcisi 1999 yılının başında Intel tarafından piyasaya sunulmuştur. Pentium III ile gelen önemli bir yenilik, “Internet Streaming SIMD Extensions” olarak adlandırılan bir yapıdır. Bu mimari yapı ile, ileri görüntü işleme, 3D, ses ve video ses tanıma gibi uygulamalarda kullanılabilecek 70 tane yeni komut eklenmiştir. Pentium III ayrıca P6 mikromimarisini dinamik yürütme, çoklu dallanma tahmini, veri akışı analizi ve tahmini yürütme çok işlemli sistem yolu ve Intel MMX teknolojisini içerir. Pentium III, PC ve Internet hizmetleri ve ağ erişim güvenliği için planlanan yapı bloklarından ilki olan işlemci seri numarası sunar.

Pentium IV her şeyi hız için düşünülmüş. Pentium IV, Intel’in 1995‘ten beri tamamen yenilenmiş x86 mikroişlemcisidir.

Şekil 1.1: Intel mikroişlemcileri gelişimi

2. INTEL MİKROİŞLEMCİ AİLESİ

Intel gerçek bir mikroişlemci üretimine ilk olarak 8080 le başladıktan sonra 8086 da artık temeller atılmış ve bundan sonra piyasaya çıkacak olan işlemciler bu mantıkla üretilecektir.

2.1. Intel 8086 Mikroişlemcisi

8086 1978 yılında 29 bin transistör ve 40 pinli paketten oluşan ilk 16-bitlik Intel mikroişlemcisidir. Daha sonra bu işlemciyi 8088 mikroişlemcisi, 8087 matematik işlemcisi ve 8089 giriş/çıkış (I/O) işlemcisi takip etmiştir.

Şekil 2.1: Intel 8086 mikroişlemci mimarisi

Şekil 2.1 de x86 ailesinin 16-bit çekirdek mimarisinin basitleştirilmiş bir gösterimi sunulmuştur. Mikroişlemci temel iki ayrı çalışma birimine sahiptir. Bu birimler: İcra birimi(EU) ve Veriyolu Bağdaştırma Birimi (BIU). EU komutları yorumlamakta ve yürütmektedir. BIU ise veriyolu işlemlerini gerçekleştirmektedir.

2.1.1. İcra birimi

EU, komut çözme ve komutları yürütme için bir kontrol birimine; aritmetik ve mantıksal işlemler için bir ALU’ya; genel amaçlı kaydedicilerde (AX, BX, CX, DX) ; işaretçi (SP,BP) ve indis (SI, DI) kaydedicileri ile bayraklar kaydedicisine sahiptir. EU içindeki kontrol birimi, makine dilindeki komutları yorumlamakta ve komutları yürütmek için gerekli işlemleri kontrol etmektedir. EU, komut byte’larını, BIU tarafından komut kuyruğuna yerleştirilme sırasıyla, komut kuyruğundan almaktadır. Eğer EU bellekten bir işleme ihtiyaç duyarsa veya bir sonucu bellekte saklamak isterse istenilen işlemi BIU ‘e yönlendirir. EU, işlem kodu okuma veya saklama işlemi için, BIU tarafından fiziksel adresi hesaplamada gerekenleri sağlamaktadır. ALU, işlemlerini, dahili veriyolu üzerinden, genel amaçlı kaydedicilerden, komut byte’larından, veya BIU‘dan almaktadır. ALU 8-bit veya 16-bit işlem yapma kapasitesine sahiptir.

2.1.2. Veriyolu bağdaştırma birimi

BIU, bütün harici veriyolu işlemlerini kontrol eden bir veriyolu kontrol birimine; EU için komut byte’larını tutan komut kuyruğuna; fiziksel bellek adresleri üretme için bir toplayıcıya; dört segment kaydedicisine (CS, SS, DS, ES); komut işaretçisine (IP) ve verileri geçici olarak saklamada kullanılan bazı dahili kaydedicilere sahiptir. BIU, bellek ve I/O işlemleri dahil, bütün harici veriyolu işlemlerini kontrol etmeden sorumludur. Tümleşik devre harici adres yolu, belli bir bellek hücresini veya I/O portunu seçmede kullanılır.

BIU, komut byte’larını okur ve onları EU için komut kuyruğuna yerleştirir. BIU en fazla 4 (8088 için) veya 6 (8086 için) byte komut kodunu önden okuyabilir. EU, bir veri okuma veya yazma işlemine ihtiyaç duymadığı veya program akışında bir dallanma olmadığı sürece, BIU komut byte’larını önden okuma için serbesttir. Bu şekilde komut önden okuma, BIU ve EU birimlerinin paralel çalışmasına imkan tanır. Bu sayede işlemcinin veri işlem hızı artar. Bu şekilde çalışan bilgisayar mimarisine iş-hatlı mimari denir.

2.1.3. 8086-8087 iletişimi

Bir 8086-8087 (ya da 8088-8087) sisteminde mikroişlemci ve CPU komutları eş zamanlı işlenebilir. Yani CPU bir komutu işlemekle meşgulken mikroişlemcide kendisi ile ilgili bir komutu işliyor olabilir. Ancak bazı işlemlerde mikroişlemcinin CPU ’ya yardımcı olması gerektiği için bu eş zamanlılık kısıtlıdır. Hem mikroişlemci hem de CPU komutları aynı veriyolundan aldıkları için ikisi arasında eşgüdüm sağlanması gerekir.

8086-8087 sistemlerinde her iki işlemcide veriyolu üzerinde gözüken komutu inceler. Bunu yapabilmek için her ikisinin de üzerinde aynı veriyolu bağdaştırma birimi (BIU) konmuştur. 8086, 8087 veriyolu arabirimine kendi öngetirme kuyruğunun durumuna ilişkin sinyaller yollayarak her iki işlemcinin de aynı komutu çözümlüyor olmasını güvenceye alır. Bütün CPU komutları 11011 bit dizisi ile başladığı için 8087’nin diğer komutları gözardı etmesi kolaydır. Aynı şekilde mikroişlemcide (belleğe erişim yapanlar dışındaki) tüm CPU komutlarını gözardı eder. Eğer veriyolundaki CPU komutu belleğe erişim yapan bir komut ise, mikroişlemci bellek adresinin en önemsiz byte’ını okur ve protokol gereği boş bir okuma yapar. Bu okuma, verinin veriyoluna çıkmasını sağlar ve 8087 bu değeri veriyolundan okur. Eğer adres bilgisi bir byte’tan daha uzunsa, 8087 veri yolunu 8086’dan devralır ve verinin kalan bölümünü bellekten kendisi okur. Daha sonra veriyolunun denetimini 8086’ya geri verir. İkisi de aynı eşgüdümlü veriyolunu kullandıkları için aynı hızla çalışmak zorundadır. Ayrıca CPU bir komutu işlemeyi bitirmeden mikroişlemcinin bir başka CPU komutunu çözümlemeye başlamasını engellemek gerekir. Bunun için şu yöntem kullanılır: Derleyici ve Çeviriciler her CPU komutundan önce bir WAIT komutu üretirler. Bu komut mikroişlemcinin TEST bacağı aktif olduğu sürece beklemesini sağlar. TEST bacağına da CPU’nun #BUSY bacağı bağlanmıştır. Dolayısıyla, mikroişlemci her CPU komutundan önce WAIT komutu aracılığıyla CPU’nun o anda işlem yapıp yapmadığını denetler. Eğer işlem yapıyorsa bitmesini bekler, yapmıyorsa da sıradaki CPU komutunu çözümlemeye girişir. Aynı şekilde belleğe yapılan işlemin sonucunu yazacak türden CPU komutlarının arkasına da bir WAIT komutu yerleştirilerek CPU ’ya sonucu belleğe yazması için zaman tanınmış olur. Böylece mikroişlemcinin erken davranıp henüz belleğe yazılmamış bir değeri okuması önlenir. CPU yazma işlemini de gerçekleştirdikten sonra da mikroişlemci bu değeri güvenle okuyabilir.

Ek bir tümleşik devre yardımıyla 8087, bir 80186 işlemciye de bağlanabilir. 80186 mikroişlemcisi 1982-1983 yıllarında üretilen bazı PC’lerde merkezi işlem birimi olarak kullanılmıştı ama 80286 kullanan AT’lerin ortaya çıkışıyla tüm önemlerini kaybettiler ve PC tarihinin derinliklerine gömüldüler artık sadece 80186’nın CMOS uyarlaması olan 80C186’lar denetim amaçlı uygulamalarda kullanılıyorlar. 80C186, Intel 387’nin dahili yapısı temel alınarak üretilen 80C187 CPU‘suna bağlanabiliyor.

