1. BİLGİSAYARLARIN TARİHÇESİ VE GELİŞİMİ

Transkript

1 Bölüm 2 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 1. BİLGİSAYARLARIN TARİHÇESİ VE GELİŞİMİ 1.1. Bilgisayar Bilgisayar (Computer) kelimesi 1646 yılından beri İngilizce de kullanılmakta olduğu halde, 1940 yılından önce basılan sözlüklerde computer kelimesinin karşılığı olarak hesaplamaları yapan kişi tanımı ile karşılaşılmaktadır yılından önce, hesaplamaları gerçekleştirmek üzere tasarlanan ve üretilen makinelere hesap makinesi adı verilmekte iken, Bilgisayar (computer) deyiminin modern anlamda tanımı ve kullanımı, ilk elektronik hesaplama aygıtlarının geliştirilmesi ile söz konusu olmuştur. Bir aygıtın bilgisayar olarak tanımlanabilmesi için kendisine belirli bir formda verilenleri depolayabilmesi, gerektiğinde kendisine kendisine tariflenen işlemleri ve bu işlemler çerçevesinde kendisine aktarılan şeyleri işleyebilmesi ve sonuçları gösterebilmesi gerekir (Şekil 2). Olması gereken en temel şart ise, tüm bu işlemlerin elektronik olarak gerçekleşmesidir. Bu işlemler aşağıdaki gibidir: Şekil 1 Bilgisayarın temel işlevleri Giriş (Input): Bilgisayar, içinde işlemek üzere dışarıdan veri (data) alır. Depolama (Storage): Bilgisayar, veriyi içinde işlem öncesi, sırası ve sonrasında tutar. İşleme (Processing): Bilgisayar, içinde tuttuğu veri üzerinde işlemler yapar. Çıkış (Output): Bilgisayar, işlediği veriyi dış kullanım için üretir. Bilgisayarın diğer özellikleri: Hızlılık: İnsandan daha hızlıdır. Aptallık: Kendi duygusu veya sezgisi yoktur. Kendisine önceden anlatılmadan hiçbirşey yapamaz. Uyumluluk: Kendisine ne söylenirse onu yapar. Bilgisayarın depolayabildiği şeyler iki gruba ayrılır: Veri (data): Bilgisayarın depolaması için kendisine aktarılan her türlü girdi. Yazılan evraklar, elektrik sayaç okuma değerleri, öğrenci notları vb. Yazılım (Program): Bilgisayara ne yapacağını tarifleyen ve bilgisayarın dilinde yazılmış olan deyim kümesi. Bu kümedeki tüm deyimler bilgisayar tarafından depolanır ve adım adım takip edilir. Herhangi bir bilgisayar, yazılımları depolayabilme ve adım adım işleyebilme özelliğine sahip olmalıdır.

2 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 2 Genel olarak veri ve bilgi (information) deyimleri birbirleri ile karıştırılmakta, bazen biri diğerinin yerine kullanılmaktadır. Bilgisayarın depolayabildiği şey veri olarak adlandırılmakta, bilgi ise verilerin bilgisayarda işlenmesi sonucunda daha kullanılabilir ve düzgün bir şekilde ortaya çıkmaktadır. Özetle; bilgisayar, depolanmış yazılımların kontrolünde çalışan, otomatik olarak veriyi alan, depolayan ve bilgi oluşturacak şekilde işleyen elektronik bir aygıttır Bilgisayarların Sınıflandırılması Bilgisayarların sınıflandırılmaları çeşitli şekilllerde yapılmaktadır. Bazen kullanım alanlarına göre sınıflandırma yapılırken, bazen kapasitelerine göre, bazen de mimarilerine göre sınıflandırmalar sözkonusu olmaktadır. Kullanım alanlarına göre bilgisayarlar değişik şekillerde sınıflandırılabilirler: Kelime İşlemciler (Word processors): Bu aygıtlar, yalnızca kelime işlem için kullanılmak üzere tasarlanmışlardır. Örneğin: Elektronik daktilolar. Ev Bilgisayarı (Home Computer): Kısıtlı bellek ve depolama kapasiteleri olan, belirli bir programlama dilinde geliştirilmiş yazılımların kullanımına imkan veren aygıtlar. Örneğin: Commodore 64, Amiga, Sinclair (Şekil 3). Kişisel Bilgisayar (Personal Computer): Kişisel kullanım için tasarlanmış, genelde düşük işlem kapasitesine sahip aygıtlar (Şekil 4-5). Şekil 2 Ev Bilgisayarı Şekil 3 Kişisel Bilgisayar Şekil 4 Çok ekranlı Kişisel Bilgisayar Masaüstü Bilgisayar (Desktop Computer): Çalışma ortamlarında masaüstünde kullanılabilecek, yüksek işlem ve depolama kapasitesine sahip bilgisayarlar. İş İstasyonları (Workstation): Yüksek işlem ve ağ kurabilme kapasitesine sahip, aynı anda birçok kullanıcıya hizmet vermek üzere tasarlanmış aygıtlar. Örneğin: Silicon Graphics, Sun, IBM R/6000 (Şekil 6). Dizüstü Bilgisayar (Laptop Computer): Kişilerin mekandan bağımsız olarak kullanmalarına imkan sağlayan, küçük boyutlu ve taşınabilir aygıtlar (Şekil 7). Cep Bilgisayarı (Palm Computer)/Kişisel Sayısal Yardımcı (Personal Digital Assistant): Cebe sığabilecek büyüklükte tasarlanmış, düşük bellek ve depolama kapasitelerine sahip aygıtlar (Şekil 8).

3 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 3 Bütünleşik Bilgisayarlar (Embedded Computer): Değişik sistemlerin içine konulmuş ve o sistemin kullanılmasına imkan sağlayacak şekilde sistemle bütünleştirilmiş bilgisayarlar. Örneğin: Cep Telefonları, Televizyonlar, Araç Bilgisayarları, Fırınlar (Şekil 9). Şekil 5 İş İstasyonu Şekil 6 Dizüstü Bilgisayar Şekil 7 Cep Bilgisayarı Şekil 8 Bütünleşik bilgisayar Türleri: a) Cep telefonu; b) Fırın; c)benzin pompası; d)araç bilgisayarı Diğer bir sınıflandırma ise, bilgisayarların işlem gücü ve büyüklüklerine göre yapılmakta ve bilgisayarlar dört ana gruba ayrılmaktadır. Süper Bilgisayar (Super Computer): Oldukça yüksek depolama ve işlem kapasitelerine sahip bilgisayarlardır (Şekil 9-10). Bu bilgisayarlar, bir saniyede trilyonlarca hesaplama işlemini gerçekleştirebilirler. Yaklaşık fiyatları 100 M USD (ABD doları; United States Dollar) olan bu tür bilgisayarlar, genellikle uzay araştırmalarında, savunma sanayiinde, merkezi bilgi bankalarında, film endüstrisi gibi alanlarda kullanılmaktadır. Günümüzde IBM, CRAY, Silicon Graphics gibi firmalar bu tür bilgisayarlar üretmektedir (Şekil 10-11). Anabilgisayar (Mainframe): Yüksek depolama ve işlem kapasitesine sahip olan bu bilgisayarlar, süper bilgisayarlar kadar güçlü değillerse de, aynı anda binlerce kişiye hizmet sunabilmektedirler (Şekil 12-13). Yaklaşık fiyatları 5-10 Milyon USD civarında olup, genellikle bankacılık, mühendislik gibi alanlarda kullanılırlar. Bu tür bilgisayarların üretimindeki önderlik IBM firmasındadır. Mini Bilgisayar (Minicomputer): Anabilgisayarlarla karşılaştırıldığında daha düşük işlem kapasitesine sahip olan bu bilgisayar türü, özel amaçlar için veya büyük kapasiteli genel amaçlı işler için kullanılmaktadır. Bu bilgisayarlar genel olarak İş İstasyonu olarak da adlandırılırlar. Örneğin SUN, Motorola, IBM iş istasyonları (Şekil 14).

4 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 4 Mikro Bilgisayar (Microcomputer): Günümüzde kullanılan kişisel bilgisayarlar bu sınıftadır (Şekil 15). Genellikle düşük işlem ve depolama kapasitesine sahiptirler. Birçok firma mikro bilgisayar bileşenleri üretmekte ve değişik firmalar bu bileşenleri kullanarak kendi adları ile bilgisayar üretip pazara sunmaktadır. Şekil 9 Süper Bilgisayar Şekil 10 Süper Bilgisayar (CRAY) Şekil lerdeki bir Anabilgisayar Şekil 12 Anabilgisayar Şekil 13 Minibilgisayar (İş İstasyonu) Şekil 14 Mikrobilgisayar 1.3. Mekanik Hesaplayıcılar

5 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 5 Yazılı tarihten önce de koyunların sayımı, herhangi bir tüccardan alınan malların adedinin belirlenmesi gibi işlemlerde de hesaplamalara gerek duyulmakta idi. Bu hesaplamalar çakıl taşları veya üzerinde çentikler oluşturulmuş tahta parçaları ile yapılmakta, hesaplama işlemleri sırasında değişik yöntemler kullanılmaktaydı. Her hesaplama yöntemi bir algoritmaya, rakamların nasıl işlendiğinin adım adım tarifine dayanmaktadır. Kalem-kağıt ile yapılan en basit hesap bile bir algoritmayı gerektirmektedir. Örneğin, herhangi bir toplama işlemi sırasında birler basamağındaki rakamların toplamının bulunması, sonra da buradan artan rakamın onlar basamağına taşınması işlemi de bir algoritmadır. El ile hesaplama yapan bir alet, sayısal hesaplamaların yapılmasına yardımcı olabilmekte, ancak insan gücüne ihtiyaç duymaktadır. El ile hesaplamada kullanılan ilk aygıt, MS 1200 yılında Çin de, 1600 yılında da Japonya da ortaya çıkan Abaküs (Abacus) dür. Bu aygıt, çok karmaşık hesaplamaların, basit yöntemlerle yapılabilmesine imkan veren bir düzenek şeklinde olup, günümüzde de doğum yeri olan Çin de kullanılmaktadır. Abaküs, dikdörtgen bir çerçeve içinde bulunan çubuklara dizilmiş boncuklardan oluşmaktadır (Şekil 16). Her boncuk bulunduğu yere göre 1, 5, 10, 50 gibi sayıları ifade etmektedir. Bir abaküsü kullanabilmek için boncukların kullanım algoritmasını bilmek gerekmektedir. Şekil 15 Abaküs ile hesaplama yapma yöntemi (17 sayısını göstermektedir.) Abaküs yüzyıllar boyunca, el ile hesaplama yapılabilen tek aygıt olarak kullanım alanı bulmuştur. Ortaçağ a gelindiğinde ise değişik hesaplama aygıtlarının geliştirilmesine başlanmıştır. Bu aygıtlardan ilki Napier in Kemikleri (Napier s Bones) olarak adlandırılan hesaplama aygıtıdır. Merchiston Lordu olan John Napier (Şekil 17), matematik alanına Logaritmayı geliştirmek ve çarpma-bölme işlemleri için bir aygıt tasarlamak olmak üzere iki büyük yenilik getirmiştir. Napier in Kemikleri, birçok kemik çubuktan oluşmuş ve her bir çubuk iki rakam ile işaretlenen on kareye bölünmüştür. Çubuklar hesaplamadaki rakamlara göre konumlandırılmakta ve sonuç, çubuklardaki özel konumlarda gösterilen rakamların toplanması ile elde edilmektedir (Şekil 18).

6 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 6 Şekil 16 Merchiston Lordu Napier Şekil 17 Napier in Kemikleri 1621 de, Willliam Oughtred isimli bir İngiliz matematikçi, Napier in logaritmalarını kullanarak ilk Sürgülü Hesap Cetveli ni oluşturmuştur (Şekil 19-20). Bu hesap cetveli, 1960lı yılların sonlarına kadar okullarda yaygın olarak kullanım alanı bulmuştur. Şekil 18 William Oughtred Şekil 19 Sürgülü Hesap Cetveli Aynı dönemde, bir Alman profesör olan William Schickard ın 1623 yılında birbiri ile bağlı dişlilerden oluşan bir cihazı geliştirmesi ile ilk mekanik hesaplayıcı ortaya çıkmıştır (Şekil 21-22). Ancak, Schickard ın bu tasarımının ayrıntıları hesaplayıcının yapımından kısa bir süre sonra çıkan yangında yok olmuştur. Bu nedenle tarihçiler bu hesaplayıcı hakkında fazla bir bilgi edinememişlerdir. Şekil 20 Wilhelm Schickard Şekil 21 Schickard ın hesaplayıcısı 1642 yılında henüz 19 yaşında olan Blaise Pascal adlı bir Fransız, mekanik olarak toplama, çıkarma, çarpma ve bölme işlemlerini gerçekleştirebilen bir aygıt geliştirmiş ve bu aygıta Pascaline adı verilmiştir (Şekil 23-25). Bu aygıt mekanik dişliler içermekte ve

7 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 7 el ile hareket ettirilmekteydi. Kullanıcı sekiz basamak uzunluğuna kadar olan rakamları dişlileri kullanarak makineye aktarabiliyor ve bir krankı döndürerek toplama veya çıkarma işlemini gerçekleştirebiliyordu. Şekil 23 Pascaline Şekil 22 Blaise Pascal Şekil 24 Pascaline in iç görünümü Pascal dan yaklaşık otuz yıl sonra, 1673 yılında, bir Alman Baronu olan Gottfried Wilhelm von Leibniz tarafından Pascal ın tasarımı geliştirilmiş ve Leibniz Hesaplayıcısı olarak adlandırılan, toplama ve çıkarma işlemleri yanında bölme ve çarpma işlemleri yapabilen bir diğer mekanik hesaplayıcı üretilmiştir (Şekil 26-27). Şekil 25 Baron Gottfried Wilhelm von Leibniz Şekil 26 Leibniz Hesaplayıcısı Pascal ve Leibniz, tasarımlarının planlarını ve çalışma prensiplerini açıklasalar da, birbirlerine bağlanan parçaların üretilmeleri ve birleştirilmelerindeki duyarlılık problemleri, bu tasarımların çalışan modellerinin üretilmelerini zor hale getirmiştir lü yılların başlarında, teknolojinin gelişimi ile üretim yöntemleri gelişmiş, bu aygıtların seri üretimleri mümkün hale gelmiş, mekanik hesaplayıcılar birçok işletmede ve laboratuarlarda kullanılır hale gelmiştir. Leibniz hesaplayıcısının değişik bir türü Thomas de Colmar tarafından üretilmiş ve 1800 lü yıllar boyunca kullanılmıştır. Ancak, mekanik hesaplayıcılar, 1800 lü yıllarda oldukça popüler olmalarına rağmen, ilk programlanabilir makine bir hesap makinesi değil, bir dokuma makinesi olmuştur.

