Yazılım Mühendisliğine Giriş 2018 GÜZ

Transkript

1 Yazılım Mühendisliğine Giriş 2018 GÜZ 1

2 Bilgisayarların ilk yıllarındaki Sınıflandırmaları Mikrobilgisayar (Mictocomputer) Minibilgisayar (Minicomputer) Ana Bilgisayar (MainframeComputer) 2

3 Mikrobilgisayar (Microcomputer) Mikrobilgisayar merkezi işleme birimi (CPU) içeren bir bilgisayardır. Mikroişlemci* (microprocessor) olarak görev yapar. Kişisel kullanımlar için tasarlanmıştır. Bir mainframe ya da mini bilgisayardan daha küçüktür. Mikrobilgisayar sözcüğü liyıllarda kullanılmıştır. Günümüzde kişisel bilgisayar (PC), sadece bilgisayar olarak adlandırılmaktadırlar. *Mikroişlemci CPU işlemlerinin tek bir entegre devre (en fazla birkaç devre) tarafından gerçekleştirilmesidir. Sayılar ve semboller ikili sayı sisteminde simgelenir. 3

4 Minibilgisayar (Minicomputer ) Minibilgisayar büyük bir bilgisayarın özelliklerine ve gücüne sahiptir; fakat fiziksel boyutu küçüktür. Mainframeve mikrobilgisayar arasındaki boşluğu doldurur. Mainframebilgisayardan daha küçük, mikro bilgisayardan daha büyüktür Minibilgisayarlar küçük ve orta düzeyde sunucu olarak çalışabilirler. Ticari ve bilimsel uygulamalardaki işlemlere uygundur. Minibilgisayar sözcüğü günümüzde sunucularla (servers) birleştirildi.. 4

5 Anabilgisayar (Mainframe Computer) Anabilgisayar (mainframe computer) fazla sayıda kullanıcıya (binlerce) eş zamanlı olarak farklı hizmetler verebilir. Büyük, güçlü ve pahalı bir bilgisayarlardır. Çok sayıda işlemcileri vardır. Böylece birden fazla yazılımı ya da aynı yazılımın farklı parçalarının paralel olarak çalıştırılabilmesi mümkündür. Fazla sayıda girdi-çıktı kanalının üstünlüğü vardır. Merkezi işlem birimi yalnızca yüksek hızlı bellekle çalışır Böylece büyük miktarda veri işlenebilir. 5

6 IBM 704 mainframe bilgisayarlar 1953yılında John W. Backus IBM 704 mainframe* (bilgisayarların ana işlem ünitesi) bilgisayarlarda çalışacak ve assemblydiline pratik bir alternatif oluşturacak bir dil önerisinde bulunmuştur. Backus untakım çalışmaları 1956 daki ilk sürüm ile devam etmiştir. * CPU ile aynı anlama gelir 6

7 Ana Bilgisayarların İşletim Sistemleri (Operation Systes on Mainframe Computers) Çoklu programlama (multiprogramming) yapabilir. Çoklu görevlendirme (multitasking) ile çok sayıda kullanıcının aynı anda anabilgisayarı kullanabilir. Bir anabilgisayar saniyede yüz milyonlarca komut (millions of instructions per second-mips) işlemleyebilir. 7

8 Think dergisi 1979 Backus ile röportaj John Backus 1979 yılında IBM çalışanlarının magazin dergisi Think ile röportajında şöyle söylemiştir. «Çalışmalarıın çoğu tembelliğimin sonucudur. Program yazmaktan hoşlanmıyordum. IBM 701 makinelerinde çalışırken yörünge atışlarının isabetlerini hesaplayan programlar yazıyorduk. Yazdığımız bu programların daha kolaylaşmasını sağlayan bir programlama sistemi üzerinde çalışmaya başladım». 8

9 Backus Naurform Rekürsif(tekrarlanan şekilde ) olarak tanımlanmış bir gösterimdir. Kullanım alanları geniştir. Bilgisayar bilimlerine kullanılan bir notasyondur. Dillerin sözdiziminin (sentaks) tanımlanmasında kullanılır. Bilgisayar programlama dilleri oluşturulurken gerekli olan tanımlamalara destek olur. Örneğin; dokümanların formatlanmasında, komut dizilerinin tanımlamalarında, haberleşme protokollerinde programlama dillerinin yapısının incelenmesinde kullanılabilir. 9

10 BackusNaurForm Örnek I <digit>::= <unsigned integer>::= <digit> <unsigned integer><digit> <integer>::= <unsigned integer> + <unsigned integer> <unsigned integer> <letter>::= a b c... <identifier>::= <letter> <identifier><letter> <identifier><digit> lıyıllarda ALGOL programlama dilinin sözdizimini tanımlamak üzere oluşturulmuştur. 10