2.2. Intel 80286 Mikroişlemcisi

8086/8088 mikroişlemcisinin halefi 80286’dır. Bu mikroişlemcinin kullanıcı açısından 8086/8088’e göre 3 temel üstünlüğü bulunmaktadır:

  • Birincisi gerçek (real) mod ile korumalı (protected) moda sahip olmasıdır. Donanım bellek yönetim sistemi sayesinde, bellekte birden çok programın güvenli bir şekilde çalışması mümkün hale gelmiştir.

  • İkincisi, 8086 gibi 8088’den farklı olarak 16-bit veriyoluna sahip olmasıdır. Bu da bellek-mikroişlemci arasındaki veri akış bant genişliğini iki katına çıkartır.

  • Üçüncüsü, daha hızlıdır ve daha yüksek saat hızında çalışabilir. Bu faktörler 80286 tabanlı bir sistemi 8088 tabanlı bir sisteme göre, 5-10 kat daha hızlı yapmaktadır.

Ayrıca, 80286 mikroişlemcisi yeni adresleme ve bellek koruma özelliklerini desteklemek için yeni ek komutlara sahiptir. Bu işlemci IBM PC/AT ve bazı PS/2 bilgisayarlarının ana mikroişlemcisi olmuştur.

80286 bu yüksek performansı, basitleştirilmiş hali şekil 2.2‘de görülen, içinde bulunan birbirinden bağımsız 4 fonksiyonel birim sayesinde sağlar. Veriyolu birimi CPU için gerektikçe, işlem kodu ve veri okuma/saklama gibi bütün veriyolu işlemlerini yerine getirir. CPU eğer yapacak başka bir işlemi yoksa, 6 byte’a kadar komutları önceden okur ve bunları komut birimine gönderir.

Komut birimi veriyolu birimi tarafından okunmuş ham verileri alır ve sonraki yürütme için kodunu çözer. Üç taneye kadar tam kodu çözülmüş komut, bu birimde bir anda bulunabilir. Kodu çözülmüş komutların CPU içinde hazır olarak bulunması CPU yürütme hızını artırır.

Şekil 2.2: Intel 80286 mikroişlemci mimarisi

İşletim birimi komut biriminden gelen komutları işler. Bazı komutlar adres içermektedir. Bu adresler daha sonraki işlemler için adres birimine verilir.

Adres birimi bütün adresleme ve görüntü bellek işlemlerini yerine getirir. (Görüntü bellek, bir programın fiziksel olarak sahip olduğu bellekten daha fazla bellek kullanabilmesini sağlayan bir tekniktir.Program parçalarının yürütme sırasında, gerektikçe, bellek ile disk arasında değiştirme prensibine dayanır. ). Adres biriminin çıkışı, okuma ve yazma adreslemesi için veriyolu birimine iletilir.

2.2.1. 80286/80287 iletişimi

80287’nin mikroişlemci arabirimi 8087’dekinden tümüyle farklıdır. Bir bellek yönetim birimi yardımıyla bellek koruması uygulayan 80286 tüm koruma birimini 80287’nin de üzerine koymak çok pahalı olacağı için farklı bir çözüm uygulanmıştır. Bu sistemlerde, CPU için bütün komutları ve verileri getirip götürme işini mikroişlemci yapar. Tüm bilgi F8h-FFh adresleri arasındaki I/O bölgesi üzerinden akar. Bu adreslere program aracılığıyla erişim mümkün olduğu için yanlış bir yazma işlemi yapılmamalıdır.

Yoksa CPU’nun tuttuğu bilgiler bozulabilir ve yanlış sonuçlarla karşılaşabilirsiniz. 80287 üzerinde işlemleri asıl gerçekleştiren birim 8087’deki ile aynı olduğu için bütün komutlar aynı sayıda saat çevrimi içerisinde işlenir. Ama 80286/80287 sisteminde I/O işlemleri çok fazla olduğu için aynı hızda çalışan bir 8086/8087 sisteminde daha yavaş çalışabilir.

Eski 80286 anakartlarının çoğu CPU işlemci hızını 2/3 ‘ü hızda çalıştıracak şekilde düzenlenmişti. Böylece mikroişlemciye daha yavaş ve daha ucuz bir CPU bağlanabiliyordu. 80286 her zaman beslendiği frekansı ikiye bölüp kullanırken 80287, CKM bacağı “yukarıda” (1) olduğu zaman CLK bacağında gözüken frekansı olduğu gibi kullanıyor, “aşağıda” (0) olduğunda ise bu frekansı 3’e bölerek kullanıyor. Bazı üreticiler bu özellikten yararlanarak 80286’nın daha hızlı CPU’larla da çalışabilmesini sağlayan arayuvalar geliştirdiler. CPU ve CPU yuvasının arasına yerleştirilen bu küçük arayuvaya CKM bacağını yukarıda tutup besleme frekansının bölünmemesini sağlıyor, CLK bacağına da daha hızlı bir frekans üreteci tarafından yeni CPU’nun çalışacağı frekans veriliyor. Böylece mikroişlemci 8 MHz’de çalışırken CPU’nuz 20 MHz gibi bir hızda çalışabiliyor. Ama bu çözüm sisteminizin performansını artırsa da tüm I/O’dan hala yavaş çalışan mikroişlemci üzerinden geçmesinden doğan darboğazı aşamıyor.

Bir 8086-8087 ilişkisini tarafların eşit haklara sahip olduğu bir ilişki olarak görebiliriz. Buna karşılık, bir 80286-80287 ilişkisi daha çok efendi-köle ilişkisini andırır. Bu eşgüdümlülüğü daha da kolaylaştırıyor çünkü CPU’nun bütün veri akışı mikroişlemci üzerinden geçiyor. Pek çok CPU komutunu CPU’ya iletmeden önce mikroişlemci otomatik olarak CPU’nun işlem yapıp yapmadığını denetler. Bu yüzden derleyici ya da çeviricilerin CPU komutlarından önce otomatik WAIT komutu üretmesine gerek yoktur. Ancak üretilmişse de bir zararı olmaz. Bununla beraber WAIT komutunun ikinci kullanım nedeni (CPU belleğe bir değer yazarken mikroişlemcinin beklemesi gerekliliği) hala geçerlidir.

2.3. Intel 80386 Mikroişlemcisi

İntel’in ilk 32-bit mikroişlemcisi 80386’dır. Bu mikroişlemci, diğer x86 işlemcileri gibi, 8086 ve 80286 programlarını hiçbir değişiklik olmadan çalıştırabilmektedir. Bu işlemcinin daha önceki 80286 mikroişlemcisine göre bir çok üstünlüğü bulunur. Bunlar:

  • İşlemcinin kaydedicileri ve aritmetik birimleri 32-bit genişliğindedir. Ayrıca, komut kümesi 32-bit adresleri ve verileri desteklemek için genişletilmiştir.

  • Mikroişlemciden ana belleğe giden, adres yolu ve veriyolu 32-bit’e genişletilmiştir. Bu sayede, komutlar, verileri iki kat hızında okuyabilmekte ve yazabilmektedir.

  • 4 GB‘a kadar fiziksel belleği adresleyebilmektedir(80286 da 16 MB). Diğer yandan, programlara 246 byte (64 terabyte) kadar görüntü bellek sağlayabilmektedir (80286 da 230 byte, 1 GB ).

  • Daha hızlı yürütme hızına sahiptir. Bir çok komutu yürütme zamanı azalmıştır.

  • Tümleşik devre üzerindeki bellek yönetim sistemi, sayfalı adreslemeyi destekler.

80386 da bulunan 32-bit adres yolu, 32-bit veriyolu ve çeşitli kontrol sinyalleri için, 80286 da kullanılan 68 uçlu tümleşik devre kılıfı çok küçüktü bu yüzden Intel daha büyük bir standarda gitti.

Dahili olarak, 80386, 80286 gibi daha yüksek performans için paralel çalışan bir çok fonksiyonel birime sahiptir. 80286’daki gibi 4 yerine, 8 tane alt birim içermektedir. 80386’daki daha fazla olan fonksiyonel bölünme, adres ve yürütme birimlerinde yapılmıştır.

Şekil 2.3: Intel 80386 mikroişlemci mimarisi

80386’nın tümleşik devre uçları, 80286’ya bazı yönlerden benzemektedir. Bellek erişimleri 32-bit kelimeler ile yapılıp, bellek adresleri, 4 byte sınırlara göre ayarlanmalıdır. Böylece CPU 0, 4, 8 gibi adreslerde bulunan kelimelere erişebilmekte, buna karşın, 1, 2 veya 3 gibi adreslerde olanlara erişememektedir. Bunun sonucu olarak, bütün bellek adresleri 4’ün katları şeklindedir. Bu yüzden, iki düşük değerli adres biti her zaman 0’dır ve A0 ve A1 bitleri tümleşik devre üzerinde yoktur.

Bununla beraber, bellekte 8-bit ve 16-bit veriler üzerinde işlem yapan komutlar bulunduğundan, bu problemi çözmek gerekmektedir. 8086 ve 80286 mikroişlemcilerinde BHE sinyali ile bu problem çözüldüğü gibi, 80386 da bu işlem için 4 sinyal BE3- BE0 sağlamaktadır. Bu sinyallerden her biri bir kelime içindeki 4 byte’dan hangisinin kullanılacağını belirtir.

