İşlemciler bir cihazdaki tüm girdilerin işleme tabii tutulduğu ve çıkış bilgilerinin üretildiği bölümdür. İşlemciler tek başına bir işe yaramaz. Giriş – Çıkış birimlerine ve hafıza birimine (RAM, ROM bellek) ihtiyaç duyar.
İşlemcileri çalışma şekli bakımından insan beynine benzetebiliriz. Giriş çıkış birimleri ise duyularımız ve organlarımızdır. Örneğin sıcak bir yüzeye dokunduğumuzda hücrelerimiz ısıyı algılayıp beyine iletir, beyin ise bu algıladığı sinyali işler ve elimizi o yüzeyden çekmemiz için çıkış sinyali gönderir. İşlemciler de aynı mantıkla çalışır. Bir cihazın giriş birimlerinden aldığı bilgiyi aritmetik ve mantıksal işlemlere tabii tutarak çıkış sinyalleri üretir ve bu sinyalleri belleğe ya da çıkış birimlerine aktarır.
İşlemciler çevre birimler ile 3 ana yoldan haberleşme sağlar.
Bu yollar;
1- Adres Yolu : Mikroişlemcilerin veri haberleşmeyi sağlayacağı çevre birimlerin adreslerini taşımak için kullanılır. İşlemci veriye erişmek için ya da veri göndermek için çevre birimlerinin adreslerine erişerek veri okuma/yazma işlemini yapar. Tek yönlü (işlemci den çevre birime) haberleşme sağlar.
2- Veri Yolu : İşlemcinin çevre birimden alacağı ya da çevre gönderdiği verileri taşıyan yoldur. İki yönlü (işlemciden çevre birime – çevre birimden işlemciye) haberleşme sağlar. 64 bitlik bir işlemcide 64 adet veri taşıyıcı iletken bulunur.
3- Kontrol Yolu: İşlemci ile çevre birimlerin senkronizasyonu (eşzamanlı çalışmasını) sağlar. Mikroişlemci çevre birimlere okuma ya da yazma işlemi yapacağını belirtmek için kullanılır.
İşlemciler işlemleri Saat Darbesi de denilen Pulse sinyali ile yapar. Her bir saat darbesinde işlemci bir komut işler.
Her işlemcinin bir işlem kapasitesi vardır. Örneğin 32 bit’lik bir işlemci bir saat darbesi ile 32 bit değerindeki bilgiyi işleme tabi tutabilir. 2 GigaHertz değerindeki işlemci hızı saniyedeki saat darbesinin 2.000.000.000 tane olması demektir. Bu da demek oluyor ki 2GHz hızındaki 32 bitlik bir işlemci, bir saniye içerisinde 32 x 2.000.000.000 = 64.000.000.000 bitlik komut işleyebilir. 64 bitlik 2 GHz hızındaki bir işlemci ise bu bilgiyi yarım saniyede işleyebilir.
Şimdi işlemcilerin çalışma mantığına bakalım.
İşlemciler çevre birimler ile veri yolu, adres yolu ve kontrol yolu ile haberleşme sağlar. Giriş biriminden alınan bilgiler ram bellek üzerinde tutulur. İşlemci ram bellek üzerindeki bilgileri belli bir sıraya ve bellek adreslerine göre teker teker alır. Aldığı bilgileri aritmetik ve mantıksal işlemlere tabii tutar ve ram belleğe ya da çıkış birimlerine gönderir.
RAM belleklerde her bir bilginin tutulduğu adresler vardır. İşlemciler bilgileri bu adreslere göre alır ya da gönderir.
Ram belleği bir dolaba benzetirsek dolabın rafları ise bellek adresleridir. Raflarda bulunan malzemeler ise bizim yetleştirdiğimiz ya da işlenen verilerden elde edilen bilgilerdir.
İşlemciler aynı anda iki işlemi paralel olarak yapamazlar. Tüm işlemleri sırayla yaparlar. Ancak bu işlemler nanosaniyeler içerisinde gerçekleştiği için biz aynı anda yapılmış gibi görürüz.
İşlemcinin aynı anda birden fazla işlemi yapabilmesi için birden fazla fiziksel çekirdeğe ihtiyaç duyarlar.
[…] İşlemciler RAM belleğe doğrudan erişim sağlarlar. Bellekte tutulan her verinin kaydedildiği adresler vardır. İşlemci verilere bu adresler üzerinden ulaşır. Programlamada kullandığımız değişkenler bu bellek üzerinde tutulur. Gerektiği zaman erişilebilen bu bellekteki bilgiler istenildiği taktirde silinebilir, değiştirilebilir. Kullanıcı ve uygulama verileri bu bellekte saklandığına göre performansa doğrudan etki edebilir. […]