11 BackusNaurForm Örnek II <postal-address> ::= <name-part> <street-address> <zip-part> <name-part> ::= <personal-part> <last-name> <opt-suffix-part> <EOL> <personal-part> ::= <initial> "." <first-name> <personal-part> <name-part> <street-address> ::= <house-num> <street-name> <opt-apt-num> <zip-part> ::= <town-name> "," <state-code> <ZIP-code> <EOL> <EOL> <opt-suffix-part> ::= "Sr." "Jr." <roman-numeral> " " <opt-apt-num> ::= <apt-num> "" 11

12 BackusNausForm Örnek: III Posta kodu aşağıdaki formatta verilen bölgeye ait BNF notasyonu i)k1n 6N5 ii) M5W 2E4 iii) X0A 1A1 BNF Gösterimi <postalcode>::= <letter> <number> <letter> <number> <letter> <number> Farklı bir BNF gösterimi <postalcode> ::= <forwardsortationarea> <space> <localdeliveryunit> <forwardsortationarea> ::= <provarea> <loctype> <letter> <localdeliveryunit> ::= <digit> <letter> <digit> <provarea> ::= A B C E G H J K L M N P R S T V X Y <loctype> ::= <rural> <urban> <rural> ::= 0 <urban> ::= <letter> ::= A B C E G H J K L M N P R S T V W X Y Z <digit> ::=

13 13

14 Problem Çözme Programlama bir problem çözme prosesidir. Problem çözme teknikleri Problem analiz edilir Problemin gereksinimleri belirlenir Problemin çözümü için tasarım adımına (algoritmaya ) geçilir. Algoritma : Adım adım problem çözme prosesidir. Çözüme sonlu bir zaman diliminde ulaşılır. 14

15 Problem Çözme Prosesi Adım 1 Problem analiz edilir. Problem analiz edilir Problemin gereksinimleri belirlenir Problemin çözümü için tasarım adımına (algoritmaya ) geçilir. Adım 2 Algoritma çalıştırılır (implementasyon) Algoritma koda dönüştürülür. Algoritmanın çalıştığı kontrol edilir (verify) Adım 3 Devamlılığın sağlanması (Maintenance) Problemin uygulama alanı değiştiği taktirde programın kullanılabilmesi ve değiştirilebilmesi 15

16

17 Problemin Analizi Baştan sona kadar problemin tümüyle anlaşılması Problem gereksinimlerinin açıklaştırılması Program kullanıcı ile etkileşim gerektiriyor mu? Program data üzerinde manipülasyon gerçekleştirebiliyor mu? Elde edilen çıktı nedir? Problem karmaşık olduğunda alt problemlere bölünür. Her bir alt problem yukarıda olduğu gibi analiz edilir. 17

18 Algoritmanın Tasarımı (Design an Algorithm) Eğer problem alt problemlere bölündü ise Her alt problemin algoritması tasarlanır Algoritmanın doğruluğunun kontrol edilmesi Bu süreç örnek veri(data) kullanılarak gerçekleştirilir. Bazı matematiksel analizler gerekebilir. 18

19 Kodun Yazılması Algoritma yazıldığında ve doğruluğu sağlandığında (verified) Algoritmaya denk yüksek düzeyde kodun yazımı gerçekleştirilir. Programın yazılışı bir metin (text) editörü kullanarak gerçekleştirilir. 19

20 Derleme ve Bağlama Compiling and Linking Kod derleyicide çalıştırılır. Derleyici hata üretirse (generates errors) Koda geri dönülerek hatalar kaldırılır. Kod yeniden derleyicide çalıştırılır. Herhangi bir sentaks hatası kalmadığında Derleyici kendisine denk makine kodunu oluşturur (generates) Linker ise, makine kodunu sistem kaynakları (system resources) ile bağlar. 20

21 Yükleyici ve Çalıştırma (Loader and Executing) Program derlendiğinde ve sistem kaynakları ile birleştirildiğinde, loader (yükleyici) programı çalıştırmak üzere ana belleğe gelir. Son adıı programın çalıştırılması adımıdır. Derleyici aşaması başarı ile tamamlandığı için programın dilin kurallarına uygun olduğu garanti edilmiştir Fakat programın doğru çalışacağı garanti değildir. 21

22

23 Yapısal Programlama Yapısal Tasarım (Structured design): Problem daha küçük alt problemlere bölünür Yapısal Programlama (Structured programming) Yapısal tasarımın implementasyonu gerçekleştirilir Yapısal tasarım farklı şekillerde de adlandırılır: Yukarıdan aşağıya doğru tasarım (Top-down design) Adım adım yenileme (Stepwise refinement) Modüler programlama (Modular programming) 23