8 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 8 Hesaplama makinesi yapmaya çalışan kişilerin yanında, yalnızca dokuma işi ile uğraşan bir kişi olan Joseph-Marie Jacquard ın ( ) adını, yıllarca uğraşarak geliştirdiği, delikli kartlar kullanarak dokuma işlemini gerçekleştiren bir düzenek geliştirene kadar hemen hiç kimse bilmiyordu (Şekil 28). Joseph Marie Jaquard, Fransa, Lyon da yaşamakta ve ailesinden devraldığı dokuma atölyesini çalıştırmaktaydı. Bu dönemde, tüm dokuma işlemleri el ile yapılmakta olduğundan ve bu süreç de uzun zaman aldığından gittikçe artan kumaş talepleri karşılanamaz hale gelmekteydi. Ayrıca birim maliyetler oldukça yüksek olmaktaydı. Özellikle desenli dokumalardaki zaman kaybı, maliyetleri çok yukarıya çekmekteydi. Bu durum da ekonomisi dokuma sanayiine bağlı olan Lyon halkı üzerinde olumsuz etkilere neden olmaktaydı. Lyon da gerçekleştirilen dokuma işlemleri, tüccarların başka yerlerden daha kısa sürede ve daha ucuza kumaş temin etmeleri nedeniyle giderek azalmaktaydı. Jacquard, dokuma işlemlerinin süresi kısaltılmazsa dokuma sanayiinde daha da büyük sıkıntılar çekilebileceğinin farkındaydı. Dokuma işlemlerini hızlandırıcı bir yöntem bulmaya ve dokunacak olan şekillleri oluşturacak iplikleri otomatik olarak alabilecek bir düzenek gerçekleştirmeye çalışıyordu. Çalışmalarının sonunda, dokuma şekillerini bir kağıdın üzerine delmek ve bu deliklerden yararlanarak dokuma yapılmasını sağlayacak mekanik bir düzenek buldu (Şekil 29-30). Şekil 27 Joseph Jacquard Şekil 28 Jacquard ın dokuma makinesinin çalışması (şematik) Şekil 29 Jacquard ın dokuma makinesi Jacquard, Paris te 1801 yılında düzenlenen uluslararası sergide dokuma makinesini ilk kez sergiledi yılında buluşunu tümüyle açıkladıktan sonra bir madalya ile ödüllendirildi. Buluşunun patentini almış olmasına rağmen, o günkü Fransa yönetimi, Jaquard ın buluşunun kendisine değil, topluma ait olduğuna karar verdi ve Jaquard a yalnızca az miktarda bir para verilmesi ve emekli aylığı bağlanmasına karar verdi.

9 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 9 Jaquard ın ürettiği ve uygulamaya koyduğu bu düzenek sayesinde, dokuma işlemleri hızlanmaya ve ucuzlamaya başladı yılında tüm Fransa da 11,000 tane dokuma makinesi kullanılmaktaydı. O güne kadar dokunması çok güç olan dokumalar bile kolaylıkla yapılmaya başlandı. İnsan gücü olmaksızın hesaplama yapabilen cihazların geliştirilmesi için yapılan çalışmalar sonucunda, 1822 yılında bir İngiliz matematikçi olan Charles Babbage, Fark Motoru (Difference Engine) adı verilen bir makine geliştirmiş, ancak 4,000 den fazla dişli ve diğer parçalardan oluşan bu makine, yeterli hassasiyette dişliler üretilemediğinden, çalışır duruma getirilememiştir (Şekil 31-33) yılında Babbage, Analitik Makine (Analytical Engine) adı verilen yeni bir genel amaçlı hesaplayıcı tasarlamıştır (Şekil 34). Bu makinenin tasarımı, modern bilgisayarların tasarımlarının arkasında yatan bellek, programlanabilen bir işlemci, bir çıktı aygıtı ve kullanıcı-tanımlı programlar ve veri gibi birçok kavramı tanımlamaya yaramıştır. Babbage, programları ve veriyi, Jacquard ın dokuma makinesi için geliştirdiğine benzer şekilde, daha sonraları ilk elektronik bilgisayarların dönemlerinde de yaygın olarak kullanılacak olan delikli kartlarda (punched card) saklamayı önermiştir. Şekil 30 Charles Babbage ın Mechanica Magazine dergisindeki fotoğrafı Şekil 31 Fark Makinesinin bir parçası Şekil 32 Fark Makinesi Şekil 33 Analitik Makine

10 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 10 Birleşik Devletler deki nüfus sayımları, hesaplama makinelerinin gelişimini hızlandırıcı bir etken olmuştur yılındaki nüfus sayım sonuçları, ancak 1887 yılında alınabilmiş, bu da nüfus idaresinde görevli olanları, 1890 yılında yapılması gereken bir sonraki sayımın sonuçlarının 1900 yılından önce tamamlanamayacağı konusunda endişelendirmiştir. Bu nedenle Nüfus Dairesi, 1890 sayımlarının sonuçlarının alınabilmesi için bir yarışma düzenlemiş ve yapılan yarışmanın birinciliğini, Nüfus Dairesi nde çalışan genç bir Maden Mühendisi olan Herman Hollerith, Elektronik Kart Sınıflandırma Makinesi tasarımı ile kazanmıştır (Şekil 35). Hollerith in önerdiği sistemde, her bir kart üzerinde, cinsiyet, ırk, milliyet gibi farklı sınıfların tanımlanmasına imkan verecek alanlar bulunmakta, delindikten sonra kartlar, sınıflandırılmalarını yapacak bir makineye verilmekte, sonra da sonuçlar elde edilmekteydi (Şekil 36-41). Şekil 35 İlk Kart Delgi Şablonu Şekil 34 Herman Hollerith Şekil li yıllara kadar kullanılan bir delikli kart Şekil 37 Kart delgi makinesi ile kart delme işlemi Şekil 38 Sınıflandırma Makinesi Hollerith in Sayma Makinesi o kadar başarılı olmuştur ki, 1890 nüfus sayım sonuçları altı ay gibi kısa bir süre içinde elde edilebilmiş, daha sonraki iki yılda ise istatistiksel değerlendirmeler yapılabilmiştir. Hollerith 1896 yılında Tabulating Machine Company şirketini kurmuş, 1924 yılında şirketin adı International Business Machines (IBM) olarak değiştirilmiştir. Bu şirket, günümüzde de bilgisayar sektöründe önemli bir role sahiptir.

11 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 11 Şekil 39 Kart Sınıflandırma İşlemi Şekil 40 Kart Sayma İşlemi Hollerith in Kart Delgi Makinesindan sonra uzun bir süre mekanik sınıflandırıcılar kullanımda kalmıştır. Değişik firmalar tarafından kart sınıflandırma ve sayma makineleri üretilmiş, ancak bu sektördeki liderlik, Hollerith in kurulmasına önayak olduğu IBM firmasında kalmıştır. Mekanik sınıflandırıcılar, elektronik teknolojisinin gelişimi ile birlikte yerlerini, işlemleri elektronik olarak gerçekleştiren günümüz bilgisayarlarının ilk modellerine bırakmışlardır Birinci Kuşak Bilgisayarlar Mekanik hesaplayıcılar ve programlanabilir makineler her ne kadar gelişseler de, günümüzdeki anlamıyla bilgisayarların ortaya çıkışı ancak, elektromanyetik geciktiricilerin geliştirilmesi ile olmuştur. Bir elektromanyetik aktarıcı (electromagnetic relay), metal bir kola tutturulan bir mıknatıs kullanılarak, elektriğin bir telden geçişini bir mekanik anahtar gibi kontrol edebilen bir aygıttır (Şekil 42). Varsayılan değer olarak, metal kol, geciktiricinin diğer metal bileşenlerine dokunmayacak şekilde açık durumda bulunmakta, böylece elektrik akımının geçmesi engellenmekteydi. Kontrol teline akım uygulandığında, mıknatıs tarafından yaratılan manyetik alan kolu çekmekte, böylece devre kapanarak, devreden akımın geçmesini sağlamaktaydı. Şekil 41 Elektromanyetik aktarıcı

12 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 12 Bu basit anahtarların kullanımı ile, ilk sayısal bilgisayarların yapımı yönünde ilk çalışmalar başlamıştır lu yıllarda değişik kişi, kurum ve kurluşlar, elektromanyetik geciktiricileri kullanan bilgisayarların yapımına başlamışlerdır. Iowa State University profesörlerinden John V.Atanasoff (Şekil 43) ve bir lisansüstü öğrencisi Clifford E.Berry (Şekil 44), 1937 ile 1942 yılları arasında bir elektronik bilgisayar tasarlamak ve çalıştırmak üzerine araştırmalarını yoğunlaştırmışlardır. Atanasoff ve Berry tarafından oluşturulan bilgisayar Atanasoff- Berry Bilgisayarı (ABC:Atanasoff Berry Computer) olarak adlandırılmıştır (Şekil 45-46). ABC, mekanik anahtarlar yerine vakum tüplerinin kullanıldığı ilk bilgisayardır. İkili sayı sistemine dayanmaktadır ve sayısal bilgisayar olarak dikkate alınan ilk bilgisayardır. Şekil 42 John Atanasoff Şekil 43 Clifford Berry Şekil 44 Clifford Berry ve ABC Şekil 45 ABC Bir Alman mühendis olan Konrad Zuse de bilgisayar üretimi üzerine çalışan bir bilim adamıydı (Şekil 47). Zuse, yılları arasında Z1 adı verilen ilk ikili sayı sistemine dayanan sayısal bilgisayarı geliştirmiş, daha sonra Z3 adı verilen, ilk çalışan ve program kontrollü elektromekanik bilgisayarı üretmiştir. Ancak o dönemde Almanya daki Nazi rejimi, sonrasında da başlayan İkinci Dünya Savaşı nedeniyle gerek Z1, gerekse de Z3 ün tasarımları gizli tutulmuş, bu tasarımla ilgili bilgiler savaştan çok uzun süre sonra ortaya çıkmıştır. Z3, 1944 de bir bombardıman sırasında yokedilmiştir. Tarihsel önemleri nedeniyle Z1 in sonradan hazırlanan bir modeli Berlin İletim ve

13 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 13 Teknoloji Müzesi nde, Z3 ün bir modeli ise Münih teki Alman Müzesi nde sergilenmektedir. Şekil 46 Konrad Zuse Zuse, daha sonraları Z4 ü geliştirmiş, ancak hava saldırıları ve savaşın ilerlemesi nedeniyle Z4, Berlin den Göttingen şehrindeki Deneysel Aerodinamik Enstitüsü ne götürülmüştür. Göttingen şehrinin işgal tehlikesi üzerine Z4 tekrar taşınmış ve Bavyera daki küçük bir köye götürülmüştür. Savaştan sonra, 1950 yılında, buradan da alınan Z4, İsviçre nin Zürih şehrindeki Federal Politeknik Enstitüsü ne götürülmüş ve 1955 yılına kadar bu enstitü bünyesinde bulunan Uygulamalı Matematik Enstitüsü nde kullanılmıştır. Zuse, modern bilgisayar mimarisi üzerine çalışan bir kişi olmasına rağmen, çalışmaları bilgisayar tarihinde çok az etkili olmuştur lu yıllarda IBM firması, oldukça değişik bilgisayar mimarileri konusunda çalışmaktaydı. IBM, 1939 yılında firma çalışanlarından Howard Aiken isimli bir mühendisin öngördüğü ve 75 adet IBM Otomatik Hesaplama Makinesinin bir ünite içinde biraraya getirilmesinin planlandığı projeye destek vermiştir. (Şekil 48). Geliştirilen aygıt, 51 feet (15 m) uzunluğunda, 8 feet (2.4 m) yüksekliğinde ve yaklaşık 5 ton ağırlığında idi. Bu makine önce Otomatik Sıra Kontrol Hesaplayıcısı (ASCC:Automatic Sequence Control Calculator olarak adlandırılmışsa da, sonradan Harvard Üniversitesi ne gönderildiğinden ve orada kullanıldığından, belgelerde genellikle Harvard Mark-I olarak adlandırılmaktadır (Şekil 49). Şekil 47 Howard Aiken Şekil 48 Harvard Mark-I

14 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 14 Harvard Mark-I, sayısal bir bilgisayar olmasına rağmen, günümüzde kullanılan ikili sistem yerine ondalık sistemi kullanması özelliği ile özgün bir yere sahiptir. ABC ise, ikili sistemi kullandığından günümüz bilgisayarlarına daha yakın bir prototiptir. Büyük boyutuna rağmen, Mark-I, yalnızca 72 sayıyı hafızasında depolayabilmekte, bir toplama işlemini 1/10 saniyede, çarpma işlemini 6 saniye, bölme işlemini ise 12 saniyede tamamlayabilmekteydi. Tüm bunlara rağmen Mark-I gününün teknolojisinin 100 kat önünde bir bilgisayardı. Alman ENIGMA şifreleme makinesinin şifrelerini çözmek için ingilizler tarafından geliştirilen COLOSSUS adlı bilgisayar, 1,800 vakum tüpü içermekte, ikili tabanda işlemler gerçekleştirebilmekte ve 1 saniyede 5,000 karakter okuyabilmekteydi (Şekil 50). Şekil 49 COLOSSUS 1943 yılında John W.Mauchly ve J.Presper Eckert tarafından yönetilen bir grup, ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) adı verilen devasa ve genel amaçlı bir bilgisayar geliştirmek için çalışmalara başladılar (Şekil 51-52). ENIAC, gerçekte Birleşik Devletler ordusunun savaş sırasındaki işlemleri için geliştirilmiş olmasına rağmen, ancak savaşın bitiminden üç ay sonra, Kasım 1945 de tamamlanabildi. Şekil 50 John W.Mauchly Şekil 51 J.Presper Eckert

