a oldukça basit bir bakış açısıdır ve birçok dizayn daha kompleks adres metotlarını (örneğin sayfalama) kullanarak tam sayı aralığının izin verdiğinden daha çok belleğe erişmeyi başarmaktadır.

Daha yüksek seviye aralıklar, ek basamaklarla ilgilenebilmek için daha çok yapıya ihtiyaç duyar ve bu sebeple daha fazla karmaşıklık, ebat, yüksek güç tüketimi ve maliyet durumları oluşur. Bu sebepten günümüzde yüksek aralığa sahip (16, 32, 64 ve 128) MİB'ler mevcutken, 4-bit veya 8-bit mikro denetleyicilerin kullanılması oldukça yaygındır. Daha basit mikro denetleyiciler daha ucuz, daha az güç kullanan ve bu sebeple daha az ısınan yapılardır ve bu özellikler, tasarım esnasında seçilmeleri için oldukça yeterli rol oynarlar. Ancak bazı üst-uç uygulamalarda, ekstra aralığın getirdiği kazanç diğer etkenlerden daha büyük rol oynamaktadır. Her iki durumdan da, düşük ve yüksek bit uzunluklarından, kazanç elde etmek için birçok MİB farklı bölümleri için farklı bit genişlikleriyle tasarlanmaktadır. Örneğin, IBM System/370 MİB'si asıl olarak 32 bit kullanırken, gezer noktası (floating point) içerisinde 128-bit keskinlik kullanarak daha net ve daha geniş gezer nokta sayıları elde etmeyi gerçekleştirmiştir. Bundan sonraki MİB tasarımlarında da, özellikle işlemcinin genel amaçlı kullanımlarda tam sayı ve gezer nokta yeteneği arasındaki denge makul bir seviyedeyken, karışık bit genişliğini kullanılmıştır.

Çoğu MİB, ve doğal olarak çoğu sıralı mantık aygıtları, senkron yapılardır. Bu yapılar senkron bir sinyalde çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bu sinyale saat sinyali denir ve genelde bir periyodik kare dalga formunda olur. Elektrik sinyallerinin MİB'nin farklı bölümlerine ulaşabileceği maksimum süreyi hesaplayarak, tasarımcılar bu saat sinyalinin periyodunu uygun olarak seçebilirler.

Kötü durum koşulunda bu periyot, sinyalin ilerleme hızından veya yayılmasından daha uzun olmalıdır. Saat periyodu kötü durum yayılma gecikmesinden yeterince yüksek tutulduğunda, tüm MİB'nin ve veriyi saat sinyalinin iniş/çıkışları civarında ilerletmesini tasarlamak mümkün olacaktır. Bu durum, MİB'yi etkili biçimde sadeleştirme avantajını hem dizayn açısından, hem de bileşen sayısı açısından sağlayacaktır. Ancak bunun yanında da, tüm MİB'nin en yavaş elemanını, diğer bölümler çok daha hızlı çalışabilecekken beklemek zorunda kalması dezavantajını da doğuracaktır. Bu kısıtlama, gelişen MİB paralleliğinin çeşitli metotları ile telafi edilmektedir.

Mimari geliştirmeler tek başına global senkronize MİB'lerin dezavantajlarını ortadan kaldıramaz. Örneğin, bir saat sinyali, başka elektrik sinyalinin gecikmesine de bağlıdır. Artan kompleks MİB yapılarındaki yüksek saat hızları, saat sinyalini tüm birim boyunca senkron (aynı fazda) tutmayı zorlaştırır. Bu durum birçok modern MİB'nin birden fazla eş saat sinyali kullanmasına yol açmıştır; böylece tek sinyalin gecikmesi, MİB'nin aksamasını engellemiştir. Diğer bir önemli nokta ise, saat hızları arttıkça, MİB'nin ürettiği ısıda aynı şekilde artmaktadır. Sabit biçimde değişen saat, birçok bileşenin de kullanılmaksızın değişmesine yol açmaktadır. Genel olarak, değişen her bir bileşen, sabit bir bileşenden daha çok enerji tüketmektedir. Bu sebeple, saat hızı arttıkça, ısı dağılması artar, bu da MİB'de daha etkili soğutma yollarının kullanılmasını gerektirir.