Daha önceki işlemcilerde bulunan, LOCK ve READY kontrol sinyalleri değişmedi. Bununla beraber, 80386’ya yeni 3 veriyolu kontrol sinyali daha eklendi. Bu sinyaller ADS, BS16 ve NA sinyalleridir. ADS sinyali, adres yolunda geçerli bir adres olduğunu belirtir. Bellek bu sinyali gördüğü zaman adres ve kontrol yollarındaki sinyallerin geçerli olduğunu anlar ve çalışmaya başlar. BS16 bir giriş sinyali olup 80386’ya, sistemde 16-bit I/O tümleşik devrelerinin olduğunu belirtmekte kullanılır. 80386 bu sinyali gördüğü zaman, bir 32-bit veri aktarımını peşpeşe iki 16-bit aktarım şeklinde yapar. BS16 mikroişlemciyi yavaşlatmada kullanılmasına karşın NA sinyali hızlandırmada kullanılır. Bellek tümleşik devresi, o anki veriyol çevrimi için READY sinyalini pasif yapmadan, mikroişlemcinin NA girişini aktif yaparak, bir sonraki bellek adresini kabul etmek için hazır olduğunu 80386’ya bildirir. Bu özellik, CPU’nun o anki veriyolu çevrimini bitirmeden, bir sonraki veriyol çevrimine hazır olmasını başlatarak, iş-hattının hızını daha da artırır.

Intel, geleneksel olarak her yeni bir mikroişlemci tümleşik devresinde yapmış olduğu, veriyolu durum ve veriyolu kontrol sinyallerini yeniden tanımlamayı, 80386 mikroişlemcisinde de devam ettirdi, örneğin; daha önceki 80286 tasarımında 4 tane veriyolu durum sinyali bulunmaktaydı. Bu sinyaller, 16 farklı durum göstermesine karşın, sadece 7 durum anlamlıydı ve kullanılmaktaydı. Sonunda Intel’den bir mühendis şu gerçeği gördü: 7£23 yani 3 durum sinyali ile 7 sinyali belirtmek mümkündü. Bu büyük sinyalin neticesi 80386 için yeni durum sinyalleri Yaz/Oku, Veri/Kod ve Bellek/Giriş-Çıkış olarak belirlendi. Bu sinyallerin belirttikleri veriyolu durumları: Kod okuma, veri okuma, veri yazma, giriş-çıkış okuma, giriş-çıkış yazma, kabul ve durma dır.

80286 işlemcisinde bulunan diğer sinyaller, INTR, NMI, HOLD, HLDA, PEREQ, BUSY, ERROR ve RESET, 80386 da aynı fonksiyonlara sahiptir. 80386 yardımcı işlemci doğrudan erişebildiği için, 80286’daki PACK sinyali 80386 da bulunmaz.

2.3.1. 80386-80387 iletişimi

80386-80387 sistemlerinde bulunan mikroişlemci CPU arabirimi 80286-80287 sistemlerindekine çok benzemektedir. CPU’ya programların yanlışlıkla yazma yapılmasını önlemek için I/O alanı F8h-FFh’den 800000F8h-800000FFh alanına kaydırılmıştır. Arabirim performansı iyileştirilmiş ve 32-bit kullanıma açılmıştır. Yeni haliyle iletişim ek yükü 16-20 saat çevrimine indirilmiştir.

2.4. Intel 80486 Mikroişlemcisi

Intel’in 80386’dan sonraki ikinci 32-bit mimarisi 80486 işlemcisidir. Bu işlemcinin temel mimarisi 80386 ile aynıdır. 80386 da 300 bin olan transistör sayısı, 80486’da 1.2 milyona yükseltilmiştir. Bu artışın en önemli nedenleri, 80486’nın içine alınan FPU yardımcı işlemcisi ile 8 K önbellektir.

Bu mikroişlemci, diğer x86 işlemcileri gibi, 8086/8088, 80286 ve 80386 programlarını hiçbir değişiklik olamadan çalıştırabilmektedir. Bu işlemcinin daha önceki 80386 mikroişlemcisine göre farklılıkları özetle şunlardır:

  • Tüm devre üzerinden FPU aritmetik yardımcı işlemcisi

  • Tüm devre üzerinden 8 K Önbellek

  • Bellek okuma ve yazmalarında, eşlik hata kontrolü için kullanılabilen, tüm devre üzerinde bulunan eşlik sinyalleri.

  • Burst (patlama) olarak adlandırılan hızlı yol okuma/yazma çevrimleri

  • Beş aşamalı komut iş-hattı.

Şekil 2.4: Intel 80486 mikroişlemci mimarisi

80486 şekil 2.4‘te yer alan fonksiyonel birimleri içerir. Veriyolu birimi 80486 ve harici aygıtlar arasında fiziksel arabirim sağlar. Veriyolu arabirimi aşağıdaki fonksiyonel varlıkları içerir:

  • Adres Sürücüleri/Alıcıları: 80486 bir veriyolu çevrimini çalıştırdığı zaman, adres sürücü işlemcinin yerel-adres yolu üzerine sürer ve byte hatları mümkün kılar. Ön geçersiz çevrimler esnasında, A31:A4 adres bitleri adres alıcıları arasında işlemci yerel adresinden girer.

  • Tampon Belleğe Yaz: Bu dört tampon bellek veriyolu birimine yazma işlemlerine uygulamalarını tamamlamak için izin vererek, işlemciden dört yazma veriyolu çevrimini tamponlamaya izin verir.

  • Veriyolu Alıcısı: Yazma veriyolu çevrimi esnasında işlemcinin yerel veriyoluna veri girişi yapar. Okuma veriyolu çevrimi esnasında işlemcinin yerel veriyolu çevriminden işlemciye veri girişi yapar.

  • Veriyolu Boyut Kontrol Mantığı: Duyular, mikroişlemci 8-bit veya 16-bit aygıtlarla iletişim kurduğu an gerekli olduğu zaman çoklu veriyolu çevrimlerini otomatik olarak mikroişlemcinin çalıştırmasına sebep olur.

  • Veriyolu Kontrol İstek Sıralayıcısı: Patlama transferi esnasında adreslerin sırasını belirler.

  • Patlama Veriyolu Kontrol Mantığı: Patlama transferi uygulaması esnasında veriyollarını kontrol eder.

  • Önbellek Kontrol Mantığı: Harici önbellek kontrolcüye işlemcinin yerel veriyollarını bağlar.

  • Eşlik Üretimi/Mantık Kontrolü: Otomatik olarak mikroişlemci tarafından yazılan verinin üzerine elde üretir ve okuma veriyolu çevrimleri esnasında elde kontrol eder.

Önbellek birimi: 80486 mikroişlemci bir ön kontrolcü ve 8 K’lık hızlı erişimli statik RAM önbelleğini birleştirir. Ön kontrolcü tarafından kullanılan dizin yapısı dört veriyollu küme birleşmelidir.

Komut iş-hattı ve kod çözücü birimi üç temel bölüm içerir:

  • Önden getirici

  • 32 byte kod kuyruğu

  • Komut kod çözücüsü

80486 mikroişlemci komutları hızlı çözen ve uygulayan beş derinlikli iş-hattını birleştirir.

  • Komut önden getirme

  • Kademeli kod çözücü 1

  • Kademeli kod çözücü 2

  • Yürütme

  • Kaydedici geri yazma

Komut önden getirici; komutları 16 byte’lık bloklar halinde okur. Kod bloğu dahili ön bellek ve 32 byte ön getirim kuyruğunun her ikisinde okunur.

İki kademeli komut kod çözücüsü: Kademeli kod çözücü 1 esnasında, op-kod byte’ı çözülür, seçenekli mod R/M byte’ı kullanılan adresleme şeklini göstermeye yorumlanır ve seçenekli SIB adreslemenin şeklini açıkça belirtmeye kullanılır. Kademeli kod çözücü 2 esnasında, yer değişim adrese eklenir ve acil işlenenler hesaba alınır.

Uygulama birimi komutları yürütür.

Kaydedici geri yazma; komut çalıştırma tamamlanır ve gerekli ise sonuç geri hedef kaydediciye yazılır.

Kontrol birimi mikro-kod birim diye anılır. Kontrol birimi şu alt birimleri içerir:

  • Mikro-kod sıralayıcı

  • Mikro-kod kontrol ROM’u

Bu birim komut kelimelerini yorumlar ve mikro-kod komut kod çözücü birim tarafından beslenen noktalara giriş yapar. Dışlamaları, ara verme noktalarını ve kesmeleri ele alır. Ek olarak tam sayı ve kayan nokta sıralarını kontrol eder.