15 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 15 ENIAC, 100 feet (30 m) uzunluğunda, 10 feet (3 m) yüksekliğinde ve 30 ton ağırlığında bir makine idi (Şekil 53). Bu makine, 18,000 vakum tüpü içermekte ve çalışması için 174,000 W güce ihtiyaç duymaktaydı. ENIAC, 1 saniyede 5,000 toplama işlemini gerçekleştirebiliyor, ancak 6,000 tane anahtarın ayarlanması ve kabloların bağlanması gerekliliği nedeniyle yaklaşık olarak iki günde programlanabiliyordu. Şekil 52 ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) Ticari olarak kullanılabilen ilk sayısal bilgisayar UNIVAC olarak adlandırılan bilgisayardır (Şekil 54-55). Eckert-Mauchly Computer Corp. tarafından ilk UNIVAC ın tamamlanması sırasında, firma mali sıkıntıya düşmüş ve IBM firmasının ezeli rakiplerinden olan Remington Rand firması tarafından satın alınmıştır yılları arasında 48 adet UNIVAC bilgisayar Remington-Rand firmasının müşterilerine teslim edilmiştir. Şekil 53 UNIVAC Şekil 54 UNIVAC Sistem Birimi

16 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 16 UNIVAC, 14.5 feet (4.5 m) uzunluğu, 7.5 feet (2.3 m) yüksekliği ve 9 feet (2.7 m) genişliği ile ENIAC dan daha küçük, ancak daha güçlü idi. UNIVAC, saniyede 7,200 karakter okuyabiliyor ve 2.25 milyon deyimi işleyebiliyordu 12,000 karakter (12 kb) belleğe sahip olan UNIVAC, verilerin depolanabilmesi ve sonradan okunabilmesi için manyetik bantları kullanıyordu. En düşük resmi satış fiyatı yaklaşık 930,000 USD idi. 1950li yılların ortalarına kadar üretilen bilgisayarların ortak özelliği, tümünün vakum tüpleri içermesiydi. Vakum tüpleri, vakum içindeki elektronların akışlarının kontrol edilebildiği aygıtlardı (Şekil 56). En büyük dezavantajları, çoğu ısıya dönüşen, çok büyük miktarda güç harcamaları ve çok çabuk yanma özellikleri idi. Örneğin, ilk prototip bilgisayar olan ENIAC ın kullanımda olduğu ilk yıl sonunda toplam 19,000 tane vakum tüpünün değiştirilmesi gerekmişti. Şekil 55 Birinci kuşak bilgisayarların temel elemanı: Vakum tüpleri. İlk kuşak bilgisayarların ikinci büyük özelliği, her birinin yalnızca belirli işlemleri yapmak üzere programlanabilmeleri ve bu programların değiştirilmelerinin ancak uzun süren kablo ve anahtar bağlantıları yapılarak mümkün olabilmesi idi. Birinci kuşak bilgisayarların döneminin sonlarına doğru Assembly adı verilen bir programlama dili geliştirildi ve programcılar bu dilde programlarını daha kolay, ancak dilin özelliği gereği o bilgisayara özel olarak yazma imkanına kavuştular İkinci Kuşak Bilgisayarlar 1950lerin başlarında bilgisayar teknoljisinin gelişimine paralel olarak, vakum tüplerinin dezavantajlı tarafları daha göz önüne çıkmaya başlamıştı. Alternatif arayışları sürerken, 1947 yılında AT&Tnin Bell laboratuarlarında, John Bardeen ( ), Walter Brattain ( ) ve William Shockley ( ) tarafından (Şekil 57-59), yarıiletken teknolojisi kullanılarak transistör adı verilen bir donanım geliştirildi (Şekil 60). Bir transistör, iletkenliği elektrik akımı ile değişebilen bir parça silikondan oluşmaktaydı. Vakum tüplerinin yerine bir anahtar gibi kullanılabilen transistörlerde, ilk başlarda silikon yerine altın ve germanyum kullanılmışsa da, günmüzde tüm transistörler silikondan üretilmektedir. Transistörlerin üretilmesi, bilgisayar teknolojisinde devrim niteliğinde olmuştur. Transistörler, vakum tüplerine göre daha küçük, daha ucuz, daha güvenilir ve daha az enerji harcamakta idi. Transistörlerin kullanımı ile daha küçük, hızlı ve oldukça düşük

17 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 17 maliyette bilgisayarların üretilmesi mümkün hale gelmiştir. Teknolojik gelişmeler sonucunda transistörlerin kullanımı yaygınlaşmış ve değişik firmalar tarafından daha rahat kullanılabilir bir duruma gelmiştir. Transistörler hayatın her alanında kulanılan radyo, televizyon, telefon ve bilgisayarlar gibi araçların daha kolay üretilmelerine imkan sağlamıştır (Şekil 61). Şekil 56 John Bardeen Şekil 57 Walter Brattain Şekil 58 William Shockley Şekil 59 İlk transistör Şekil 60 Bir transistörlü radyo ve transistörler Transistörlerin teknoloji üzerindeki etkileri, bilim dünyası tarafından da dikkate alınmış, Bardeen, Brattain ve Shockley 1956 yılında Nobel Fizik ödülü ile mükafatlandırılmışlardır. Transistörlerin gelişmesi sonucunda IBM, Burroughs, Control Data, Honeywell ve Remington-Rand gibi birçok firma ikinci kuşak bilgisayarları üretmeye başlamıştır. Transistörlerin kullanımı ile üretilen ilk bilgisayar, Sperry-Rand ın LARC ve IBM nin STRETCH adlı süperbilgisayarlarıdır. Her iki bilgisayar da Atom Enerjisi Komisyonu tarafından nükleer araştırmaları desteklemek için üretilmişlerdir. 1960ların başlarında IBM, Sperry-Rand ve DEC gibi firmalar özel firmalara transistör tabanlı bilgisayarları pazarlamaya başlamışlardır. İlk kuşak bilgisayarlarda işletim sistemleri bulunmamakta, her bir bilgisayar için özel yazılımlar geliştirilmekte, bir programda kullanılan bir altprogram, örneğin bir yazdırma işlemi altprogramı, geliştirilen başka bir programda da yeniden yazılmak

18 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 18 durumunda kalınmakta idi. Bu sorunları gidermek için programcılar, her programda standart olan altprogramları bir kütüphane yapısı içinde toplamak ve ihtiyaç duyulduğunda o altprogramları oradan çağırıp işlemleri gerçekleştirebilmenin yollarını aramaya başladılar. Bilgisayarların kullanımını kolaylaştırmak amaçlı program geliştirme arayışları, ortaya işletim sistemi olarak adlandırılan yazılımların çıkması ile sonuçlandı. Her bilgisayar üreticisi kendi işletim sistemini geliştirerek kullanıcılara daha rahat program yazabilecekleri ortamlar sağlamaya başladılar. İşletim sistemlerine paralel olarak, programcıların istedikleri işlemleri kolay yapabilmelerine imkan sağlayacak programlama dil arayışları da sürmekte idi. Bu arayış sonucunda ilk olarak FORTRAN (Formula Translator) programlama dili, ardından da ticari uygulamalarda kullanılmak üzere COBOL (Common Business Oriented Language) geliştirilmiştir Üçüncü Kuşak Bilgisayarlar Transistörler, düşük birim maliyete sahip, oldukça küçük ve enerji açısından oldukça verimliydiler. Transistörleri biraraya getirerek belirli hesaplamaları yapmayı sağlayacak devreler oluşturmak mümkündü. Ancak, transistör kullanan ve iki rakamı toplamak gibi basit bir işlemi gerçekleştirecek bir devre dahi, yüzlerce, bazen binlerce transistörün karmaşık şekilde biraraya gelmesi sonucunda ortaya çıkabiliyordu. Transistörleri biribirlerine kablolarla bağlamak oldukça zahmetliydi ve transistörlerin boyutlarının küçültülmelerine imkan tanımıyordu yılında Texas Instruments da çalışan Jack Kilby ( ) ve Fairchild Semiconductor da çalışan Robert Noyce un ( ) birbirlerinden bağımsız olarak çalışmaları sonucunda, daha küçük ve birbirlerine bağlı transistör üretimi yönünde büyük bir gelişme yaşanmıştır (Şekil 62-63). Şekil 61 Jack Kilby Şekil 62 Robert Noyce Bağımsız transistörler kullanmak ve bunları birbirlerine kablolarla bağlamak yerine, Kilby ve Noyce, transistörleri ve bağlantılarını silikon bir parça üzerinde metalik şemalar şeklinde üretmeyi öngörmüşlerdir. Her iki araştırmacının de öngördüğü gibi, transistörler iletken olan ve olmayan metal katmanları şeklinde oluşturulmakta ve bağlantıları ise iletken metallerle gerçekleştirilmekteydi. Öngörülen şekilde üretilen bir devre, transistörlerin ve bağlantılarının katmanlar halinde oluşturulmasını öngördüğüne göre, transistörler daha küçük yapılabilir ve birbirlerine daha yakın yerleştirilebilirdi. Onlarca veya yüzlerce transistör kolaylıkla aynı silikon diskin üzerine yerleştirilebilir ve bir devre oluşturabilirdi. Bu türde oluşturulan bir parçaya Tümleşik Devre (IC:Integrated Circuit) adı verilmekteydi (Şekil 64).

19 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 19 Transistörlerin ve bağlantılarının üzerinde bulunduğu silikon parça, kolaylıkla kırılabilen bir yapıya sahip olduğundan, bozulmaması için metal veya plastik bir kalıbın içine yerleştirilmekte ve diğer bileşenlerle bağlanabilmesi için dışarıda bağlantı ayakları bulunmaktaydı. Böylece farklı tasarımlara sahip entegre devrelerin birlikte kullanılmaları mümkün olmaktaydı. Transistörlerin ve ilgili devrelerin entegre devreler halinde biraraya getirilmeleri, daha küçük, hızlı ve ucuz bilgisayarların üretilmelerine imkan sağlamıştır. Bir mühendis, transistörleri kullanarak bir tasarım yapmak yerine, önceden paketlenmiş entegre devreleri kullanarak daha basit tasarıma sahip olan bilgisayarlar yapabilir duruma gelmiştir. Tümleşik devre teknolojisi, binlerce vakum tüpü veya transistörü tek bir minyatür yonga (chip) üzerinde birleştirmeye imkan vermiş, böylece bilgisayarlar gibi cihazların fiziksel boyut, ağırlık ve güç ihtiyaçlarını büyük ölçüde azaltmıştır. Jack Kilby, entegre devrelerin geliştirilmesindeki başarısından ötürü, 2000 yılında Nobel Fizik ödülü ile ödüllendirilmiştir. Şekil 63 Jack Kilby nin Entegre Devresi Şekil 64 Mikroçip Tümleşik devre teknolojisi kullanılarak üretilen bilgisayarlardan ilk ikisi RCA Spectra 70 ve uzun yıllar kullanımda kalan bir bilgisayar olan IBM 360 dır. Bu bilgisayarların ilk siparişleri 1965 yılında verilmiş, ve bu tarih bilgisayar tarihçileri tarafından üçüncü kuşak bilgisayarların başlangıç tarihi olarak kabul edilmiştir yılında Digital Equipment Corporation (DEC), ticari olarak başarılı ilk minibilgisayar olan DEC PDP-8 i üretmiştir. PDP-8, birçok üretim yerinde, küçük işletmelerde ve bilimsel laboratuarlarda yaygın olarak kulanılmıştır. Sonraki yıllarda IBM ve diğer bilgisayar üreticileri de kendi minibilgisayarlarını üretmişler ve piyasada kendi yerlerini almışlardır. Günümüzde IBM AS 400 (yeni adı ile iseries 400) minibilgisayar olarak sınıflandırılabilecek birkaç bilgisayardan biridir Dördüncü Kuşak Bilgisayarlar Ted Hoff un 1971 yılında ilk genel amaçlı mikroişlemciyi üretmesi ile dördüncü kuşak bilgisayarlar ortaya çıkmaya başlamıştır (Şekil 66). İlk mikroişlemci olan Intel 4004, üçüncü kuşak bilgisayarlardan daha hızlı, daha küçük ve daha ucuz bilgisayarların yapımını sağlamıştır (Şekil 67). Intel firmasının üretmiş olduğu Intel 4004 işlemcisi, bir mısır gevreği kadar küçük olmasına rağmen, ENIAC ın işlem kapasitesi ve gücüne sahip olarak piyasada kullanılmıştır. Intel 4004, saniyede 60,000 deyimi işleyebilmekteydi.

20 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 20 Şekil 65 Ted Hoff Şekil 66 Intel 4004 işlemcisi Üretim teknolojisinin gelişimine koşut olarak, bir tümleşik devre üzerine monte edilebilen transistör sayıları da giderek artmaktadır. Intel firmasından Gordon Moore un ( ), bir yonga üzerine monte edilebilen transistör sayısının her ayda bir ikiye katlanacağı konusunda 1965 yılında ortaya attığı bir öngörüsü bulunmaktadır ve bu öngörü bilişim sektöründe Moore Kanunu olarak adlandırılmaktadır (Şekil 68-69). Şekil 67 İşlemciler ve içerdikleri transistör sayıları Şekil 68 Gordon Moore Tümleşik devrelerin geçmişten günümüze gelişimi incelendiğinde de bu öngörünün oldukça doğru olduğu görülmektedir. Intel firmasının ilk işlemcisi olan ve 1971 yılında piyasaya sürülen Intel 4004 yalnızca 2,800 transistör içermesine rağmen, günümüzde kullanılan Intel Pentium 4 işlemcide yaklaşık 42,000,000 transistör bulunmaktadır. İlerleyen yıllarda, mikroişlemci üreticilerinin sayısı artmış, Intel, Texas, Zilog ve Motorola mikroişlemci üreticisi olarak piyasada adı geçen firmalar haline gelmişlerdir. Intel, 4004 modelinden sonra ilk 8-bit mikroişlemci olan 8008 modelini piyasaya sürmüştür yılında Motorola 8-bit lik 6800 mikroişlemcisini piyasaya sürmüş, Motorola firmasından ayrılarak MOS Technologies de çalışmaya başlayan mühendisler, birkaç ay sonra Apple-II ve Commodore kişisel bilgisayar sistemlerinde kullanılan 6502 işlemciyi üretmişlerdir.