İstenmeyen bileşen geçişini engellemenin bir yolu, saat geçitleme yöntemidir. Bu yöntemle istenmeyen bileşenlere giden saat sinyali kapatılır. Ancak bunu uygulaması zor olduğundan düşük güç tüketimli tasarımların dışında kullanımı pek söz konusu değldir. Global saat sinyaline sahip olan problemlerin çözümündeki diğer bir yol ise, tüm saat sinyallerinin birden kaldırılmasıdır. Global saat sinyalinin kaldırılması tasarım sürecini oldukça zorlaştırsada, asenkron (veya saatsiz) tasarımlar güç tüketiminde ve ısı dağılımında sahip oldukları büyük avantajları da beraberinde getirmektedirler. Nadir olmakla birlikte, tüm MİB'lerin global saat sinyali içermeden üretildiği de olmuştur. Bunlardan iki önemli örnek vermek gerekirse ARM uyumlu AMULET ve MIPS R3000 uyumlu MiniMIPS’i gösterebiliriz. Bazı MİB tasarımlarında saat sinyalini tamamiyle çıkarmak yerine, asenkronluk belli bölümlere uygulanmıştır, tıpkı asenkron ALU’ların skalar üstü (superscalar) boruhattı uygulamasıyla birleştirilerek bazı aritmetik performans kazançlarının elde edilmesinde olduğu gibi. Her ne kadar asenkron tasarımların, senkronize karşılıklarından daha iyi bir performans verebileceği çok açık olmasa da, baist matemaiksel işlemlerde daha üstün olduğu bir gerçektir. Bu özelliği, mükemmel güç tüketimi ve ısı dağılım özellikleriyle de birleşince, tümleşik bilgisayarlarda kullanılmak için oldukça uygun olduğunu ortaya çıkarmaktadır.

Bir önceki bölümde verilen MİB'nin esas çalışmasının tanımı, bir MİB'nin alabileceği en basit şekli tanımlamaktadır. Olağan olarak skalar altı (subscalar) diye temas edilen bu türden MİB bir seferde bir veya iki parça veri üzerinden verilen komut üzerine çalışmaya başlamakta ve uygulamayı gerçekleştirmektedir.

Bu süreç skalar altı MİB'de işin özünde bulunan bir yetersizliği ortaya çıkarmaktadır. Bir seferde sadece bir komutun uygulanabilmesi mümkün olduğundan, MİB'nin tamamı bir sonraki komutu işlemeye başlamadan önce bu ilk komutun tamamlanmasını beklemek zorundadır. Bunun sonucu, skalar altı MİB uygulamanın tamamlanması için bir saatten fazla çevirimi süren yönergelere “kapalı” kalmaktadır. İkinci bir uygulama biriminin ilave edilmesi bile (aşağıya bakılması), performansı daha fazla iyiye götürmemektedir; birden fazla yönergenin kapalı olmasının yerine, şimdi iki yörünge de kapanmakta ve kullanılmayan transistörlerin sayısı artmaktadır. MİB'nin uygulama kaynaklarının sadece bir seferde verilen komuta göre çalışabilmesinin mümkün olduğu bu tasarım sadece skalar performansı (saat başına bir komut) bir olasılıkla öğretebilir. Bununla birlikte, performans hemen hemen her zaman skalar altıdır (yani çevirim başına bir komuttan daha az).

Skalar ve daha iyi performans gerçekleştirmesi için yapılan girişimler, MİB'nin daha az doğrusal ve daha fazla paralel olarak davranmasına neden olan tasarım metodolojilerinde çeşitlilik ile sonuçlanmıştır. MİB'lerde paralellikten söz edilirken, bu tasarım tekniklerinin sınıflandırılması için genel olarak iki deyim kullanılmaktadır. Komut düzeyinde paralellik (ILP) bir MİB içerisinde komutların yerine getirilme hızını artırmayı araştırmakta (yani kalıp üzerinden uygulama kaynaklarının artırılması) ve program düzeyinde paralellik (TLP) bir MİB'nin aynı anda uygulamaya girişebileceği program sayısının (fiili bireysel programları) arttırmayı amaçlamaktadır. Her bir metodun uygulanma tarzlarından aynı zamanda da bir uygulama için MİB'nin performansını artırmada sağladıkları göreceli etkinlik bakımından da birbirlerinden fark etmektedir.