Kayan nokta birimi 80387 matematik işlemciye ek aynı komut kümesini çalıştırır. Veriyolu veya tam sayı uygulama birim ile mikro-kod ROM, komut kod çözme adres iş hattı veriyolu mantığını paylaşır.FPU iki alt birimden oluşur:

  • FPU

  • FPU kaydedici dosya

CRO’daki kontrol biti programcıya sayısal tanımlama, kayan nokta da hata tespit edildiği zaman, mikroişlemci tarafından kullanılan hata ele alma senaryosu seçmeye izin verir.

Veri yolu birimi aşağıdaki alt birimleri içerir:

  • Genel amaçlı kaydediciler

  • ALU

  • Fıçı kaydırıcı

  • Bayraklar

  • Durum bayrak bitleri sonuçları öncelikle komut tarafından uygulamaya yansıtır.

  • Bayrak kontrol bitleri programcıya mikroişlemcinin kesin işlemsel karakteristikleri girmesine izin verir.

Bellek yönetim birimi iki alt birim içerir:

  • Segmentasyon birimi segment ve ofsetten etkin ve lineer adresleri hesaplar.

  • Sayfalama birimi 80386 mikroişlemcinin sayfalama mekanizması ile aynı fonksiyonlara sahiptir fakat sistem performansını yükseltecek şekilde ayarlanmıştır.

2.5. Intel Pentium Mikroişlemcisi

Pentium, Intel x86 ailesinin beşinci nesil işlemcisi olarak 1993 yılında piyasaya sürüldü. Pentium’un, 80486’ya göre birçok gelişmiş özelliği bulunur. Bunlardan bazıları Daha geniş veriyolu (64-bit), iki tane tamsayı yürütme birimi,daha hızlı yeni tasarlanmış bir aritmetik işlemci birimi (FPU), gelişmiş önbellek (CACHE) yapısı ve dallanma tahmini mantık birimidir. Pentium FPU birimi tekrar tasarlanarak, bazı işlemlerde 80486’dakine göre on kat daha hızlıdır.

Şekil 2.5: Intel Pentium mikroişlemci mimarisi

Pentium’un temel özellikleri aşağıda özetlenmiştir.

  • 32-bit CPU , 64-bit veriyolu ,32-bit adres yolu(4 GB’lık adres alanı).

  • Superscalar mimari:Aynı anda bir saatte , iki tane iş-hatlı tamsayı birimi iki komutu ve bir tane iş-hatlı FPU birimi de bir tane kayan nokta komutu yürütebilmektedir.

  • Ayrı ayrı 8 KB kod ve 8 KB veri önbellekleri

  • 4 MB sayfalama, TLB’de veri bulma oranı artırmaktadır.

  • Dallanma tahmini donanım birimi.

  • Çok işlemcili çalışma için komutlar ve ikinci seviye önbellek için destek.

  • Dahili hata bulma özellikleri.

  • Güç yönetim özellikleri: Sistem yönetim modu ve saat kontrol.

  • Tümleşik devre üzerinde APIC denetleyicisi:Kesme yönetimi ve 8259 ile uyumluluk.

  • İlk Pentiumlar 0,8 Mikron, 5 Volt BICMOS teknolojisi ile 3,1 milyon transistör kullanılarak üretilmiştir. Daha sonra, 0,65 Mikron, 3,3 Volt teknolojisi ve daha çok transistör kullanılabilmiştir.

  • İlk Pentiumlar 60/66 MHz hızına sahipti. Daha sonraları, 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166 ve 200 MHz gibi çok değişik çekirdek hızlarında üretildi. Bu işlemcilerin sistem yolu hızları ise 50, 60 ve 66 MHz’dir.

Pentium mikroişlemcisinin harici veriyolu 64-bit ve adres yolu 32-bit’tir. Daha önceki 32-bit veriyoluna sahip 80486 ve 80386 işlemcilerinin iki katı hızında, kod ve veri, Pentium CPU’suna okunabilmektedir. Bununla beraber, 386 ve 486 mikroişlemcileri ile aynı 32-bit kaydedicilerine sahiptir. Diğer bir deyişle, DEC firmasının Alpha tümleşik devresinde yaptığı gibi, Pentium saklayıcılarının uzunluğu 64-bite çıkarılmadı.

Pentium mikroişlemcisinin iç mimarisi şekil 2.5’te gösterilmiştir. Harici 64-bit uzunluğundaki veriyolundan, daha önceki işlemcilere göre iki kat verinin CPU’ya okunabilmesi için, Pentium içine üç yürütme birimi konmuştur. Bunlardan biri kayan nokta komutlarını yürütür, diğer ikisi ise tamsayı komutlarını yürütür. Bu donanım yapısı, aynı anda üç farklı komutun yürütülmesini mümkün kılar. Örneğin, bir yürütme sırasında, FADD ST, ST(2), MOV EAX, 10H ve MOV EBX, 25H komutları aynı anda çalışabilir. Çünkü, komutlar arsında bir bağımlılık yoktur. FADD ST, ST(2) komutu FPU işlemcisi tarafından yürütülürken, diğer MOV EAX, 10H komutu U-Pipe tarafından ve MOV EBX, 25H komutu V-Pipe tarafından yürütülebilir.

Pentium’un en önemli özelliği olan mimari yapısı, Superscalar olarak adlandırılır. Yukarıdaki örnekte olduğu gibi, Pentium’da bellekten komutlar okundukça bu üç birime gönderilir. Komutların farklı yürütme birimlerinde doğru olarak çalışabilmesi için, komut bağımlılıkları , donanım tarafından ele alınır.

Pentium’un bu üç farklı yürütme biriminden yararlanılabilmesi için, bu özeliği göz önüne alıp o şekilde kod üreten özel Pentium derleyicileri kullanılmalıdır. Bu derleyiciler, bir programdaki birbirine bağımlı ve bağımsız komutları bulabilmekte, gereken değişiklikleri yapmakta ve ona göre kod üretmektedir. Bu tür kod üretimi ile çalışma, programın yürütme hızında yüzde kırklara varan iyileştirme yapar. Bunun için Pentium’un yeni Superscalar özelliği avantajından yararlanan derleyici ve diğer uygulamalar kullanılmalıdır.

Üç ayrı yürütme birimini Pentium içine koyabilmek için çok sayıda transistör kullanıldı. Pentium ilk çıktığında 60/66 MHz hızına sahipti. Daha sonraları, kısa bir sürede, daha hızlı ürünler piyasaya sürüldü. Pentium’lar, 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166 ve 200 MHz gibi bir çok değişik hızlarda üretildi.

APIC Pentium’un çok işlemcili ortamlarda kullanılabilecek ileri bir donanım özelliğidir. BTB dinamik dallanma tahmini mantığı tarafından kullanılır.

2.6. Intel Pentium Pro Mikroişlemcisi

Pentium Pro, 8086/8088, 80286, 80386, 80486 ve Pentium işlemcilerinden sonra gelen altıncı nesil olduğu için, ilk çıkması sıralarında P6 kod adıyla anılmıştır. İlk Pentium Pro 150 MHz hızında olup bu hızda 23 Watt güç tüketmekteydi. Daha sonraları Pentium Pro tümleşik devreleri daha yüksek hızlarda ve değişen güç tüketimlerinde üretildi.

Temel olarak Pentium Pro daha önceki beş nesil ile uyumludur. Yani 8086/8088, 80286, 80386, 80486 ve Pentium için olan yazılım, Pentium Pro’da çalışmaktadır. 80386, 80486 ve Pentium mikro işlemcileri ile aynı 32-bit kaydedicilere sahiptir. 5,5 milyon transistöre sahip Pentium Pro, daha önceki 3,3 milyon transistör ile üretilen Pentium’a göre bir çok üstünlüğe sahiptir.

Şekil 2.6: Intel Pentium Pro mikroişlemci mimarisi

Pentium Pro işlemcinin iç mimarisi şekil 2.6’da görülmektedir.

Pentium Pro’nun temel özellikleri aşağıda özetlenmektedir:

  • 32-bit CPU, 64-bit veriyolu, 36-bit adres yolu (64 GB adres alanı)

  • Beş fonksiyonel birimli Superscalar mimari:Aynı anda bir saatte, iki tane iş-hatlı tamsayı birimi iki komutu ve iki tane iş hatlı FPU birimi iki tane kayan nokta komutu yürütürken , diğer bir birimde bellek okuma veya yazma işlemi yapabilir.

  • Komutları sıra dışı yürütme özelliği vardır.

  • Ayrı ayrı 8 KB kod ve 8 KB önbellekleri vardır.

  • Tümleşik devre üzerinde(256K,512K ve 1M ) L2 önbelleği vardır.

  • 4 MB sayfalama, TLB’de veri bulma oranını arttırmaktadır.

  • Dallanma tahmini donanım birimi vardır.

  • Çok işlemcili çalışma için ve ikinci seviye önbellek için destek vermektedir.

  • Dahili hata bulma özellikleri vardır.