21 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi yılında Zilog, ilk bilgisayar sistemlerinde kullanılan ve 8080 mikroişlemcinin daha geliştirilmiş bir modeli olan Z80 işlemcisini üretmiştir. Aynı yıl, Intel, 8080 işlemcisinin daha gelişmiş bir modeli olan 8085 modelini üretmiştir. Motorola ve Intel firmaları yeni mikroişlemciler üretmeye devam etmişlerdir. Intel mikroişlemcileri genellikle Windows işletim sistemi kullanan bilgisayarlarda, 8086, 8088, 80286, 80386, 80486, Pentium ve Itanium şeklinde adlandırılarak kullanılmışlardır (Şekil 70). Motorola mikroişlemcileri ise Apple MacIntosh bilgisayarlarda kullanılan serisi ile 1990ların başında görülen PowerPC mikroişlemcileri şeklinde kullanılmışlardır. Şekil 69 Intel Pentium III mikroişlemci ve Intel Beşinci Kuşak Bilgisayarlar 1980 li yılların ortalarından itibaren bilgisayar ağlarının oluşturulması ve geliştirilmesi, bilgisayarların paralel olarak birlikte kullanımını ve bir ağ ortamı içinde her amaca uygun hizmetlere erişimi mümkün kılmaktadır. Bu kuşak İletişim Çağı olarak da adlandırılan bir çağ olup, bu kuşakta organik işlemcilerin üretimi, bugüne kadar söz konusu olan ikili sistemde üretilen bilgisayar mimarisinin farklı sayı sistemleri ile işlem yapabilecek ve daha yüksek kapasite ve hız sağlayacak teknolojiyle donatılması ve bilinen kavramların yeniden ele alınması gibi çalışmalar yürütülmektedir.

22 Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 22 BU SAYFA BİLEREK BOŞ BIRAKILMIŞTIR.

23 Bölüm 3 Verilerin Gösterimi 2. VERİLERİN GÖSTERİMİ 2.1. Örneksel ve Sayısal Veriler Veriler, elektronik olarak örneksel (analog) ve sayısal (digital) olmak üzere iki ayrı türde depolanabilmektedir. Örneksel sinyaller, gerçek hayattakine benzer şekilde verileri gösterirler ve sonsuz bir değer aralığına sahiptirler. Sayısal sinyaller ise yalnızca sınırlı bir değer kümesini içermektedirler. Radyo sinyalleri gibi frekansları sürekli bir ölçekte ölçülebilenler örneksel olarak değerlendirilirler. Örneğin, Genlik Kipleme (AM:Amplitude Modulation) radyo frekansı, 535 ile 1,700 kilohertz aralığında yayın yaparken, Sıklık Kipleme (FM:Frequency Modulation) radyo istasyonları ise 88 ile 108 MegaHertz frekans aralığını kullanmaktadırlar. Eski dönemlerde kullanılan radyolarda, bir istasyon arayıcı aracılığı ile istenilen frekanstaki yayını alabilmek mümkünken, günümüzde kullanılan radyoların birçoğunda bu frekans aralıkları belirli değerlerle sınırlandırılmıştır. Örneğin, herhangi bir FM yayınını alabilmek için birçok radyoda 0.1 megahertzlik sınırlı bir aralık belirlenmiştir. Radyo kullanıcısı, veya frekansını seçebilmekte, bu iki değerin arasında bir frekansı seçmesi mümkün olmamaktadır. Radyo dalgaları gibi, günümüzde kullanılan birçok aygıt da hem örneksel, hem de sayısal türlerde karşımıza çıkmaktadır. Günlük hayatta sıkça karşılaştığımız, saat, benzin pompası, termometre gibi aygıtlar, hem örneksel hem de sayısal olarak kullanılmaktadır. Örneksel ve sayısal veri gösterimindeki temel ayrılık, analog sinyallerin çok geniş bir aralıkta değişebilmesine karşılık, sayısal sinyallerin belirli sınırlar içinde tanımlanabilmesidir. Böylece kullanıcılar, çok değişik değerlere sahip olan rakamları hatırlamak zorunda kalmamaktadırlar. Örneğin, frekansından yayın yapan bir radyo istasyonunu bulabilmek için, örneksel bir radyo kullanıcısı hem bu değeri hatırlamak, hem de oldukça zor olan bir şekilde bu frekansın ayarını yapmak zorundadır. Bu radyo istasyonunun frekansının sayısal olarak ifade edilme sürecinde ise, genellikle bu frekans gibi bir değere getirilmekte, böylece hem kullanıcıların frekansı hatırlamaları hem de ayarları daha doğru yapmaları sağlanmaktadır Bit ve Byte Örneksel gösterim, oldukça büyük değişkenlik gösteren, ancak yeniden üretilmesi gerekmeyen verilerin depolanmasında kullanılabilir. Bilgisayar teknolojisi gibi, depolanan değerlerin yeniden elde edilmesi sözkonusu olduğu durumlarda örneksel verilerin depolanması, sistemin genel kullanımı açısından uygun olmamaktadır. Bilgisayarlar, sayısal aygıtlardır. Bilgisayarların içindeki tüm veri iletimi, bir devreden elektriğin geçip geçmemesini sağlayan anahtarlar aracılığı ile yapılmaktadır. Bir devreden elektriğin geçip geçmemesi, bir anahtarın açık olup olmaması, bir kapasitörün dolu olup olmaması gibi durumlar, sonlu durumlardır ve yalnızca iki durumla (var/yok) gösterilebilirler. Bu iki durum, sayısal sistemlerden en uygunu olan ikili (binary) sayı sistemi ile gösterilmekte ve bu sistemin iki rakamı olan 1 ve 0 tüm gösterimlerde kullanılmaktadır. Bu sistemdeki sayılara İkili Sayı (Binary Digit), günümüzde yaygın olarak kullanılan kısaltılmış ifadesi ile bit (binary digit) denilmektedir. Bilgisayar deyimi olarak bit, bir bilgisayarda işlenebilecek en küçük bilgi birimini göstermektedir. Bilgisayardaki tanımlamalarda ve işlemlerde, genelde bit ifadesi kullanılmaktadır. Ancak, bilgilerin mantıksal birimler oluşturacak şekilde ve büyük gruplar halinde

24 Verilerin Gösterimi 24 biraraya getirilmiş bit grupları ile gösterilmeleri daha pratik olmaktadır. Bu nedenle, temelde 2 3 =8 bit biraraya getirilerek, Byte adı verilen grup oluşturulmaktadır. Böylece bir byte ile 0 ile 255 arasındaki 256 (2 8 ) farklı sayı gösterilebilmektedir. Örneğin ikilik sistemde değeri onluk sistemde 20 sayısını gösterirken, ise 192 sayısını göstermektedir. Veri iletiminde hızlar genellikle bit olarak gösterilirken, depolama birimleri sözkonusu olduğunda ise byte kavramı kullanılmaktadır. Örneğin iki birim arasındaki modem ile bağlantı hızını ifade etmek için 56 Kbps (56 kbit/sn, 56,000 bit/saniye, 56 kilobits per second, 56 kbit/sec) kullanılırken, bilgisayarda sözkonusu olan bir diskin depolama kapasitesi ise 20 GB (20 milyar byte, 20 gigabyte) şeklinde ifade edilmektedir. Bilgisayar bilimlerinde herşey 2 ve 2 nin katları şeklinde ölçüldüğünden, normal kullanımda kilo deyimi herhangi bir birimin 1,000 ile çarpımını ifade ederken, bilgisayar terimler dizgesinde ise 1,024 ile çarpımını ifade etmektedir. Böylece bir kilobit 1,024 bit, 1 megabit ise 1,024 x 1,024 = 1,048,576 bit olmaktadır. Giga, tera ve exa deyimleri de aynı şekilde hesaplanmaktadır. Bit ve Byte hesaplamalarında aynı terimler kullanılmaktadır Onlu, İkili ve Onaltılı Sayı Sistemi Günlük yaşantıda kullanılan sayı sistemi 10 luk sayı sistemidir ve 0 dan 9 a kadar olan rakamları içermektedir. Tüm hesaplamalar 10 ve 10 un katları şeklinde yapılmaktadır. Herhangi bir ondalık sayıda, en sağdaki basamak 1 ler (10 0 ), sağdan ikinci basamak 10 lar (10 1 ), üçüncü basamak ise 100 ler (10 2 ) basamağıdır. 10 luk sayı sisteminin kullanılması, doğal evrimin bir sonucudur, çünkü insanlar iki ellerinin parmaklarını kullanarak sayma sistemini geliştirmişlerdir. Ancak, 10 luk sayı sisteminin dışında, aralarında 2 li ve 16 lı olmak üzere çeşitli sayı sistemleri de kullanılmaktadır. Bilgisayar teknolojisinde, temel prensip bir anahtarın açık olup olmama durumu olduğundan, bu durumu sağlayan en uygun sistem 2 li sayı sistemi olarak ortaya çıkmaktadır. Bu sayı sisteminde yalnızca 0 ve 1 rakamları kullanılmaktadır. 10 luk sayı sistemine benzer olarak, 2 li sayı sisteminde de, eldeki bir sayının en sağdaki basamağı 1 ler (2 0 ), ikinci basamak 2 ler (2 1 ), üçüncü basamak ise 4 ler (2 2 ) basamağını göstermektedir. Örneğin, (1110) 2 sayısı 10luk tabanda 14 e eşittir (Tablo 1). Tablo 1. İkili Sayı Sisteminden Onluk Sayı Sistemine Çevrim. İkili Tabandaki Onluk Tabandaki Sayı Sayı x 1 (2 0 ) = 0 1 x 2 (2 1 ) = 2 1 x 4 (2 2 ) = 4 1 x 8 (2 3 ) = 8 Toplam 14 İkili tabandaki bir sayıyı onluk tabana çevirmek genellikle daha basit ve kolaydır. Bunun için yapılması gereken tek şey, her basamaktaki değeri, o basamağa ait olan ikinin kuvveti ile çarpmaktır (Tablo 2).

25 Verilerin Gösterimi 25 Tablo 2. İkili Sayı Sisteminden Onluk Sayı Sistemine Çevrim. İkili Sayı Onluk Karşılığı 2 5 = = =8 2 2 =4 2 1 =2 2 0 = x2 + 1x1 = x8 + 1x4 + 0x2 + 1x1 = x16 + 0x8 + 1x4 + 0x2 + 1x1 = x32 + 0x16 + 0x8 + 1x4 + 0x2 + 1x1 = 37 Onluk tabandan ikilik tabana çevirmek ise bir dizi bölme işlemini gerektirmektedir. Çevrilmek istenen onluk sayı, 2 ye bölünmekte, bölüm işlemlerinden kalan değerler ise biraraya gelerek o sayının ikili tabandaki karşılığını oluşturmaktadır (Tablo 3). Tablo 3. Onluk Sayı Sisteminden İkili Sayı Sistemine Çevrim. Onluk Sayı Kalan Bölüm İkili Sayı 21 Tek sayıdır Çift sayıdır Tek sayıdır Çift sayıdır Tek sayıdır Bilgisayar teknolojisinde yaygın olarak kullanılan diğer bir sayı sistemi ise 16 lık sayı sistemidir. Bu sistemde, 0 dan 9 a kadar rakamlar ve A dan F ye kadar olan harfler kullanılmaktadır. Onaltılık sistemin kullanılmasındaki temel neden, özellikle büyük sayıların gösteriminin daha kolay olması ve daha az karakterle daha büyük sayıların ifade edilebilmesine imkan tanımasıdır. Onluk sayı tabanından onaltılığa, veya tam tersine çevrim işlemleri, ikilik sayı tabanındakine benzer şekilde yapılmaktadır (Tablo 4-5). Tablo 4. Onaltılık Sayı Sisteminde Kullanılan Semboller Ve Eşdeğerleri Onluk Sayı Onaltılık Sayı Onluk Sayı Onaltılık Sayı A B C D E F Tablo 5. Onaltılık Sayı Sisteminden Onluk Sayı Sistemine Çevrim. İkili Sayı Onluk Karşılığı 0A 16 0x x1 = 10 F x16 + 1x1 = 241 CB 16 12x x1 = 203 Doğaldır ki, yaşamda yalnızca tamsayılar değil, ondalık sayılar da kullanılmaktadır. Bu sayıların da her sayı tabanına özgü gösterimleri bulunmaktadır. Ancak bu gösterimler temelde kullanılan semboller yönünden bir farklılık göstermemektedirler. Temelde kullanılan sayı tabanı olan ikilik sayı tabanında ondalık sayılar, noktadan sonraki hanelerde her hane 2 -n (n:basamak sayısı) olarak tanımlanmaktadır (Tablo 6). Tablo 6. Ondalık Sayılarda İkili Sistemden Onluk Sisteme Çevirme. İkili Sayı Onluk Karşılığı x2 + 1x1 + 0x(1/2) + 1x(1/4) = x1 + 1x(1/2) + 0x(1/4) + 1x(1/8) = x1 + 1x(1/2) + 1x(1/4) + 1x(1/8) + 1x(1/16) =