24 Yüksek Düzeyli Programlama Dilleri -I COBOL COBOL (COmmon Business-Oriented Language) 1950 liyılların sonlarında ticari veri işleme problemleri için tasarlanmıştır. O dönemde bu alandaki en güçlü dil olmuştur. Dosya tutulması (file handling) işlemleri ve ticari aritmetikte çok güçlü bir dil idi Program komutları çoğunlukla sözcüklerden oluştuğu için kod yapısı İngilizce cümlelere çok fazla benzemekteydi. Öğrenmesi ve anlaması en kolay dillerden biri idi 24

25 25

26 Grace Hopper Amerikalı bilgisayar bilimci ve Deniz Kuvvetlerinde Amiral Bir programlama dili için yazılan ilk derleyicinin kaşifi Makineden bağımsız ilk programlama dili fikrini yaygınlaştırdı COBOL dilini yazanların öncülerindendir. Harvard Mark I (1944) ilk programlanan bilgisayarı keşfetti 26

27 Yüksek Düzeyli Programlama Dilleri -II FORTRAN(1956) FORTRAN (formula translation) Matematiksel ve bilimsel hesaplamalarda kullanılmaktadır Günümüzde de kullanımda olan ilk bilgisayarlardan biridir. Yapısal programlama ve karakter odaklı verilerin işlenmesi (FORTRAN 77), Dizilerin programlanmasıi modüler orgramlama ve genel (generic) programlama (Fortran 90), Yüksek performanslı Fortan Fortran 95), Nesneye yönelik programlama (object-oriented programming (Fortran 2003) Eşzamanlı programlama (concurrent programming (Fortran 2008). 27

28 Yüksek Düzeyli Programlama Dilleri III BASIC(1964) BASIC (Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code) Çok kullanıcılı (multiuser) sistemlerin avantajlarını kullanmak üzere geliştirilmiştir. Aynı zamanda pek çok kişi programı kullanabilir. Dilin öğrenilmesi oldukça kolaydır ve mikrobilgisayar kullanıcıları arasında yaygın olarak tercih edilmiştir. Pek çok versiyonunda ikili koda dönüşüm yorumlayıcı (interpreter) ile gerçekleştirilmekte idi. Böylece bir ara kod (intermediatecode) oluşturulmasına da gerek kalmamakta idi BASIC sonrada bazın sürümlerinde derleyici (compiler) kullanarak ikili koda dönüşüm işlemlerini gerçekleştirmiştir. 28

29 29

30 50 li yıllardaki Teknolojik Gelişmeler 30

31 3. Kuşak Bilgisayarlar Entegre Devreler Entegre devrelerin geliştirilmesi üçüncü kuşak bilgisayarların oluşunun nedenidir. Transistörler küçüldü ve silikon çipler üzerine yerleştirildi. Bunlara yarı iletkenler (semiconductors) adı verildi Bu malzeme bilgisayarların hızını ve etkinliğini çok fazla arttırdı. Delgi kartları (punched cards ) ve basılmış sonuçlar yerine klavye ve monitörler kullanılmaya başlandı. 31

32 Entegre Devreler(Çipler) Çip birbirine bağlanmış ince transistörlerden oluşmaktadır. Çiplerin üretimi yaygınlaştıkça tercih edildi. Böylece çok sayıda transistörünbağlanmasına da gerek kalmadı Ayrıca Bilgisayarlar yerden tasarruf etmiş oldu. Makinenin hızı arttı Elektronların izlemesi gereken mesafe küçüldü 32

33 Üçüncü Kuşak Bilgisayarlar Entegre Devreler Bir işletim sisteminin merkezi bir programın kullanılması ile tek seferde birden fazla uygulamayı çalıştırabilir. Önceki bilgisayarlardan daha ucuz ve küçük olmaları nedeni ile hesaplamalarda bilgisayarların kullanılması ilk defa avantajlı hale geçmiştir. 33

34 : Çıkarılabilir diskler görüldü 1963: Douglas Engelbartbilgisayarlar için fareyi tasarladı («mouse pointing device» olarak adlandırıldı) 1964: IBM tarafından System 360 ilk entegredevre, 3. kuşak bilgisayar kullanılmaya başladı. 1964: BASIC(Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code)programlama dili Dartmouth College de geliştirildi 34

35 : İlk bilgisayar bilimleri alanında PH.D., yani doktora derecesi alındı Pennsylvania Üniversitesi nden (Richard L. Wexelblat) 1969: Bell Lab. Kendi işletim sistemi UNIX i geliştirdi. 1971: Texas Instrumentsilk cep hesap makinesini piyasaya sundu. Ağırlığı 2.5 poundidi (1 pound = gr) Ray Tomlinson ilk eposta uygulamasını yazdı. 35

36 IBM 1311 disk depolama sürücü merkezi (disk storage drive center ) İlk bilgisayar faresi Douglas Engelbart tarafından keşfedildi. Mekanizma çalışan yüzey ile bağlantıyı sağlamaktaydı 36