  • Güç yönetim özellikleri:Sistem yönetim modu ve saat kontrol.

  • Tümleşik devre üzerinde APIC denetleyicisi:Kesme yönetimi ve 8259 ile uyumluluk.

  • Pentium Pro 5,5 milyon transistör kullanılarak üretilmiştir.

  • Pentium Pro 150, 166, 180 ve 200 MHz gibi değişik çekirdek hızlarında üretilmiştir.

Başlangıcından beri CISC felsefesinde işlemciler üreten Intel firması, Pentium işlemcileri ile kullanmaya başladığı RISC kavramlarını, Pentium Pro devam ettirdi. Pentium Pro’da, CPU ‘ya getirilen bütün x86 komutları, yürütülmeden önce, daha küçük mikroişlemler olarak adlandırılan komutlara çevrilmektedir. Bu özellik önemli RISC kavramlarından biridir. Bununla beraber, bu yeni RISC özelliğinin yanında , Intel, CISC kavramlarından olan büyük ve karmaşık komut kümesini, eski x86 işlemcileriyle uyum için korumaktadır. Halbuki RISC makineleri küçük ve basit komut kümelerine sahiptir.

Pentium Pro’da derleyiciler tarafından üretilen x86 komutları, CPU içinde çalışması için mikro işlemlere çevrilir. Bu çevrilen komutlarda üç adresli format kullanılır. Yani komutlardaki ilk iki adres, iki kaynak için ve bir adres, hedef için kullanılır. Örneğin, ADD A, B,C gibi bir RISC komutunda, A ve B kaynak adreslerindeki veri toplanarak sonuç C’de saklanır. ADD AX, BX gibi bir x86 komutu düşünüldüğünde, ikinci kaynak bulunulmaz.

Pentium Pro mimarisinde kullanılan üç adresli komutlar, işlemcinin içinde kullanıcı tarafından erişilemeyen ve görülmeyen kaydedicilerin var olduğu anlamına gelir. Diğer bir deyişle, programcı veya bir derleyici düşünüldüğünde, klasik EAX, EBX, ECX gibi kaydediciler vardır ve Pentium Pro programcılarına görülebilir. Bu yapı, daha önceki X86 nesilleriyle uyumluluk sağlamaktadır.

Pentium Pro’ya eklenen ikinci L2 önbellek aynı silikon tümleşik devresi üzerinde değildir. Çünkü, 256 KB‘a kadar bir SRAM için yaklaşık 2 milyon transistörün ve 512 KB’a kadar olan SRAM için 4 milyon transistörün tek bir silikon tümleşik devresi üzerine yerleştirilmesi mümkün değildi. Bunu için CPU ve SRAM için iki ayrı silikon alanı kullanıldı. CPU özel bir önbellek veriyolu ile SRAM’a bağlandı. Bu önbellek veriyolu CPU hızındadır. Bu mimari, üretim maliyetini artırmasına karşın sistem performansını büyük ölçüde daha iyileştirmektedir.

Komut yürütmede Pentium Pro’da birbirinden bağımsız çalışabilen beş fonksiyonel birim bulunur. İki birim (FPU I ve FPU II ) kayan nokta komutları için, iki birim (INT I ve INT II) tamsayı komutları için , bir birimde (MIU) bellek arabirim komutları içindir.

2.7. Intel Pentium MMX Mikroişlemcisi

Sesli, görüntülü ve grafik özellikler içeren yüksek kaliteli multimedya uygulamaları çalıştırmak, çok hızlı ve karmaşık aritmetik işlemler gerektirir. Bu çeşit karmaşık işlemler normal olarak oldukça özel DSP tümleşik devreleriyle gerçekleştirilir. Bu özel işlemciler, 2D ve 3D grafikler, görüntü ve ses sıkıştırma, fax-modem, canlı resimli PC tabanlı telefon ve görüntü işleme gibi görevleri gerçekleştirmede kullanılır.
Bir PC’ye DSP özelliği eklemenin üç yaklaşımı vardır:

  1. Bilgisayarın anakartında, CPU ile beraber bir DSP işlemcisinin ortak kullanılması. Bu en iyi ve ideal bir yaklaşımdır. Çünkü, şu an piyasada çok güçlü DSP tümleşik devreleri bulunmaktadır. Bunda ana problem, Pc tasarımcıları tarafından takip edilecek, endüstri tarafından kabul edilmiş bir standardın olmayışıdır. Böyle bir standardın olmayışı, hem donanım hem de yazılımda uyumsuzluklara neden olur.

  2. DSP fonksiyonlarını taklit etmek için x86 işlemcisinin ve x87’in beraber kullanılması. Bu yöntem yavaştır ve performansı genellikle kabul edilemez ölçülerdedir.

  3. Bazı DSP fonksiyonlarını x86 mikroişlemcisine konulması. Bu yöntem uyumluluk ve tek bir yaklaşım gerektirmesine rağmen, piyasayı Intel’in tekeline bırakmaktadır. Bu yaklaşımın performansı, birinci yaklaşım kadar olamamasına rağmen, ikincisinden çok daha iyidir.

Şekil 2.7: Intel Pentium MMX mikroişlemci mimarisi

İntel firması bir PC’ye DSP özelliği kazandırmak için MMX olarak adlandırılan bir teknolojiyi, Pentium işlemcilerine 1997’den itibaren koymaya başladı. Bu yılda üretilen Pentium ve Pentium Pro işlemcileri MMX teknolojisi ile sınırlı DSP özelliği sunmaya başladı. MMX, örneğin, Teksas Instrument’ın 320x ailesinin işlemcileri gibi, DSP işlemcilerinde bulunan zengin komutlara sahip olmasına rağmen, bir çok DSP fonksiyonunu oldukça iyi yerine getirmektedir.

Pentium MMX’in temel özellikleri aşağıda özetlenmiştir:

  • MMX teknolojisi için destek: Multimedya işlemleri için 56 tane yeni komut.

  • 32-bit CPU, 64-bit veriyolu, 32-bit adres yolu (4 GB adres alanı).

  • Superscalar mimari: İki tane iş-hatlı tam sayı birimi, bir tane iş-hatlı FPU birimi, iş-hatlı MMX birimi.

  • Ayrı ayrı 16 KB kod ve 16 KB veri önbellekleri.

  • 4 MB sayfalama, TLB de veri bulma oranını artırmaktadır.

  • Dallanma tahmini donanım biriminin yapısı iyileştirilmiştir.

  • Çok işlemcili çalışma için komutlar ve ikinci seviye önbellek için destek.

  • Dahili hata bulma özelikleri.

  • EFLAGS saklayıcısında bulunan ID biti ile belirlenen ve CPUID komutu kullanılarak CPU tanıma özelliği.

  • Güç yönetim özellikleri: Sistem yönetim modu ve saat kontrol.

  • Tümleşik devre üzerinde APIC denetleyicisi: Kesme yönetimi ve 8259 ile uyumluluk.

  • Pentium MMX 4,5 milyon transistör içerir ve Intel‘in gelişmiş 0.35 mikron CMOS teknolojisi ile üretilmiştir. Bu teknoloji düşük gerilim ve yüksek yoğunluk sağlar.

  • Pentium MMX 166, 200 ve 233 MHz gibi değişik çekirdek hızlarında üretildi. Bu işlemcilerin sistem yolu hızları ise 66 MHz‘dir.

Pentium MMX işlemcisi Pentium işlemci ailesinde önemli bir gelişme olmuştur. İlk çıkan ürünler, 166, 200 ve 233 MHz frekanslarında çalışmış ve Intel’in MMX teknolojisini destekleyen ilk mikroişlemcileri olmuştur. Pentium MMX daha önceki Pentium işlemci ailesi ile, hem yazılım hem tümleşik devre uç uyumludur.

MMX teknolojisi SIMD tekniği tabanlıdır. MMX komutları olarak 57 tane yeni komut x86 komut kümesine eklendi. MMX teknolojisi günümüzdeki bir çok Pentium işlemcisinde olmasına rağmen, bunları destekleyen yazılımlar ve derleyiciler azdır.

İlk Pentium işlemcilerinde de bulunan, dinamik dallanma tahmini donanım yapısı, doğruluğu artıracak şekilde, Pentium MMX işlemcisinde daha iyileştirilmiştir. Ayrıca, Pentium MMX 4 taneye kadar kod sıralarını tutabilen, 4 tane ön okuma buffer’ı içerir. Pentium MMX’te iyileştirilen diğer donanım yapısı iş-hatlıdır.

2.8. Intel Pentium II Mikroişlemcisi

Intel Pentium II işlemcisi, Pentium Pro ve MMX teknolojilerinin birleşimi ile üretildi. Pentium II daha önceki işlemcilerle uyumludur. İlk Pentium II işlemciler 233 ve 266 MHz frekanslarında çalıştı. Daha sonraları 300, 333, 400, ve 450 MHz hızlarında Pentium II’ler üretildi. Pentium II’nin temel özellikleri aşağıda belirtilmektedir:

  • 32-Bit CPU, 64-bit veriyolu, 36-bit adres yolu (64 GB adres alanı).