26 Verilerin Gösterimi İkili Sistemde Matematiksel İşlemler Bilgisayarlar yalnızca ikili sayı tabanında sembolize edilen şekilde işlemleri gerçekleştirebilirler. Ayrıca, bilgisayarların matematiksel olarak yapabildikleri en temel işlem toplama işlemidir. Yalnızca toplama işlemi yaparak tüm işlemleri yapmak mümkündür. Ancak, bunun için bazı sayı düzenlemelerine ihtiyaç duyulmaktadır. İkili sistemdeki matematiksel işlemler öncesinde, matematiksel olarak bir toplama işleminin nasıl yapıdığına bakmak gerekmektedir. Bir toplama işlemi sırasında, toplanacak olan her iki sayının en önemsiz basamağındaki (en son basamak) iki sayı toplanır. Elde edilen sonuç, o sayı tabanının en büyük değerinden daha büyük ise, bulunan değerden sayı sistemini ifade eden rakam çıkartılır ve elde edilen değer bu basamağa yazılır. Elde kalan değerden de o sayı sisteminin en büyük değeri çıkartılarak bir soldaki basamaktaki değerler toplamına ilave edilecek sayı bulunur. Tüm işlem bir tekrarlama şeklinde, en solda toplanacak hiçbir rakam kalmayıncaya kadar devam ettirilir. İkili iki tane sayının toplama işleminde, bunu yapmak daha kolaydır, çünkü kontrol edilmesi gereken yalnızca bir tek değer vardır. Eğer iki sayının toplamı 1 den büyük oluyorsa, o zaman o hanenin değeri 0 olarak kabul edilip, bir soldaki haneye 1 ilave edilir. Örneğin; işleminde, her iki sayının da en sağda bulunan değerleri (1 ve 1) toplandığında, toplam 2 çıkmaktadır. Bu değer 2 li sayı sisteminde bulunmamaktadır. Elde edilen değer, sayı sisteminin kendisini ifade eden 2 den çıkartılmakta, sonuç olarak elde edilen değer (0) son basamağın değeri olarak alınmaktadır. Çıkartılma işlemi yapıldığından ve elde 0 kaldığından, sağdan ikinci basamağa 1 değeri aktarılmaktadır. Böylece hesaplama 1 (eldeki) (sonuç) şekline gelmektedir. Burada da eldeki 1 le sondan ikinci basamaktaki değerler toplandığında, (sonuç) elde edilmektedir. Bu toplama işlemi sola doğru devam ettiğinde sırasıyla:

27 Verilerin Gösterimi 27 Başlangıç 1 2 Toplama İşlemi Toplama İşlemi Toplama İşlemi 1 (elde) (elde) sonuçları elde edilmektedir. Bilgisayarlarda yalnızca toplama işlemi yapıldığından, çıkarma işlemleri için sayıların negatiflerinin ifade edilmesi gerekmektedir. Bu ifade şekli, o sayının eşleniğinin alınması ile gerçekleşmektedir. Bilgisayarlarda yaygın olarak kullanılan eşlenik şekli 2 nin eşleniği sistemidir. Bu sistem, bilgisayar sistemi içinde bulunan tüm değerlerin belirli bir sayıda bitle temsil edilmelerine dayanmaktadır. Günümüz bilgisayarlarında genel olarak her bir değer 32 bitlik yapı ile gösterildiğinden, çok büyük değerlerdeki sayılar bile rahatlıkla ifade edilebilmektedir. İki nin eşleniği olan iki ayrı sistem için örnekler, üç ve dört bit olarak Tablo 7 de verilmektedir. Tablo 7. İki nin Eşleniği Tanımlamaları. Üç uzunluklu bit düzeni Dört uzunluklu bit düzeni Bit Düzeni Değeri Bit Düzeni Değeri Burada da görüleceği gibi, herhangi bir sayıyı elde etmek için, öncelikle ilk elemanı 0 ve gerisi 1 olan bir bit düzeni oluşturulmakta, buradan da 2 li sistemde sayarak tüm değerler 0 oluncaya kadar geriye gidilmektedir. Bu aşamadan sonra tüm değerler 1 yapılmakta ve en baştaki eleman 1 olarak kalacak şekilde yine ikili sistemde geriye doğru sayılmaktadır. Burada en başta bulunan bit ele alındığında, bu bitin o sayının işaretini gösterdiği görülmektedir. Pozitif sayılarda bu bit değeri 0, negatif sayılarda ise 1 olmaktadır. Dolayısıyla 2 nin eşleniği sisteminde en soldaki bit o sayının işaret biti olarak tanımlanmaktadır. Bu sistemde, herhangi bir sayının pozitif ve negatif değerlerinin gösterimleri arasında oldukça güvenilir bir ilişki vardır. Herhangi bir sayının pozitif ve negatif değerleri, sağdan sola doğru, ilk 1 değerine (dahil) kadar biribirleri ile aynıdırlar. Sağdan ilk 1 değeri ve onun sağında kalan rakamlar alındıktan sonra, sola doğru olan tüm bitler, tam tersi olan bite çevrilirler. 0 olan bit 1 e, 1 olan bit ise 0 a çevrilerek pozitif sayının

28 Verilerin Gösterimi 28 negatifi bulunur. Örneğin 0110 ve 1010 eşleniktirler. 4 bitlik sistemde 6 ve -6 dikkate alındığında, her ikisinin de aynı düzenle (10) bittiği, ancak başlangıçlarının birbirlerinin eşlenikleri olduğu (01, 10) görülmektedir. Böylece, aynı büyüklükteki iki sayının pozitiften negatife çevrilme işleminin genel algoritması: 1. Sağdan başlamak üzere ilk 1 değerine rastlayıncaya kadar tüm bit düzenlerini kopyala, 2. İlk rastlanılan 1 değerini de olduğu gibi al, 3. Ondan sonra yine sağdan sola olmak üzere kalınan yerden itibaren (1 değerinin solundan) sağdan sola doğru olmak üzere tüm bitlerin eşleniklerini al şeklinde özetlenebilmektedir. İki nin eşleniği sisteminde, işaret biti olan ilk bitin 0 olması durumunda, geriye kalan bitler ele alınarak değerleri hesaplanmakta ve böylece sayı elde edilmektedir. Örneğin; 0110 değerinde, ilk bit 0 olduğundan bu sayı bir pozitif sayı olarak ele alınmaktadır. Geriye kalan bitler olduğu gibi alınarak sayının değeri olan 6 hesaplanmaktadır. İşaret bitinin 1 olması durumunda farklı bir yöntem uygulanmaktadır. İlk bit olan 1 biti dikkate alınmaksızın, yine eşlenik bulma işleminde olduğu gibi,sağdan başlayarak ilk 1 değeri bulununcaya kadar tüm bitler alınmakta, ilk 1 biti de alındıktan sonra solda kalan bitlerin eşlenikleri alınarak sayının değeri hesaplanmaktadır. Örneğin; 1010 değerinde, ilk bit 1 olduğundan bu sayı bir negatif sayı olarak ele alınmaktadır. Yukarıdaki işlem uygulandığında bu bit düzeni 110 olmakta ve bu da 6 sayısını tanımlamaktadır. Negatiflik göstergesi olan ilk bit de dikkate alındığında elde edilen sayı -6 olmaktadır. İki nin eşleniği yöntemindeki toplama işlemlerine, ikili sayı sistemindeki toplama işleminde kullanılan kuralların aynısı uygulanmaktadır. Ancak, burada dikkat edilmesi gereken nokta, toplama işlemine giren bit sayıları ile, elde edilen sonucun aynı sayıda olmasıdır. Eğer toplama işlemi sonunda bir taşma sözkonusu olursa(en solda fazladan bir bit oluşursa), buradaki taşma biti gözardı edilmektedir. Örneğin, 0101 ile 0010 ın toplanması sonucunda 0110 elde edilmektedir ve 1011 in toplanması sonucunda ise 0010 ( = 10010; 0010 a kısaltılmıştır) elde edilmektedir. İki nin eşleniğinin kullanımı ile toplama/çıkarma işleminin nasıl yapıldığı, Tablo 8 de örneklerle verilmektedir. Tablo 8. İki nin Eşleniği ile Toplama/Çıkarma İşlemleri Ondalık İkilik SONUÇ İki Pozitif Sayı İlk bit =0: Sayı pozitif = 5 10 İki Negatif Sayı Pozitif ve Negatif Sayı İlk bit =1: Sayı negatif 011 in eşleniği alınır -> = 5 10 İlk bit =0: Sayı pozitif = 2 10

29 Verilerin Gösterimi 29 Burada, okullarda öğretilen normal toplama ve çıkarma işlemlerinin tersine, 2 nin eşleniğini kullanan bir bilgisayar, yalnızca nasıl toplama yapabileceğini ve bir sayıyı nasıl negatifleştirebileceğini bilmektedir. Örneğin, 7-5 şeklindeki bir çıkarma problemi, 7+(-5) şeklindeki bir problem ile aynıdır. Buna göre, bir bilgisayar kendisinden 7 den 5 i çıkarması istendiğinde (0111 den 0101 i), önce 5 i -5 e çevirmekte (1011), daha sonra da iki değeri toplamakta ve 2 değerini (0010) elde etmektedir > 2 Burada da görüleceği gibi, sayısal değerleri göstermek için 2 nin eşlenikleri kullanıldığında, yalnızca bir toplama devresi ile bir olumsuzlaştırma devresinin birlikte kullanımı ile toplama ve çıkarma problemleri çözülebilmektedir Bilgisayarlarda Karakterlerin Gösterimi Bilgisayarlarda verileri gösterebilmek için, genel olarak karakter kümesi olarak adlandırılan harfler, rakamlar ve özel semboller kullanılmaktadır. Bu karakter kümesinin gösterimi için değişik uygulamalar ortaya konmuş ve standartlar oluşturulmaya çalışılmıştır. Bu standartlardan başlıcaları, BCD (Binary Coded Decimal; İkili Kodlanmış Ondalık), EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code; Geliştirilmiş İkili Kodlanmış Ondalık Değişim Kodu) ve ASCII (American Standard Code for Information Interchange; Bilgi Değişimi için Amerikan Standart Kodları) dır. EBCDIC, geliştirilmiş ASCII olarak da adlandırılmaktadır. Bu kodlama sistemlerinde bilgiler en fazla 8 bit (1 byte) ile saklanmaktadır. Bu da en fazla 256 adet karakterin tanımlanabilmesine imkan vermektedir ( =0, =255, toplam 256). Uzakdoğu dillerinde ise, dillerin yapıları gereği, daha fazla karakter bulunmaktadır. Bu karakterlerin gösterilebilmeleri için, daha geniş bir tanımlama sistemine ihtiyaç duyulmuş ve UNICODE olarak adlandırılan bir kodlama sistemi daha geliştirilmiştir. Bu kodlama sisteminde tanımlama 2 byte (16 bit) ile geçekleştirilmekte, böylece (65536) adet karakterin tanımlanabilmesi mümkün hale gelmektedir. Tüm kodlama sistemlerinde, her karakter veya sembol bir sayısal değer ile ifade edilmektedir. Bu sayısal değerlerin ikili sistemde akılda tutulması zor olduğu için, herkes tarafından kullanılan onluk sayı sistemindeki değerleri ile de gösterilmektedirler. İlk kullanılan kodlama türlerinden birisi olan BCD, 4 bit ve 6 bit olmak üzere iki ayrı türde kullanılmakta ise de, genelde kullanılan türü 6 bit ile karakterlerin gösterildiği yapıdır (Tablo 9). Bu yapıda 64 karakterin gösterilmesi mümkün olabilmektedir ( ). Tablo 9. BCD de Bazı Karakterlerin Gösterimi. Karakter İkili Kod Karakter İkili Kod Karakter İkili Kod A J S B K T C L U D M V E N W F O X G P Y H Q Z I R

30 Verilerin Gösterimi 30 Günümüz bilgisayarlarında kullanılan 8 bit ASCII karakter kümesinde, 0-31 arası karakterler özel kontrol kodları olarak adlandırılmaktadırlar. Kümedeki arası karakterler ingiliz alfabesinde kullanılan, arası karakterler ise özel işaretleri ve karakter kümesine eklenen diğer dillerdeki karakterleri göstermektedir (Tablo 10). Gerekli düzenlemelerin yapılması ile karakter kümesi istenildiği gibi ayarlanabilmekte ve değişik karakterler içeren, değişik dillere göre uyarlanmış karakter kümeleri yaratılabilmektedir. Tablo 10. ASCII de Bazı Özel Karakterler Ve İşlevleri Onluk Kod İkili Kod Karakter İsmi Açıklama NUL Tümü sıfır SOH Başlık Başlangıcı STX Metin Başlangıcı ETX Metin Bitişi EOT İletim Sonu BEL Zil sesi BS Geriye Silme HT Yatay Tab LF Satıs Besleme VT Düşey Tab FF Form Besleme CR Satır Atlatma DC1 Cihaz Kontrolü DC2 Cihaz Kontrolü DC3 Cihaz Kontrolü DC4 Cihaz Kontrolü ESC Escape DEL Silme EBCDIC, bazen 8-bit ASCII olarak da adlandırılmaktadır. Bu karakter kümesinde de yine ASCII da olduğu gibi 256 adet karakter bulunmaktadır. Ancak karakterlerin EBCDIC deki sayısal karşılıkları ASCII ile farklılık göstermektedir (Tablo 11-12). Tablo 11. EBCDIC de bazı karakterlerin gösterimi Karakter İkili Kod Karakter İkili Kod Karakter İkili Kod A J S B K T C L U D M V E N W F O X G P Y H Q Z I R

31 Verilerin Gösterimi 31 Tablo 12. ASCII de bazı karakterlerin gösterimi Onluk Değer Karakter İkilik Değer Onluk Değer Karakter İkilik Değer Onluk Değer Karakter İkilik Değer ` ! A a " B b # C c $ D d % E e & F f ' G g ( H h ) I i * J j K k , L l M m N n / O o P p Q q R r S s T t U u V v W w X x Y y : Z z ; [ { < \ = ] } > ^ ~ ? _ Bilgisayarlarda Seslerin Gösterimi Normal kulağın algıladığı ve müzik aletleri ile üretilen her tür ses, verilerde oldğu gibi, örnekseldir. Bu sesin bilgisayara aktarılması ve sayısal olarak ifade edilmesi, ancak belirli aralıklarla örneklerin alınması, incelenmesi ve bir ölçekten yararlanılarak sayısal karşılığına çevrilmesi ile mümkün olabilmektedir. Buradaki örneklem sıklığı ara değerlerdeki seslerin alınabilme özelliğini etkilemekte, alınan her bir örneğin değerlendirildiği ölçek ise seslerin niteliğini etkilemektedir. Aşağıda verilen şekilde, örnek olarak alınan bir sesin örneksel değerleri çizgisel, sayısal değerleri ise çubuk grafikle gösterilmektedir (Şekil 70). Örneksel değerlerin