37 Unix İşletim Sistemi PDP-7 mini bilgisayarı ile kullanılmaya başlandı 1970 yılında bir hesap makinesi düşük düzeyde enerji harcamaktaydı. Çünkü düşük güç tüketen az sayıda çipten oluşmuştu. Doldurulabilir bataryalar ile taşınabilir modelleri bulunuyordu. 37

38 Dördüncü Kuşak : 1971-Bugün Mikroişlemciler Binlerce entegre devre tek bir silikon çip üzerinde çalışarak mikroişlemcileri oluşturmuştur. Bu teknik 4. kulak bilgisayarların doğuşudur Intel 4004 çip 1971 yılında geliştirildi. Bilgisayarların tüm parçaları merkezi işleme biriminden giriş/çıkış kontrollerine kadar tüm bilgisayar bileşenleri tek bir çip üzerinde yer almaya başladı. Entegre devrenin özel bir hali olan bu ilk mikroişlemci bir zaman diliminde 4 bit datayı işleyebiliyordu 38

39 İlk Minibilgisayar Kiti Altair 8800 Bilgisayarların kullanım alanları bu döneme kadar askeriye, üniversiteler ve çok büyük şirketlerdi. Çünkü bilgisayarların maliyetleri çok fazla idi ve makinelerin bakımları da çok pahallıidi yılında, Popular Electronics magazin dergisi kapağında şu haberi verdi: «dünyanın ilk minibilgisayar kiti Altair 8800 piyasaya sürüldü. Ticari modeller için rekabeti başlıyor». Altairmakinesi Micro Instrumentation and Telementry Systems (MITS)tarafından geliştirildi. 39

40 The Altair kiti sahibi tarafından assemly dili kullanımı gerektiriyordu. Henüz ticari bir ürün olmadığı için makineyi çalıştırmak için bir yazılım yazmak gerekiyordu Altair kitinin 256 bayt belleği vardı. Bir paragraf büyüklüğünde idi ve makine kodunda 0 ve 1 lerle kodlanabiliyordu. Programlama resimde görüldüğü gibi Altair makinesinin önünde elle yapılıyordu. 40

41 Gates ve Allen ev bilgisayarı (home computer) piyasasının önemini fark etti. Yeni makineler için yazılımlara gerek olduğunu da biliyorlardı. 41

42 Microsoft un Doğumu Gates MITS firmasına programlama ile ilgili öneride bulundu (Altair makinesinin üreticileri). BASIC dilinin Altair üzerinde kullanılmasını önerdiler. Böylece kod yazılmasına gerek kalmayacaktı. Çalışmalar tamamlandığında program tek seferde çalıştı MITS, BASIC dilinin kullanım haklarını satın aldı Böylece Gates yazılım piyasasının doğuşuna neden oldu. Bill Gates Harvard Üniversitesini bıraktı ve Microsoft şekillenmeye başladı 42

43 Dördüncü Kuşak: : 1971-Bugüne Mikroişlemciler 1981 yılında IBM ev kullanımı için ilk bilgisayarı üretti 1984 yılında Apple Macintoshmakinesini üretti Mikroişlemciler aynı zamanda masaüstü bilgisayarlarda kullanıldı Mikroişlemciler günümüzde günlük yaşamımızda her yerde bulunuyor 43

44 Mikroişlemciler Küçük bilgisayarlar güçlendikçe ağlara da bağlanabilmek mümkün oldu. İnternet in gelişimi de başladı 4. kuşak bilgisayarlar ayrıca kullanıcı arayüzlerinin(gui ler) geliştirilmesini, fare ve el aygıtlarının yaygınlaşmasını sağladı. 44

45 Osborne I İlk Laptop Adam Osborne ilk taşınabilir bilgisayar Ağırlığı 24 pounds (10,88 kg) ve 1,795dolar Makinenin fiyatı ucuzlamış olmasına rağmen, içindeki yazılımın fiyatı 1,500dolar civarında oluyordu. Bu makinenin 5-inch görüntü ekranı ve 64 kilobayt belleği, bir modemi ve iki tane 5 1/4-inch floppy disk sürücüsü (disk drives) bulunmaktaydı. 45

46 5. Kuşak :Günümüz ve Daha Sonrası Yapay Zeka (Artificial Intelligence) Yapay Zeka - Artificial intelligence Kuantum Hesaplama *Quantum computation Paralel İşleme- Parallel processing 46

47 Beşinci Kuşak Bilgisayarlar Yapay zeka uygulamalarına uygundur. Geliştirilmeye devam etmektedir. Ses tanıma (voice recognition) sistemleri bir örnek olarak verilebilir Paralel işlemenin (parallel processing) kullanılması ve süper iletken malzemeler belki de yapay zekayı gerçeğe dönüştürebilir. 47

48 Altıncı Kuşak Bilgisayarlar 48