  • Yüksek hızda CPU frekansları ve düşük güç tüketimleri için Inteller 0,25 mikron teknolojisi ile üretilmiştir. 7,5 milyondan fazla transistör kullanılmıştır.

  • MMX teknolojisi içerir.

  • DIB mimarisi, tek yollu işlemcilere göre, bant genişliğini ve performansını artırmaktadır.

  • 233 MHz’den 450 MHz’e kadar değişik hızlarda bulunmaktadır.

  • 450, 400 ve 350 MHz frekansta çalışan ürünler, sistem yol hızını 66 MHz’den 100 MHz’e artırarak, sistem bant genişliğini ve performansını daha iyileştirmektedir.

  • SEC olarak adlandırılan yeni kılıf teknolojisi, yüksek performans veri işleme ve veriyolu teknolojisi sağlar.

  • 32 K (16 K/16 K) L1 önbellek yoğun olarak kullanılan veriye hızlı erişimi sağlar.

  • 512 KB, 1 MB L2 önbellek.

  • 450, 400 ve 350 MHz frekansta çalışan ürünler, adreslenebilir bellek alanından 4 GB’a kadarını saklayabilme desteğine sahiptir.

  • Ölçeklenir sistemlerin 2 işlemciye ve 64 GB fiziksel belleğe genişleyebilmesini sağlar.

  • Sistem ve L2 önbellek veriyolları için, ECC hata analiz, düzeltme ve fonksiyonel fazlalık kontrolü veri bütünlüğü ve güvenirliği özellikleri içerir.

Şekil 2.8: Pentium II Mikroişlemci Mimarisi

Pentium II harici ve dahili mimarisi Pentium Pro ile MMX işlemcilerinin bir bileşimidir. Bununla beraber, bu işlemcinin mimarisinde eskilerine göre bazı yenilikler de bulunur. Örneğin, Pentium II SEC olarak adlandırılan yeni bir kılıfa sahiptir. Bu yeni kılıf Slot-1 olarak belirtilen sistem yuvasına takılır.

Pentium II, Pentium Pro ile başlayan, dinamik yürütme teknolojisi olarak adlandırılan ve aşağıda özetlenen P6 mikro mimari donanım yapısına sahiptir.

Çoklu dallanma tahmini: Dallanmalardaki program yürütme akışını tahmin ederek işlemcinin çalışmasını hızlandırır.

Veri akışı analizi: Komutlar arasındaki veri bağımlılıklarını analiz ederek komutların optimize olmuş ve yeniden sıralanmış görev sırasını üretir.

Tahmini yürütme: Bu optimize görev sırasına göre, tahmini komutları yürütür ve işlemcinin yürütme birimlerinin sürekli meşgul kalmasını sağlayarak genel perfomansı artırır.

Intel MMX teknolojisine sahip Pentium II yeni komutlar ve veri tipleri içerir. MMX teknolojisi, birçok multimedya ve haberleşme uygulamalarına kolay bir şekilde uygulanabilecek temel, genel amaçlı tamsayı komutlar sunar. Bu teknolojinin bazı temel özellikleri şunlardır:

  • SIMD tekniği.

  • 57 yeni komut.

  • 8 tane 64-bit genişliğinde MMX teknolojisi kaydedicisi.

  • 3 tane yeni veri tipi.

Pentium II işlemcisi 32-bit adres yolu ile 64 GB fiziksel ve 64 TB görüntü bellek alanlarına sahiptir. Intel Pentium II işlemcisinde, L1 önbellek boyu 16’dan 32K’ya arttırıldı. İlk çıkan Pentium II 512 KB L2 önbelleğine sahip olmasına rağmen, daha sonraları farklı boylarda L2 önbellekli işlemciler üretildi.

2.8.1. Intel Celeron Ve Xeon Mikroişlemcileri

Intel piyasaya ucuz ve pahalı Pentium II tabanlı iki mikroişlemci, Celeron ve Xeon’u sürdü. Bu işlemciler temel olarak Pentium II mimarisine sahip olmasına karşın bazı farklılıkları bulunur. Örneğin, Celeron’da ikinci seviye önbellek bulunmaz. Bu, işlemcinin performansını düşürmektedir. Celeron 1000 doların altında düşük fiyatlı bilgisayarlar için üretilmiştir.

Pentium II’deki önbellek işlemci hızının yarı hızında çalışmaktadır. Xeon’un Pentium II’den üstünlüğü, ikinci seviye ön belleğinin (L2 önbellek) işlemci hızında çalışmasıdır. Pentium II Slot-1 olarak adlandırılan bir ana kart bağlantısına sahiptir. Buna karşın Xeon Pentium ile slot uyumlu değildir. Xeon yüksek performanslı sunucu bilgisayarları için uygundur.

2.9. Intel Pentium III Mikroişlemcisi

Pentium III mikroişlemcisi 1999 yılının başında Intel tarafında piyasaya sürülmüştür. Pentium III ile gelen önemli bir yenilik, “SIMD” olarak adlandırılan bir yapıdır. Bu mimari yapı ile, ileri görüntü işleme, 3D, ses, video ve ses tanıma gibi uygulamalarda kullanılabilecek 70 tane yeni komut eklenmiştir. Pentium III ayrıca, P6 mikromimarisini (dinamik yürütme, çoklu dallanma tahmini, veri akışı analizi ve tahmini yürütme) çok işlemli sistem yolu ve MMX teknolojisini içerir. Pentium III’ün temel özellikleri aşağıda özetlenmektedir:

  • İlk ürünler 450 ve 500 MHz hızlarındadır. Bu işlemcilerin sistem yolu hızları ise 100 MHz ‘dir.

  • Yüksek hız CPU frekansları ve düşük güç tüketimleri için Intel’in 0.25 mikron teknolojisi ile üretilmiştir. 9,5 milyondan fazla transistör kullanılmıştır.

  • SIMD olarak adlandırılan bir yapı, 70 tane yeni komut ve MMX teknolojisi ile beraber ileri görüntü işleme, 3D, ses, video ve ses tanıma gibi uygulamalara önemli destek sağlar.

  • DIB mimarisi (sistem yolu ve önbellek yolu), tek yollu işlemcilere göre, bant genişliğini ve performansını artırmaktadır. Ayrıca, gelecek sistem teknolojileri için yüksek bant genişliği, performans ve ölçeklenebilirlik sağlar.

  • Pentium III işlemcisi Intel 440BX AGP setini kullanır.

  • PC güvenliği için planlanan yapı bloklarından ilki olan işlemci, seri numarası içerir.

  • Intel tarafından geliştirilen S.E.C.C.2 kılıf teknolojisi, yüksek performans veri işleme yol teknolojisi ve iyileştirilmiş koruma, gelecek yüksek performans işlemcileri için önemli bir yapı sağlar.

  • 32 K (16K/16K) L1 önbellek yoğun olarak kullanılan veriye hızlı erişim sağlar.

  • 512 K L2 önbellek.

  • Pentium III’ün hem 450 ve hem de 500 MHz ürünleri adreslenebilir bellek alanından 4 GB’ına kadarını saklayabilme desteğine sahiptir.

  • Ölçeklenir sistemlerin iki işlemciye ve 64 GB fiziksel belleğe kadar genişleyebilmesini sağlar.

  • Sistem ve L2 önbellek yolları için, ECC hata analiz düzenleme ve fonksiyonel fazlalık kontrolü veri bütünlüğü ve güvenirliği özellikleri içerir.

Pentium III ile ilk defa sunulan SIMD ekleri, 70 yeni komuttan oluşur ve tek komut çok veri (SIMD) kayan nokta ve SIMD tamsayı ve yedekleme kontrol komutlarıma sahiptir. SIMD eklerinden faydalanılacak teknolojilerinden bazıları ileri görüntü işleme, 3D, ses, video ve ses tanıma gibi uygulamalardır. Özellikle:

  • Önceden mümkün olmayan daha yüksek çözünürlüklü ve yüksek kaliteli resimler PC’lerde görüntülenebilecek ve işlenebilecektir.

  • Yüksek kalite ses MPEG2 video ve aynı anda MPEG2 işlemleri.

  • Ses tanıma için, daha yüksek doğruluk ve hızlı cevap zamanlarının yanında azaltılmış CPU kullanımı.

Pentium III’te önemli diğer yeni bir özellik, bellek yönetimi için sunulan komutlardır. Bu komutlar ile bir programcı istenilen verilerin L1, L2 önbelleklerinde veya ana bellekte olacağını belirleyebiliyor. Örneğin, büyüklüğü nedeniyle L1 önbelleğine sığmayan bir 3D nesnesi L2 önbelleğinde saklanıp üzerinde işlem yapılabilir.