32 Verilerin Gösterimi 32 sayısal değerlere dönüştürülmelerinde, en yakın tamsayıya yuvarlatma işlemi kullanılmakta, belirlenen bir ölçek içinde bu değerlerin sayısal karşılıkları elde edilmektedir Şekil 70 Örneksel ve sayısal ses değerleri Burada yatay eksen, ses örneğinin örneklem sıklığını (bir saniyede kaç tane ses örneği alındığını), düşey eksen ise her bir örneğin sayısal değere çevrilmesindeki sayısal değer aralığını göstermektedir. Daha sık aralıklarla ses örneği alındığında, örneksel bir sistemde daha kaliteli ses elde edilebilmektedir. Ancak, bu sesin sayısal sistemde de daha kaliteli hale gelebilmesi, ancak her bir ses örneğini gösteren sayısal değerlerin daha sık aralıklarla belirlenmesi ile mümkün olabilecektir. Yukarıdaki örnekte, düşey eksenin 8 yerine, 16, 32, 64 gibi aralıklara bölünmesi sonucunda, her bir zaman diliminde alınan ses örneği, daha ayrıntılı bir sayısal değerle gösterilecek, böylece ses kalitesi artırılmış olacaktır. Telefon hatlarında 1 saniyede 8,000 ses örneği alınabilmekte, böylece her 125 µs de bir ses örneği alınmış olmaktadır. Bu ses örneği 8 bitlik (0-255 arasında) bir sayısal değer ile gösterilmekte ve ses sayısal hale dönüştürülmektedir Bilgisayarlarda Resimlerin Gösterimi Bilgisayarlarda resimler de, seslere benzer biçimde, sayısal değerlere dönüştürülerek saklanmaktadır. Bilgisayarda ifade edilecek her resmin noktalardan oluştuğu kabul edilmektedir. Resmi oluşturan her noktanın da sayısal bir karşılığı bulunmaktadır. Bu karşılık, resmin özelliğine göre tek bir değer olabildiği gibi, birkaç değerden de oluşabilir. Örneğin, tek renkli (siyah-beyaz/monokrom) bir resimde herhangi bir noktanın değeri yalnızca 1 ve 0 olabilir ve bu değer yalnızca bir bit ile gösterilebilirken, renkli bir resimde herhangi bir noktanın değeri, o nokta ile ilgili renk bileşenleri ile ifade edilmekte ve birkaç byte olabilmektedir. Bilgisayarlarda saklanan resimlerin tümüne, her bir nokta bir bit grubu ile gösterildiğinden, İkili Eşlem Grafik (bitmap graph) denmektedir. İkili eşlem grafikler, fotoğraf gibi gerçekçi görüntülerin bilgisayara aktarılmasında kullanılmaktadır. Ayrıca çizgi filmler, bilgisayar oyunları, mühendislik tasarımları gibi işlemlerde de ikili eşlem grafikler kullanılmaktadır. İkili eşlem grafikler, tarayıcı, sayısal fotoğraf makinesi, kamera gibi herhangi bir sayısal görüntü işleme aygıtı ile bilgisayara

33 Verilerin Gösterimi 33 aktarılabilindiği gibi, bilgisayarda kullanılan çizim programları ile oluşturulan tüm resimler de birer bitmap grafiktir. Bilgisayarda oluşturulabilen en temel görüntü siyah-beyaz (tek renkli) görüntüdür. Tek renkli bir görüntüde, resmi oluşturan noktalar, elemanları 0 ve 1 lerden oluşan bir matris oluşturmaktadır. Bu matrisin 1 ile gösterilen elemanları resmin dolu (siyah) noktalarını, 0 ile gösterilen elemanları ise, resmin boş (beyaz) olan noktalarını göstermektedir (Şekil 72). Şekil 71 Bir ikili eşlem grafik ve sayısal karşılığı Grafik verileri, genel olarak vektör ve ikili eşlem olmak üzere iki sınıfa ayrılmaktadır. Vektör verileri genellikle çizgilerin, poligonların, eğrilerin veya çizgilerle gösterilebilen herhangi bir şeklin, anahtar noktalar kullanılarak sayısal şekilde gösterilmesini amaçlamaktadır. İkili eşlem grafik veriler ise, şekli oluşturan tüm noktaların (pixel) renk özelliklerini tanımlayarak resmi ifade etmeyi amaçlamaktadırlar. Vektör verilerini çizime dönüştürmeyi hedefleyen bir program, resim verileri içindeki anahtar noktaları kullanmakta, kimi zaman bu anahtar noktalar doğrudan birbirlerine bağlanmakta, kimi zaman da bu anahtar noktalarden yararlanılarak yeni çizgiler oluşturulmaktadır. Vektör verileri içinde her çizgiye ait renk ve kalınlık gibi bilgilerin yanında, programın istenilen nesneleri çizerken hangi kurallara göre hareket edeceği gibi bilgiler de bulunabilmektedir. İkili eşlem grafik verileri ise, her bir noktanın renk ile ilgili özellik verilerini içermektedirler. Bir ikili eşlem şekil, bir piksel dizisi olarak da tanımlanabilir. Resmi oluşturan piksel dizisi, her bir noktanın renk özelliklerini tanımlayan bir dizi bilgiyi içermektedir. Bu bilgiler, o pikseli oluşturan renk bileşimi, o rengin doygunluğu ve parlaklığı gibi bilgilerdir. Bu bilgiler, resmi oluşturan her piksel için ayrı ayrı tanımlanmaktadırlar. Örneğin, herhangi bir pikselin tanımlanması için gerekli veri sayısı, renk bileşimi için 3, doygunluk ve parlaklık için de 1 er olmak üzere toplam 5 Byte olmaktadır. Bir rengin bilgisayarda tanımlanabilmesi için, öncelikle renk tanımlama kalıbının belirlenmesi gerekmektedir. Günümüzde bilgisayarlarda en yaygın olarak kullanılan

34 Verilerin Gösterimi 34 renk kalıbı RGB (Red, Green, Blue; Kırmızı, Yeşil, Mavi) dir. RGB tanımlama sisteminde temel renk olarak siyah kullanılmaktadır. Renkler, siyah üzerine değişik miktarlarda eklenerek elde edilmektedirler. RGB renk sistemini kullanan bir grafik dosyasındaki her bir piksel bir renk üçlüsü ile ifade edilmektedir. Bu üçlü (R, G, B) içindeki her bir byte, o rengin piksel içindeki miktarını göstermektedir. RGB renk üçlüsü, 24 bitlik bir renk tanımlamasında (0, 0, 0) ile (255, 255, 255) arasında değerler alabilmektedir. Renk değeri (0, 0, 0) olarak tanımlandığında, temel renk olarak alınan siyaha herhangi bir ilave yapılmadığından, elde edilen renk siyah, (255,255,255) olarak tanımlandığında ise elde edilen renk beyaz olmaktadır. Bu üçlü, hangi değerde olursa olsun, eşit sayı değerlerini, örneğin (78, 78, 78) veya (197, 197, 197), aldıklarında ise elde edilen renk gri nin bir tonu olmaktadır. Bu değerlerin eşit kulllanımı ile gri tonlamalı bir resim elde edilebilmektedir. Gri tonlamalı resim elde etmek için kullanılan diğer bir yöntem de renk tanımlamasında yalnızca 8 bit (1 Byte) kullanılmasıdır. Özellikle yazıcı ve fotoğraf makinelerinde renkli resim elde etmek için kullanılan renk tanımlama yöntemi, CMY (Cyan, Magenta, Yellow; Koyu mavi, Morumsu kırmızı, Sarı) dir. CMY, RGB gibi, bir renge (RGD de siyah) renk bileşenlerinin değerlerinin eklenmesi ile değil, çıkarılması ile renklerin elde edildiği bir yöntemdir. Buradaki renk değerleri, kendilerinin eşleniği olan renklerin değerlerini azaltmaktadırlar. Koyu mavi kırmızıyı, morumsu kırmızı yeşili, sarı ise maviyi azaltmaktadır. Resimdeki, örneğin mavi rengin azaltılması istendiğinde, resim içindeki sarı renk arttırılmaktadır. CMY bileşenlerin tümü aktif (255, 255, 255) olduğunda elde edilen renk, RGB de olduğunun aksine, siyah olmaktadır.

35 Bilgisayar Donanımı BİLGİSAYAR DONANIMI 3.1. Donanım Donanım, en genel anlamı ile, bir bilgisayar sisteminde bulunan fiziksel parçaların tümüne verilen addır. Günümüzde kullanılan modern bilgisayarlar büyük bir çeşitlilik gösterdiklerinden tipik bir bilgisayar donanımını tariflemek oldukça zordur. Burada, yaygın olarak kullanılan bir masaüstü veya kişisel bilgisayar sisteminde kullanılan bileşenler ve bu bilgisayarla birlikte kullanılan ve çevre donanımları olarak da adlandırılan diğer donanımlar anlatılacaktır Kişisel Bilgisayar Sisteminin Temel Bileşenleri Bir masaüstü veya kişisel bilgisayar sistemini oluşturan temel bileşenler; Sistem Ünitesi, Ekran ve Klavye olarak tanımlanabilmektedir (Şekil 73). Fare, Yazıcı, Tarayıcı gibi donanımlar ise bilgisayar sisteminde kullanılan ilave parçalardır Sistem Ünitesi Şekil 72 Masaüstü bilgisayar sisteminin genel görünümü Sistem ünitesi, tüm birimlerin bir arada ve korunaklı olarak tutulmasını sağlayan bir kasa, bir güç kaynağı, anakart, işlemci, bellek, depolama birimleri gibi parçaları içermektedir (Şekil 74).

36 Bilgisayar Donanımı Anakart Şekil 73 Bir masaüstü bilgisayar sisteminin sistem ünitesinin iç görünümü Bir bilgisayar sistem ünitesinin içindeki tüm bileşenler, anakart (Mainboard, motherboard) denilen bir kart sayesinde birarada tutulabilmekte, birbirleri arasında veri alışverişi yapılabilmektedir (Şekil 75). Anakart, tüm bilgisayar sisteminin ana iletim birimidir. Sistem ünitesi içinde bulunan her bileşen anakarta bağlanmakta, tüm bileşenler arasındaki veri alışverişi bu kart sayesinde sağlanmaktadır. Anakart olmaksızın klavye, fare, ekran gibi aygıtlar birbirleri ile iletim sağlayamamaktadır. Anakart temelde tüm bileşenler arasında bağlantıyı sağlayan bir yol gibi davranmaktadır. Şekil 74 Üzerine kartlar takılmış bir anakart. Anakartın görevi, kendi üzerine takılı olan tüm cihazlar arasında bilgi alışverişinin düzgün yürütülmesini sağlamaktır. Bu amaç için anakart üzerine monte edilmiş birçok yonga bulunmaktadır. Anakart üzerine takılmış olan aygıtlar arasındaki bilgi akımı veriyolu (bus) adı verilen ve birbirine paralel olarak düzenlemiş elektriksel yollar aracılığı ile sağlanmaktadır (Şekil 76).

37 Bilgisayar Donanımı 37 Şekil 75 Bir anakart üzerindeki veri yolları Sistem veriyolu, işlemci ile bellek arasındaki veri akışını sğlamaktadır. Bir seferde taşınan veri bitlerinin sayısına o veriyolunun genişliği denilmektedir. Veriyolunun genişliği, aynı zamanda taşınabilecek bilgi miktarını da belirlemektedir. Veriyolu ne kadar geniş olursa aynı zaman diliminde o kadar fazla veri taşınabilmekte, böylece bilgisayar daha hızlı işlem yapabilmektedir. Sistem veriyolu genişliği işlemci tasarımına doğrudan bağlıdır. Daha büyük bir veriyolu ile; İşlemci daha fazla veriyi aynı anda iletebilir ve bilgisayarın hızı artar. İşlemci daha fazla bellek birimin adresleyebilir ve sistem belleği artar. İşlemci daha fazla sayıda ve değişkenlikte deyimler destekleyebilir. Genel olarak, daha geniş veriyolunun daha hızlı bilgisayar anlamına geldiği söylenebilir. Ayrıca veriyolunun genişliği yanında, veriyolunun hızı da sistem performansını etkileyen faktörler arasındadır. Daha hızlı veriyolları, sistemde verilerin daha hızlı iletilmesini, dolayısıyla sistemin daha hızlı çalışmasını sağlamaktadır. Anakartlar, üzerlerine değişik amaçlar için kullanılabilen kartların takılmalarına imkan veren yuvalara sahiptirler. Bu yuvalara değişik amaçlı genişleme kartları, örneğin görüntü kartları, ağ bağlantı kartları, modem kartları, özel amaçlı kontrol kartları gibi birçok kart takılabilmektedir (Şekil 77-80). Bu ise, kullanılan kişisel bilgisayar sistemlerinin açık bir mimariye sahip olmaları ile sağlanmaktadır.