Komut boruhatlaması (Instruction pipelining) ve skalar üstü mimari, artan ölçülerde parallelik gerçekleştirilmesinde kullanılan en basit yöntemlerden biri bir evvelki komutun uygulanması tamamlanmadan önce getirme (fetching) ve kod çözme (decoding) komutunun ilk aşamalarına başlanmasıdır. Bu, komut boruhatlaması diye bilinen bir tekniğin en basit şeklidir ve hemen hemen bütün çağdaş genel amaçlı MİB'lerde kullanılmaktadır. Boruhatlama, uygulama yörüngesinin birbirinden ayrı aşamalara bölünmesiyle, birden çok sayıda komutun belirli bir zamanda uygulanmasına olanak sağlamaktadır. Bu ayırma, uygulama dizisinden dışarı çıkana ve çekilinceye kadar, her bir aşamada verilen bir komutun daha tam duruma getirildiği bir montaj hattıyla karşılaştırılabilir.

Bununla birlikte, boruhatlama, bir evvelki işlemin sonucuna bir sonraki işlemi tamamlamak için gereksinme olduğu bir durumun olasılığını getirmektedir; böyle bir duruma çoğu kez veriye bağımlılık çatışması denmektedir. Bununla başa çıkılması için, bu türden koşullar için varlığını kontrol etmek için ek dikkat gösterilmesi gerekmekte ve bu çatışma meydana geldiği takdirde komut boruhattının bir kısmı gecikmektedir. Doğal olarak, bunu gerçekleştirilmesi ek devre donanımını gerektirmekte ve böylece boruhatlı işlemciler skalar altı işlemcilerden çok daha karmaşık (her ne kadar bu pek önemli değilse de) olmaktadırlar. Boruhatlı işlemciler hemen hemen skalar olabilir ve sadece boruhattı durmasıyla (bir aşamada bir saatten fazla çevrim harcanmasına neden olan komut) engellenebilir.

Bir işlemcinin performansı ve hızı, o işlemcinin saat vurum sıklığına ve saniye başına komut (IPS) sayısına bağlıdır. Saniye başına komut sayısı arttıkça işlemcinin performansı ve hızı da artar. Ayrıca çok çekirdekli işlemcilerden daha fazla performans elde edilir.

Birçok bildirilmiş IPS değerleri birkaç şubesi bulunan yapay talimat dizilerinde zirve yürütme oranları temsil etmiştir, oysa gerçekçi iş yükleri bazıları diğerlerinden daha uzun çalıştırmak için karıştırılmış talimatları ve uygulamaları içerir. Bellek hiyerarşisi performansı MIPS hesaplamalarında ancak dikkate alınan bir sorun olan işlemci performansını oldukça etkiler. Bu problemlerden ötürü, SPECint gibi çeşitli standartlaşmış testler yaygın olarak kullanılan uygulamalar reel efektif performansını ölçmek girişimi için geliştirilmiştir.

CPU ve RAM Bir bilgisayarın işlem performansı çok çekirdekli işlemci (iki ya da daha çok işlemcinin bir bütünleşmiş devrede birleştirilmesi) kullanılarak arttırılabilir. Çift çekirdekli bir işlemci tek çekirdekli bir işlemcinin neredeyse iki katı kadar güçlü olur. Ancak pratikte güç kazancı kusurlu yazılım algoritmaları ve uygulamaları nedeniyle yüzde elli civarındadır.

Çekirdek sayısı; tek bir bilgi işlem bileşenindeki (yonga ya da çip) bağımsız merkezî işlem birimi sayısını belirten donanım terimidir. İş parçacığı sayısı ile karıştırılmaktadır. Bazen pazarlamacılar tek çekirdekli iki iş parçacıklı işlemcileri "çift çekirdekli" diye tanıtabilmektedir.






Ütopya (roman)

Ütopya, Thomas More tarafından yazılan, Yunanca “olmayan yer” sözcüğünden "yaratılmış" kelime ile aynı ismi taşıyan kitap.

More