Şekil 2.9: Intel Pentium III mikroişlemci mimarisi

Pentium III ayrıca, bir çok multimedya ve haberleşme uygulamalarında kullanılabilecek, 57 tane temel, genel amaçlı tam sayı komut ve 4 yeni veri tipi içeren Intel MMX teknolojisini içerir. Bu teknoloji SIMD tekniğini kullanır ve 8 tane 64-bit genişliğinde kaydedici içerir. Pentium III daha önceki Pentium Pro ile sunulan ve P6 mikromimari dinamik yürütme teknolojisi olarak belirtilen ve çoklu dallanma tahmini, veri akışı analizi ve tahmini yürütme olarak temel üç fonksiyonlu mimari yapıyı içermektedir.

Intel‘in planladığı PC güvenliği yapıtaşlarının ilki olan işlemci seri numarası, işlemci için bir elektronik seri numarası olup, sistem veya kullanıcının bilgisayar ağları veya uygulamalar tarafından tanınmasını mümkün kılar. İşlemci seri numarası sistem ve kullanıcı tanınmasının daha güçlü şekillerde gerektiği aşağıdaki gibi alanlarda kullanılabilir:

  • Güvenlik gerektiren uygulamalar: Yeni internet verilerine ve hizmetlerine güvenli erişim ve döküman aktarımı.

  • Yönetim uygulamaları: Sistem koruması, sistem yükleme ve ayar değişimi için uzak erişim.

  • Bilgi yönetim uygulamaları: Her türlü güvenli bilgi yönetim sistemleri ve ağları.

Pentium III, sistem yolu bant genişliğini çok yüksek tutacak şekilde aynı anda bir çok işlemi destekler. İki işlemciye kadar şeffaf yani hiçbir ek bağlantı ve yük gerektirmeyen bir destek sağlar. Bu, düşük fiyatlı, iki yollu simetrik çoklu işlemi mümkün kılar ve çok görevli işletim sistemleri ve uygulamaları için önemli bir performans artırımı sağlar.

2.10. Intel Pentium IV Mikroişlemcisi

Pentium IV NetBrust mimarisi kullanıyor. NetBrust “net’i hızlandıran, net’e ivme veren anlamına geliyor. Bugünün işlemcilerinde, yazılımların beklediği birçok şey var. Artık işlemcilerin üzerindeki yük özellikle bazı tip uygulamalarda oldukça fazla. Öte yandan diğer uygulamalarda da işlemci gücünden çok sistemin diğer donanımlarının performansları daha fazla önem kazanıyor. Intel’de Pentium IV’ü geliştirirken, daha çok yukarıda bahsedilen uygulama tiplerinden birincisi üzerine yoğunlaştığını söylüyor. Yani Pentium IV’ün amacı, 2000’li yıllarda mikro işlemcilerden yüksek hesaplama kapasitesi sunması bekleyen yazılımlarda yüksek performans sunmak.

Şekil 2.10: Intel Pentium IV mikroişlemci mimarisi

Intel Pentium IV ile birlikte, sistem veriyolları bant genişliğinde büyük bir atılım yaptı. Pentium III’lerde sistem veriyollarının en hızlısı maksimum 1.06GB/s’lik bant genişliğine sahip iken, Pentium IV’te bu rakam tam 3.2 GB/s’ye çıkıyor. Üstelik Pentium IV’ün veriyolu daha da yavaş olan 100Mhz’te çalışıyor. Pentium IV veriyolu her saat çevriminde 4 adet veri transferi yapabiliyor. Böylece efektif çalışma frekansında 400Mhz oluyor. Veriyolunun genişliği, Pentium III’lerdeki gibi gene 64-bit. Hesaplayınca saniyede maksimum 3.2GB/s’lik bir bant genişliği elde ediliyor. Intel bu veriyoluna “Quad-Pumped” (4 kat pompalanmış, güçlendirilmiş) diyor.

Daha hızlı veriyolunun ikinci bir avantajı da NetBurst mimarisinin dizayn hedefleri düşünülünce ortaya çıkıyor. Pentium IV’ün hedef uygulamalarının çoğu (DVD, MP3, Video işleme, Internet üzerinden video gönderimi…) yüksek miktarlarda veri transferi gerektirirler. Dolayısı ile gerek bellek gerekse sistem veriyollarının bu gibi uygulamaların emrine sunabileceği ekstra bant genişliği, oldukça fazla işe yarar. Intel’de hedeflerini göz önüne aldığı vakit 1.06GB/s’lik veriyolunun yetersiz olacağına ve yeni 3.2GB/s’lik veriyolunu kullanılmasının daha uygun olacağına karar vermiş.

Advanced Transfer Cache ile kast edilen 256-bit veriyolu genişliğine sahip, düşük latency’li (veriyi L2 cache’de daha çabuk bulabiliyor) L2 önbellek.

Pentium IV’ün L1 önbelleğinin komut L1 önbelleği (işlemcinin uygulayacağı komutların bulunduğu) bizim alıştığımızdan çok daha farklı. Klasik işlemcilerde L1 önbelleği ikiye ayrılır. Bunlar; komut L1 önbellek (komutları saklayan) ve veri L1 önbellek (komutların işleyeceği verileri saklayan). Pentium IV’ün L1 komut önbelleği (Trace cache) çözümlenmiş komutları saklıyor.

Trace cache, klasik işlemcilerdeki gibi komutların saklanmasından sorumlu. Fakat fark Trace cache’nin çözümlenmiş geçmiş mink kodları saklıyor ve işlemci ihtiyaç duyduğu vakit direkt olarak hesaplama ünitelerine ulaştırıyor. Bu esnada Pentium III ve Athlon/Thunderbird’lerde olduğu gibi döne döne aynı kodun çözümlenmesi için beklenmiyor. Büyük kazançlar sağlanıyor.

Trace cache’nin geliştirilmesinin diğer bir sebebi de, Pentium IV’ün yanlış dal tahmini esnasında, mimarisi yüzünden (daha büyük iş-hatları) ödeyeceği bedeli azaltmak.

2.10.1. BTB

BTB, işlemcinin Dal Tahmini yaparken danıştığı Branch Target Buffer. Dal Tahmini modern işlemcilerin hepsinin başvurduğu bir yöntem. Ofis uygulamaları gibi yazılımlarda Dal Tahminin neredeyse hiçbir faydası yok iken, sürekli aynı işi yapan 3D uygulamalar, MP3 çözümlemesi, DVD çözümlemesi, Ses ve Video işlenmesi gibi uygulamalarda Dal Tahmini resmen harikalar yaratıyor. İşlemcinin bir hesabın sonucu için beklemesine gerek bırakmadan, kendi tecrübelerini tuttuğu BTB benzeri, anı defterine bakıp, bir karar veriyor ve hesaplamaya devam ediyor. Eğer ki daha sonra hesaplanması beklenen işlemin sonucu bitince, tahminin doğru olduğu ortaya çıkarsa, büyük bir kazanç elde edilmiş olunuyor. Öyle ya o esnada işlemci oturup, boş boş beklemedi. Bunun yerine hesaba devam etti. Ama eğer ki tahmin yanlış ise yapılan tüm işlemler boşa gitmiş oluyor ve işlemcinin sil baştan işe başlaması gerekiyor.

İşlemcilerde iş-hatlarının olduğunu biliyoruz. İş-hattı yani üretim hattının her kısmının bir görevi vardır. Örneğin bir kısım kod çözümü ile uğraşırken diğer kısımda kayan nokta birimleri üzerinde (FPU ünitesi) iş yapar. Bir üretim hattının ne kadar çok kısmı varsa, o üretim hattı da o kadar yüksek frekanslarda çalışabilir. Örneğin Pentium ile Pentium II’leri ele alalım. İlk Pentium’ların üretim hatlarının 5 kısmı vardı ve bu işlemciler ancak 233 Mhz’lere kadar ulaşabildi. Pentium II ve III’lerde her üretim hattı 10 adet kısma sahip olan P6 mimarisi kullanıldı ve bu işlemciler 1000 Mhz’lere kadar ulaşabildi.

INT ünitelerinin hesaplama kabiliyeti özellikle ofis uygulamalarında önemli iken, FPU ünitelerinin hesaplama gücü tüm 3D uygulamalar, DVD oynatımı, resim işleme, ses/video işleme gibi özelliklere öne çıkar.

SSE2 ile birlikte Pentium IV’ün 128 bit SIMD Integer ve 128 bit SIMD Double-Precision Floating Point hesaplamalarını da yapabildiğini söyleyebiliriz.

İşlemci eğer ki uygulamanın çalışması esnasında kod çözümü üniteleri veya Trace cache tarafından o esnada gerekli olan kod veya veri ile beslenemezde, hemen sıradaki başka bir minik kodun hesaplanması ile uğraşmaya başlayabiliyor. Yani minik kodların işlenmesi esnasında programın sırasına uyma zorunluluğu yok (Teknik ismi ile, Out of Order, speculative core). Bu sayede işlemci hesaplama ünitelerinin sürekli olarak işler durumda kalması sağlanıyor. Bu Pentium IV gibi yüksek frekanslarda çalışan işlemciler için oldukça önemli ve verimli bir özellik.