38 Bilgisayar Donanımı 38 Şekil 76 Grafik (Ekran Bağlantı) kartı Şekil 77 Ağ bağlantı kartı Şekil 78 Modem kartı Şekil 79 Ses kartı İşlemci Bir işlemci, temel olarak transistörlerden oluşan bir devre bütünüdür. Bilgisayarın tüm işlemlerinin yapılmasını sağlayan temel eleman olan işlemci, bilgisayarın beyni olarak da görülebilir. İşlemci, Merkezi İşlem Birimi (CPU: Central Processing Unit) olarak da adlandırılır. Bilgisayarın en karmaşık birimi olan işlemci, aynı zamanda en çok elemana sahip olan bileşen olarak da sistem ünitesi içinde yer almaktadır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan Intel Pentium işlemcilerin içinde 42 milyondan fazla elektronik bileşen yer almakta, buna karşın işlemcinin büyüklüğü ise birkaç santimetrekareyi geçmemektedir. İşlemcilerin içinde kullanılan bileşenlerin boyutları o kadar ufaktır ki, ancak nanometre ile, yani metrenin milyarda biri ile ifade edilen büyüklük ölçüsü ile ifade edilebilmektedir. Bu bileşenlerden bazıları, üç atom kalınlığına karşılık gelen 30 nanometre kalınlığında olabilmektedir. Küçük boyutlarda üretilmiş bileşenler, işlemci içinde değişik işlemleri yapmak üzere gruplandırılmış konumda bulunmaktadırlar. Bu gruplandırma temelde Kontrol Birimi (KB; CU: Control Unit) ve Aritmetik ve Mantık Birimi (AMB; ALU: Arithmetic and Logic Unit) olarak ortaya çıkmaktadır. İşlemcinin genel görevi, işlenecek olan bilgilerin ve bu bilgilerin nasıl işleneceğini tarifleyen programların belleğe yüklenmelerini ve işletilmelerini sağlamaktır Bu görevler kontrol birimi ve aritmetik ve mantık birimi tarafından paylaşılarak gerçekleştirilmektedir. Bilgisayar sisteminde tüm bileşenlerin, girdi-çıktı aygıtlarının, bellek ve diğer aygıtlarla haberleşmenin kontrolü ve bunlar arasındaki ilişkilerin koordinasyonu Kontrol Birimi (KB) nin görevidir. Bilgisayar içinde sözkonusu olan tüm aritmetik ve mantıksal işlemler ise Aritmetik ve Mantık Birimi (AMB) tarafından gerçekleştirilmektedir. İşlemci içinde, KB ve AMB den ayrı olarak özel bellek alanları da bulunmaktadır. Yazmaç (register) olarak adlandırılan bu bellek alanları, işlenmiş ve işlenecek olan deyim ve verilerin saklanmasını sağlamaktadırlar. Bu bellek alanları, yüksek hıza sahip geçici alanlardır ve tümüyle KB nin denetiminde işlemleri gerçekleştirmektedirler. İşlemci içinde genel amaçlı yazmaçlar olduğu gibi, özel amaçlı yazmaçlar da bulunmaktadır. Bu yazmaçlar, o anda işlenmekte olan deyimi depoladıkları gibi, bir sonra işlenecek olan deyimin belleğin neresinde depolandığı bilgisini de tutabilmektedir. Bir işlemcinin işlemleri gerçekleştirebilme hızı, o işlemciye belirli aralıklarla sinyal gönderen bir sistem saat yongası ile ölçülmektedir. İşlemci, veri ve deyimleri bu yonganın gönderdiği sinyale göre

39 Bilgisayar Donanımı 39 işlemektedir. Üretilen sinyallerin miktarı, bir saniyede üretilen sinyal sayısı ile ölçülmekte ve Megahertz (MHz) veya Gigahertz (GHz) ile ifade edilmektedir. Burada Hertz, bir sinyal döngüsünü ifade etmekte olup, 1 MHz, bir saniyede bir milyon sinyal döngüsü anlamına gelmektedir. Bir döngü, işlemci için en küçük zaman dilimidir. İşlemcinin gerçekleştirdiği her işlem bu zaman dilimi ile ölçülmektedir. Buradaki saat hızı, işlemcinin bir saniyede işlediği deyim sayısı anlamına gelmemektedir. Bazı deyimler bir zaman döngüsü içinde işlenebilirken, bazıları da birkaç zaman döngüsü sürebilmektedir. Bazı işlemciler ise bir zaman döngüsünde birkaç tane deyim işleyebilmektedir. İşlemcinin bir zaman döngüsünde birkaç tane deyim işleyebilmesinin nasıl mümkün olabildiği, ancak seri ve paralel çalışma prensiplerinin bilinmesi ile anlaşılabilmektedir. Bazı işlemciler deyimleri seri olarak, yani bir zaman diliminde bir tane olmak üzere işlemektedirler. Böylece işlemci, bir sonraki deyimi işlemeye başlayabilmek için tüm deyim döngüsünün bitmesini beklemek zorunda kalmaktadır. Ancak içiçe sokma (pipelining) denen bir teknolojinin uygulanması ile bir işlemci herhangi bir deyimin işlenmesi bitmeden başka bir deyimi işlemeye başlayabilmektedir. Ayrıca, günümüzde kullanılan işlemcilerin büyük çoğunluğu paralel işleme (parallel processing) adı verilen ve aynı anda birçok deyimin işlenebilmesine imkan sağlayan bir teknoloji kullanmakta, böylece işlemlerin çok kısa zamanda gerçekleşmesini sağlamaktadır. Gerek içiçe sokma gerekse de paralel işleme yöntemleri kullanılarak işlemci verimi önemli ölçüde arttırılmaktadır. Bir işlemci, ancak kendisine daha önce tanımlanmış olan deyimleri işleyebilmekte, bu deyimlerden başka bir deyimin kendisine gelmesi durumunda o deyimi işlemesi mümkün olmamaktadır. Bir işlemcinin işleyebileceği deyimlerin tümüne Deyim Kümesi (Instruction Set) adı verilmektedir. Bu deyimler, işlemcinin içinde donanımsal olarak tanımlanmış olup, temel aritmetik ve mantıksal işlemleri, verilerin yüklenmesini ve bellek birimlerinin silinmesini içermektedirler. Bir bilgisayar çok karmaşık işlemleri, ancak tüm işlemleri kendi deyim kümesine indirgedikten sonra gerçekleştirebilmektedir. İşlemcilerin deyim kümelerinin boyutu, o işlemcinin yapısal özelliğine, yani mimarisine bağlıdır. Bu mimari, aynı zamanda bilgisayarların kullandıkları işlemcilere göre sınıflandırılabilmelerini de sağlamaktadır. Bazı işlemci üreticileri, herbiri birkaç zaman döngüsüne gereksinim duyan deyimler içerebilen deyim kümeleri oluşturabilmektedir. Bu türde deyim kümelerine sahip olan işlemciler, Karmaşık Deyim Kümeli Bilgisayar (KDKB; CISC: Complex Instruction Set Computers) teknolojisine dayalı işlemciler olarak adlandırılmaktadır. Daha sınırlı sayıda ve basit deyim kümesine sahip olan teknoloji ile üretilen işlemciler ise İndirgenmiş Deyim Kümeli Bilgisayar (İDKB; RISC:Reduced Instruction Set Computers) olarak adlandırılmaktadır. Bir RISC işlemci, ayni işlemi gerçekleştirmek için CISC işlemciden daha fazla deyim kullanmasına karşın, deyimleri daha hızlı işleyebilmektedir. Teorik olarak, RISC işlemciler CISC işlemcilerden daha hızlı kabul edilmelerine karşın, bazı işlemlerde CISC, bazılarında ise RISC işlemciler çok daha iyi sonuçlar verebilmektedir. Günümüzde, değişik firmalar tarafından işlemciler üretilmektedir. En yaygın kullanılan bilgisayar türü olan kişisel bilgisayarlardaki kullanım oranı ile Intel firması bu pazarın öncülerindendir. Kişisel bilgisayarlarda Intel firması tarafından üretilen işlemciler kullanılırken, zaman içinde Cyrix ve AMD (Advanced Micro Devices) firmaları da ürettikleri işlemcilerle Intel firmasının pazar payını zorlamaya başlamıştır. Mikroişlemci modelleri, zaman içinde oldukça hızlı bir gelişim göstermiştir. Intel firması tarafından 1971 de üretilen ilk mikroişlemci olan Intel 4004 den sonra en gelişmiş işlemci türü olan Pentium işlemciler 1993 yılında pazara sürülmüştür. Daha sonra 1997 de Pentium II, 1999 da Pentium III ve Xeon, 2000 de Pentium 4, 2001 de Itanium ve 2002 de Itanium 2 işlemciler pazara sürülmüştür (Şekil 81). Bunların yanında yine Intel firması tarafından hesaplı işlemci sınıfında piyasaya sürülen Celeron işlemciler de, performans olarak daha düşük ancak USD daha ucuz bilgisayarlar oluşturma yönünde piyasada yerini almaktadır.

40 Bilgisayar Donanımı 40 Şekil 80 Değişik işlemciler: Intel 8086 (sol üst), Intel (sol orta), Intel Pentium II (sol alt), Intel Celeron (sağ üst), Intel Pentium III (sağ alt). AMD firması tarafından üretilen Athlon ve Duron işlemciler, Intel firmasının Pentium ve Itanium serilerinin ciddi rakipleri olarak piyasada kullanılmaktadırlar. Bazı performans denemelerinde AMD firmasının üretiği işlemcilerin daha yüksek verim elde ettikleri de ifade edilmektedir. Duron serisi de AMD firmasının ekonomik modeli olarak piyasada kullanılmaktadır. Kişisel bilgisayarlarda kullanılan işlemcilerin tümü CISC mimarisine sahip işlemcilerdir. Masa üstü kullanımda geniş bir yer alan Apple MacIntosh serisi bilgisayarlarda ise, Motorola, IBM ve Apple tarafından ortak olarak üretilen RISC mimarisine sahip PowerPC işlemciler kullanılmaktadır. Ayrıca RISC mimarisi, Silicon Graphics tarafından üretilen MIPS, IBM ve Motorola tarafında üretilen RISC ile Compaq firması tarafından satın alınan Digital Equipment Corporation (DEC) tarafından üretilen Alpha işlemcilerinde de kullanılmaktadır Birincil Depolama Birimleri Bilgisayarlarda bellek, birincil depolama birimidir. Bu birimde veri, deyim ve bilgiler tutulmaktadır. İşlemci gibi, bellek de sistem ünitesi içine konulabilen yongalardan oluşmaktadır. Bellek, yarıiletken teknolojisinin gelişimine bağlı olarak gelişmiş, daha güvenilir, daha yoğun, daha düşük güç gereksinimli ve daha ucuz olarak üretilebilir hale gelmiştir. Yarıiletken belleklerin yoğun üretimi, fiyatlarının da düşmesini beraberinde getirmiş, ve bellek fiyatları gittikçe daha da fazla ucuzlamıştır. Kişisel bilgisayarlarda kullanılan bellek, genel olarak, Rasgele Erişimli Bellek (REB; RAM:Random Acces Memory), Yalnızca Okunabilir Bellek (YOB; ROM:Read Only Memory) ve Tümleyici Metal-oksit Yari-iletken (TMOY; CMOS:Complementary Metal-Oxide Semiconductor) olmak üzere üç ayrı türde olmaktadır Rasgele Erişimli Bellek Rasgele Erişimli Bellek (REB; RAM:Random Access Memory), veri, program deyimleri ve işletim sistemini saklamak üzere tasarlanmış bir bellek türüdür. Kişisel bilgisayarlarda REB, anakart üzerine takılmış birçok yonga veya küçük devre kartlarından oluşmuş bir donanım olarak görülmektedir (Şekil 82).

41 Bilgisayar Donanımı 41 Şekil 81 Rasgele Erişimli Bellek REB, bir bilgisayar işlemcisinin bekleme odası olarak düşünülebilir. İşlem görecek olan veriler ve o verileri işleyecek deyimler, işlemciye aktarılmadan önce bellekte depolanmakta, daha sonra da sırası gelen veri ve deyim işlemciye aktarılmaktadır. Ayrıca işlemcide işlenmiş verilerden elde edilen sonuçlar da kalıcı olarak bir depolama biriminde depolanmalarına kadar geçen sürede REB de depolanmaktadır. Veri ve deyimlerden ayrı olarak, işletim sistemine ait olan deyimler ve bilgisayar sisteminin temel deyimleri de, bilgisayar açık olduğu sürece REB de tutulmaktadır. Bu deyimler, bilgisayarın her açılışında yeniden belleğe yüklenmekte ve bilgisayar kapatılıncaya kadar da bellekte kalmaktadır. REB de bulunan verilere rasgele olarak ve istenildiği an ulaşılması, bu bellek türünü bilgisayarların genelinde kullanılan bellek türü haline getirmiştir. REB nin en temel özelliği uçucu (volatile) olmasıdır. REB, içinde kapasitör (capacitor) olarak adlandırılan küçük elektronik parçalar bulundurmaktadır. Bu parçalar verileri temsil eden bitleri saklamaktadır. Kapasitörlerin çalışması bir elektrik lambasının yanıp sönmesine benzetilebilir. Kapasitör elektrik ile yüklüyken 1 değerini, yüksüz iken ise 0 değerini göstermektedir. Kapasitörlerin her bir sırası sekiz bit bir byte- veriyi tutabilmektedir. Her bir sıranın üzerindeki adres, bilgisayarın o veriyi işlemek istediği anda alabilmesini sağlamaktadır. Kapasitörler, dolayısıyla REB, elektriksel olarak beslenmekte, kendisine elektrik geldiği sürece bilgileri saklayabilmekte, elektrik kesildiği anda ise üzerinde bulunan tüm bilgileri kaybetmektedir. Ayrıca, çeşitli bilgiler REB üzerine bilgisayar yazılımları aracılığı ile yazılabilmekte ve yine silinebilmektedir. Rasgele erişimli bellekler yapılarına göre, Devingen REB (DeREB; DRAM: dynamic RAM- DRAM) ve Durağan REB (DuREB; SRAM:Static RAM) olmak üzere ikiye ayrılmaktadırlar: DeREB (DRAM) işlemci tarafından sürekli beslenmekte, aksi takdirde içinde bulunan bilgileri kaybetmektedir. DuREB (SRAM) ise işlemci tarafından herhangi bir şekilde etki altında kalmaksızın, içinde bulunan bilgileri elektrik olduğu sürece korumaktadır. DuREB in daha hızlı olmasına karşın, fiyat ve boyut avantajları nedeniyle kişisel bilgisayarlarda DeREB daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Anuyumlu DeREB (SDRAM:Synchronous DRAM) DeREB in daha hızlı bir türü olup, günümüzde birçok bilgisayarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, Nintendo 64 oyun sistemi için tasarlanan ve 1999 da kişisel bilgisayarlarda kullanılmak üzere uyarlanan Rambus DeREB (RDRAM:Rambus DRAM) ADeREB den daha hızlı bir bellek türüdür. REB genellikle, bir kart üzerine dizilen devrelerden oluşmaktadır. Bu devrelerin kartın yalnızca bir tarafına dizilmesi durumunda bu bellek tek taraflı bellek birimleri (SIMM:Single In-line Memory Modules), her iki tarafına dizilmesi durumunda ise çift taraflı bellek birimleri (DIMM:Dual In-line Memory Modules) olarak adlandırılmaktadır. DIMM ler ADeREB lerden oluşmalarına karşın, RIMM (Rambus In-line Memory Module) ve SO-RIMM (Small Outline Rambus In-line memory module) bellek türleri RDRAM birimlerinden oluşmaktadırlar. Belleklerin fiziksel şekil ve boyutları, türlerine göre farklılık göstermektedir (Şekil 83).