3. DİĞER X86 ÜRETİCİLERİ

1978 ve 1979 yıllarında üretilen ilk 8086 ve 8088 mikroişlemcilerinden günümüze, x86 üretim hattı büyük değişiklikler geçirdi ve tarihteki en başarılı mikroişlemci ailesi oldu. Bunun önemli bir nedeni IBM PC ve PC uyumlu bilgisayarların başarısından kaynaklanmaktadır. IBM firması üreteceği ilk PC‘de 8088 mikroişlemcisini kullanmadaki tarihi kararını verirken, Intel doğru zamanda doğru yerde bulunuyordu. Günümüzde x86 pazarı büyük bir endüstri olmuş ve her yıl milyonlarca işlemci satılır hale gelmiştir.

X86 işlemcilerini büyük popülaritesi Intel’den başka firmaları da bu pazara sokmuş ve x86 uyumlu işlemciler üreten bir çok firma ortaya çıkmıştır. AMD, Cyrix, Centaur, IBM, TI, Siemens, Harris gibi firmalar x86 tümleşik devreleri üretme endüstrisine girmiştir. Günümüzde AMD, Cyrix ve Centaur hala aktif olarak yarışmaktadır.

Intel firmasının üretmiş olduğu Pentium işlemcisinden sonra, daha önceleri sayıları çok olan x86 üreticileri azalmaya başladı. Çünkü, Intel yeni işlemcilerindeki teknolojik gelişmeleri bir sır olarak sakladı ve ürünlerinin patent haklarını koyup x86 pazarında tekel olmak istedi. Aynı zamanda, ilk Pentium‘un çıkmasından kısa bir süre sonra Pentium üretim hattını genişletmeye başladı. 1993 yılındaki Pentium’da sonra, 1999 yılına kadar 6 yıl gibi kısa sayılacak bir zaman diliminde, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III ve Pentium IV işlemcilerini çıkardı. Ayrıca, değişik özelliklerde Celeron, Xeon ve Mobil işlemcilerini sundu.

Intel yeni işlemcisini geliştirirken, diğer firmalar boş durmayıp Intel‘in genişleyip pazara hakim olmasını seyretmedi. AMD ilk firma içi x86 tasarımı olan K5 işlemcisini piyasaya sundu. Bununla beraber K5 geç bir üründü ve çok yavaştı. Bu başarısız ürünü telafi etmek için AMD Nexgen firmasını satın aldı. Nexgen x86 uyumlu Nx586 adındaki işlemciyi üretti. Bundan hemen sonra Nexgen Nx686’yı, yeni nesil işlemci çekirdeğinin tasarımını gerçekleştirdi. AMD Nx686 çekirdeğini kullandı ve başarılı olan K6 mikroişlemcisini üretti. AMD daha sonra bu işlemciye MMX ve diğer gelişmeleri eklemeye devam etti.

AMD firması K6II ve K6III ürünleri ile Intel‘in Pentium II ve Pentium III pazarından bir pay almaktadır. AMD ‘nin son ürünlerinden olan 450 MHz K6III işlemcisinin 500 MHz’lik Intel Pentium III işlemcisinden daha yüksek performans sağladığı söylenmektedir.

Yukarıda bahsedilen süre içinde Cyrix 6×86‘yı pazara sundu. 6×86 Pentium ile uç uyumluydu. Bu tümleşik devreye daha sonra MMX komutları eklendi. Cyrix pazardan daha büyük pay almak için bu ürünü geliştirmiştir.

Pentium döneminde yeni bir Intel rakibi daha ortaya çıktı. Centaur Technologies adındaki firma, hızlı, ucuz ve düşük güç tüketimi olan Pentium uyumlu bir tümleşik devre üretti. Bu firma daha düşük ve daha ucuz bir pazarı hedeflemektedir.

4. SONUÇ VE DEĞERLENDİRME

Bir mikroişlemciyi anlatmanın en iyi yolu, işlemcinin veriyolu ve adres yolu genişliğini söylemektir. Veriyolu; sinyalleri taşımak için tasarlanmış bağlantılar dizisidir.

Mikroişlemcinin yolu denildiğinde ilk akla gelen, veri göndermek ve almak için kullanılan tel kümesidir. Birim zamanda ne kadar çok sinyal gönderilebilirse, o kadar çok veri transfer edilebilir ve veriyolu o kadar hızlı olur.

Veriyolundan tamamen farklı olan adres yolu, verinin gönderileceği veya alınacağı bellek konumunu bildiren adresleme bilgisini taşıyan bir dizi telden oluşur. Veriyolunda olduğu gibi adres yolundaki her bir telde yalnızca tek bir bitlik bilgi taşır. Bu tek bit, söz konusu adresin tek bir basamağını oluşturur. Bu nedenle, tel sayısı arttıkça adreslenecek toplam bellek miktarı da artar. Adres yolunun genişliği, bir yonganın adresleyebileceği maksimum RAM miktarını belirler.

8086 da 16-bit olan veriyolu Pentium işlemcisiyle x86 ailesinin veriyolu uzunluğu 64-bite çıkarılmıştır. Intel, Pentium ile RISC mimarisi tasarım kavramlarından olan Superscalar mimariyi kullanmaya başladı. Pentium da aynı anda bir saatte, iki tane iş-hatlı tam sayı birimi iki komutu ve bir tane iş-hatlı FPU birimi de bir tane FPU komutu yürütebilmektedir.Bu işlemcide ayrıca yürütme performansının önemli olarak etkileyen tümleşik devre üzerinde birinci seviye (L1) ayrı 8 KB kod ve 8 KB veri önbelleği bulunur.

Pentium Pro, 8086/8088, 80286, 80386, 80486 ve Pentium işlemcilerinden sonra gelen 6’ıncı nesil olduğu için, ilk çıkması sırasında P6 kod adıyla anılmış ve önemli mimari ekler sunmuştur. P6 mimarisi dinamik yürütme teknolojisi olarak belirtilen ve çoklu dallanma tahmini, veri akışı analizi ve tahmini yürütme olarak üç temel fonksiyonlu mimari yapıyı içermektedir. Pentium Pro’ya 4 yeni adres hattı daha eklenerek adres yolu 36-bit yapıldı. Intel firması ilk kez 256 K, 512 K veya 1 MB olabilen L2 önbelleğini Pentium Pro işlemcisinin üzerine yerleştirdi.

Intel firması bir PC’ye DSP özelliği kazandırmak için MMX olarak adlandırılan bir teknolojiyi, Pentium işlemcilerine 1997’den itibaren koymaya başladı. MMX teknolojisi Multimedya işlemleri için 57 tane yeni komut sunmaktadır.

Intel Pentium II işlemcisi, Pentium Pro ve MMX teknolojilerinin birleşimi ile üretildi. Bu işlemcide bulunan 36 KB’lık L1 önbelleği yoğun olarak kullanılan veriye hızlı erişim sağlar. Ayrıca tümleşik devre üzerinde 512 KB’dan başlayan L2 önbelleği bulunur.

Pentium III mikroişlemcisi 1999 yılının başında Intel tarafından piyasaya sunulmuştur. Pentium III ile gelen önemli bir yenilik SIMD olarak adlandırılan bir yapıdır. Bu mimari yapı ile, ileri görüntü işleme, 3D, ses, video ve ses tanıma gibi uygulamalarda kullanılabilecek 70 tane yeni komut eklenmiştir. Pentium III ayrıca P6 mikromimarisini çok işlemli sistem yolu ve Intel MMX teknolojisini içerir.

Pentium IV, Intel’in 1995’ten beri ilk tamamen yenilenmiş x86 mikroişlemcisidir. Intel 1995’ten beri MMX, SSE, çip üzeri L2 kaşe bellek ve daha hızlı sistem veriyolları gibi pek çok gelişmeyi işlemcilerine ekledi. Fakat Pentium IV, gelecekteki pek çok çip’in temelini oluşturan gerçek bir yeni nesil tasarımdır. Pentium IV’ün sistem veriyolları 400 MHz’de çalışabilir. Bu durumda Pentium IV en hızlı Pentium III’ten yüzde 33 daha hızlı çekirdek frekansına ve 2 kat daha hızlı bir veriyoluna sahiptir.

Günümüzde x86 pazarı büyük bir endüstri olmuş ve her yıl milyonlarca işlemci satılmaktadır. X86 işlemcilerinin büyük popularitesi Intel’den başka firmaları da bu pazara sokmuş ve x86 uyumlu işlemciler üreten bir çok firma ortaya çıkmıştır. Günümüzde Intel’in yanında AMD, Cyrix ve Centaur hala aktif olarak yarışmaktadır.

Bir Cevap Yazın