42 Bilgisayar Donanımı 42 Şekil 82 Değişik Bellek Türleri Bellekler, içerdikleri entegre devrelerin özelliklerine göre farklı hızlarda olabilmektedirler. Bellek hızları, bir saniyenin milyarda biri olan nano-saniye (ns) ile ifade edilmektedir. Bu değer ne kadar düşük ise, o bellek o kadar hızlı çalışabilmekte, dolayısıyla o bellekte saklanan bilgiye erişim o kadar hızlı olabilmektedir. Örneğin, 8 ns hızındaki bir bellek, 10 ns hızındaki bir bellekten daha hızlıdır. Ayrı bir bellek hızı ifadesi ise MHz (MegaHertz: saniyedeki milyon döngü sayısı) olmaktadır. Nano-saniyenin tersi olarak ise, bellek hızı MHz cinsinden ne kadar büyük ise o bellek o kadar hızlı olmaktadır. Örneğin, 133 MHz hızındaki bir bellek, 100 MHz hızındaki bir bellekten daha hızlıdır. MHz ile ns arasında bir çevrim yapmak ise mümkündür. Örneğin 83 MHz, 12 ns, 100 MHz 10 ns ve 133 MHz ise 7.5 ns ye karşılık gelmektedir (1 ns = 1 MHz -3 ). Bir kişisel bilgisayarda kullanılan REB miktarı genellikle MB (Megabyte) veya GB (Gigabyte) cinsinden ifade edilmektedir. Kullanılan yazılımlara bağlı olarak gereksinim duyulan bellek miktarı da değişkenlik göstermektedir. Kullanıcılar, ihtiyaçları kadar belleği satın alabilmekte ve sistemlerine ilave edebilmektedir. Ancak, her bilgisayarda kullanılabilecek en fazla bellek miktarı, o bilgisayarın anakartının desteklediği bellek miktarıdır. Bilgisayar anakart üreticileri, bu bilgileri anakartla birlikte sağlamaktadır. Dolayısıyla bir kişisel bilgisayar sisteminde kullanılabilecek bellek miktarı sınırsız olmamaktadır. Kullanılan yazılımların, sistemin destekleyebildiği veya sistemde o an bulunan bellek miktarından fazla olması durumunda, işletim sistemleri sabit disk üzerinde bir sanal bellek (virtual memory) alanı oluşturmakta, program veya verilerin bir bölümünü, gereksinim duyulacağı ana kadar burada saklamaktadır. REB ve sanal bellekteki veri ve programların değiştirilmesi sayesinde neredeyse sınırsız bir bellek kapasitesi sağlanabilmektedir. Ancak, sanal belleğe çok fazla dayanılması, mekanik sistemlerden bilgi aktarımının, elektronik sistemlerden bilgi aktarımından çok daha yavaş olması nedeniyle, sistemin genel performansında düşümlere neden olmaktadır Yalnızca Okunabilir Bellek Rastgele Erişimli Bellek, elektriksel olarak beslenen ve yalnızca kendisine elektrik geldiği sürece bilgileri saklayabilen bir bellek türü olmasına karşın, Yalnızca Okunabilir Bellek (YOB; ROM:Read Only Memory), kendisine üretim sırasında yüklenen ve değiştirilemez nitelikte bilgileri içeren bir yapıya sahiptir. YOB devreleri, üretim sırasında bir program oluşturacak şekilde birbirine bağlanan elektronik devrelerden oluşmaktadır. Bilgisayarın elektriğinin kesilmesi durumunda dahi bu bilgiler bozulmamakta ve kaybolmamaktadır. YOB donanımsal olarak programlandığından, hard-wired (donanımsal olarak bağlanmış) veya firmwired olarak da adlandırılmaktadır. YOB içindeki programlanma yapısı, herhangi bir elektronik hesap makinesinin yapısından farklı değildir. Bir hesap makinesinde de karekök, sinüs, kosinüs gibi fonksiyonların gerçekleştirilmesini sağlayacak programlar üretim sırasında tanımlanmış ve kullanıcının bu fonksiyonları kullanması sağlanmıştır. YOB içindeki deyimler kalıcı olduğundan, bu deyimleri değiştirmenin tek yolu, YOB yongasını değiştirmektir. Bilgisayar ilk açıldığında, işlemci elektrik gücünü almakta ve deyimleri işlemek için hazır hale gelmektedir. Ancak, bu aşamada REB boştur ve işlemcinin yerine getirebileceği herhangi bir deyim bellekte yüklü değildir. Bu aşamada YOB devreye girmektedir. YOB, içinde YOB Temel Giriş Çıkış

43 Bilgisayar Donanımı 43 Sistemi (ROM BIOS: ROM Basic Input Output System) adı verilen küçük bir deyim kümesini barındırmaktadır. Bu deyimler bilgisayara sabit diske nasıl erişeceğini, işletim sistemini nasıl bulacağını ve belleğe nasıl yükleyeceğini tariflemektedir. İşletim sistemi belleğe yüklendikten sonra ise bilgisayar girdileri almaya, çıktıları vermeye, yazılımlaırı çalıştırmaya ve verilere erişmeye hazır hale gelmektedir Tümleyici Metal-oksit Yarı-iletken Bellek Bir bilgisayarın düzgün çalışabilmesi için, o bilgisayarın depolama, bellek ve ekran yapılanmaları ile ilgili temel bilgilere sahip olması gerekmektedir. Bilgisayar, örneğin bellek ile ilgili bilgilere sahip olduğunda, programların belleğin hangi noktalarına yerleşeceğine, belleğin nasıl düzenlenmesi gerektiğine karar verebilmektedir. Bu bilgilerin REB içine saklanabilmesi doğru değildir, çünkü REB deki tüm bilgiler, bilgisayar kapatıldığında kaybolmaktadır. YOB içine bu bilgilerin saklanabilmesi ise pratik değildir, çünkü YOB ye yazılan bilgiler sabit bilgilerdir ve değiştirilmeleri mümkün değildir. Bu durumda, REB ve YOB den farklı, üzerine bilgilerin yazılabildiği, REB kadar uçucu, YOB kadar da kalıcı olmayan ayrı ve özel bir bellek türüne gereksinim duyulmaktadır. Bu bellek türü de Tümleyici Metal-Oksit Yarı-İletken Bellek (TMOY Bellek; CMOS Memory: Complementary Metal-Oxide Semi-Conductor Memory) olarak ortaya çıkmaktadır. TMOY bellek, verileri tutmak için çok az enerjiye gereksinim duyan bir yongadır. Bu bellek, anakart üzerinde bulunan ve bilgisayar açık kaldğı sürece sürekli doldurulan bir pil devresi ile beslenmekte, üzerindeki bilgileri bu sayede koruyabilmektedir. Bilgisayar kapalı olduğunda da TMOY yongası bu pil ile beslenebilmektedir (Şekil 84). Bilgisayarın donanımsal yapısında herhangi bir değişim sözkonusu olduğunda, bu değişim TMOY tarafından algılanmakta ve bilgiler sürekli güncellenmektedir. TMOY ayarları kullanıcı tarafından da bilgisayar ilk açıldığında bilgisayar kurulumuna girilerek değiştirilebilmektedir. Şekil 83 TMOY yongası ve besleme için kullanılan pil Genişleme Yuvaları ve Kartları Anakartlar, üzerlerine değişik amaçlar için kullanılabilen kartların takılmalarına imkan veren yuvalara sahiptirler (Şekil 85-86). Bu yuvalara değişik amaçlı genişleme kartları, örneğin görüntü kartları, ağ bağlantı kartları, modem kartları, özel amaçlı kontrol kartları gibi birçok kart takılabilmektedir. Bu ise, kullanılan kişisel bilgisayar sistemlerinin açık bir mimariye sahip olmaları ile sağlanmaktadır. Genişleme kartları ile anakart arasında bağlantı sağlayan veriyolu teknolojisi geçmişten günümüze oldukça büyük değişiklikler göstermiştir. En yaygın görülen ve kullanılan veriyolu yapıları arasında ISA, PCI, AGP ve USB sıralanabilir. Endüstri Standart Mimarisi (ISA:Industry Standard Architecture): Bu veriyolu yapısı IBM PC ler için geliştirilen bir yapı olup, bu yapıdaki ilk veriyolu genişliği 8 bittir. Daha sonra bu değer 16 bite çıkartılmıştır. Çevre Birimi Bileşeni Bağlantısı (PCI:Peripheral Component Interconnect): Öncelikle grafik kullanıcı arabirimlerinin hızlandırılması amacına yönelik olarak tasarlanan bu veriyolu yapısı, önce 32 bit sonra da 64 bitlik olarak geliştirilmiştir. Günümüzde birçok genişleme kartı bu veriyolu yapısını kullanmaktadır.

44 Bilgisayar Donanımı 44 Hızlandırılmış Grafik Kapısı (AGP:Accelerated Graphics Port): Bu veriyolu yapısı, PCI veriyolunun iki katından daha fazla bir hıza sahiptir. PCI veriyolu değişik amaçlar için kullanılırken, bu veriyolu yalnızca grafik arabirimler için kullanılmaktadır. Evrensel Seri Veriyolu (USB:Universal Serial Bus): Bu veriyolu yapısı, ana kart üzerindeki bir PCI veriyolu ile birleşerek, her bir aygıt için ayrı kartların sistem ünitesine takılmasına gerek duyulmaksızın bu aygıtların bilgisayara bağlanabilmesine imkan sağlamaktadır. Bu veriyolu yapısı genellikle tarayıcı, yazıcı, video alma aygıtları ve depolama aygıtları için kullanılmaktadır. Şekil 84 ISA ve PCI genişleme yuvalı bir anakart Şekil 85 PCI ve AGP genişleme yuvalı bir anakart Dış Bağlantı Kapıları Bilgisayarların, giriş/çıkış birimleri gibi dış birimlerle bağlantı kurabilmelerini sağlamak amacıyla, anakart üzerinde ek bazı iletişim kapıları (port) da bulunmaktadır. Bu kapılar klavye, fare ve görüntü aygıtlarının bağlanmalarını sağlayan özel amaçlı kapılar da içermektedirler. Seri (serial) bağlantı kapıları fare, klavye, modem ve birçok değişik aygıtın bağlanabilmesi için kullanılmaktadırlar. Bu bağlantı kapıları, bilgilerin seri olarak (bir zaman diliminde yalnızca bir bit) gönderilmesini sağlamakta olup, uzun mesafelere bilgi göndermek için uygundurlar. Koşut (paralel) bağlantı kapıları, kısa mesafelerde çok fazla verinin gönderilmesi veya alınması için kullanılmaktadırlar. Bu kapılarda bilgi genellikle sekiz koşut kablodan aynı anda sekiz bitin gönderilmesi ile aktarılmaktadır. Genellikle yazıcıların bağlanması için kullanılmaktadırlar. Evrensel Seri Veriyolu (ESY), seri ve koşut bağlantı kapılarının yerini almak üzere tasarlanmış bir yapıya sahiptir. Daha hızlı veri iletim kapasitesine sahiptirler ve aynı anda birçok aygıtın bağlanmasına imkan vermektedirler. Yüksek performanslı seri veriyolu (HPSB:High Performance Serial Bus), aynı zamanda firewire olarak da adlandırılmaktadır. Bu veriyolları, ESY den 33 kat daha hızlı olup, sistem birimine video kamera veya yüksek hızlı yazıcıların bağlanmasında kullanılmaktadırlar Klavye Klavye (keyboard), bilgisayar doğrudan bilgi girmeyi sağlayan ve en yaygın olarak kullanılan donanımdır. Bu donanım sayesinde bilgisayara gerek veriler, gerekse de programlar aktarılabilmekte ve bilgisayarın düzenli çalışması sağlanabilmektedir. Klavyeler, harf, rakam ve özel karakterlerin bilgisayara elektrik sinyallerine çevrilerek iletilmesini sağlamaktadır. Bilgisayarlarda ikili kodlarla tanımlı karakterler, klavyenin tuşlarına basıldıkça oluşturulmakta ve bilgisayara aktarılmaktadır. Klavyelerde değişik işlevleri yerine getiren tuş grupları bulunmakta ise de, en genel tuş grupları; Fonksiyon tuşları, harf ve rakam tuşları, sayısal klavye, yönlendirme tuşları ve özel kontrol tuşlarıdır (Şekil 87).

45 Bilgisayar Donanımı 45 Şekil 86 Standart bir klavye Klavyeler değişik şekil ve özelliklerde üretilmektedir. Bu klavyelerden bazıları katlanabilmekte, bazıları ergonomik şekilllerde üretilmekte (Şekil 88), bazı klavyelerde, standart tuşların yanında internet uygulamalarının kullanımı, ses kontrollerinin gerçekleştirilmesi gibi değişik amaçlara hizmet eden tuş grupları da bulunabilmektedir(şekil 89). Mobil iletişimin gelişmesine koşut olarak sanal klavyeler de giderek geniş kullanım alanı bulmaktadır (Şekil 90). Şekil 87 Ergonomik klavye Şekil 88 Genişletilmiş klavye

46 Bilgisayar Donanımı Ekran Şekil 89 Sanal klavye Ekran (Monitor), bilgisayar sistemlerinde en çok kullanılan çıktı birimidir. Ekranlar, bilgisayarların ilk üretildikleri günden bugüne büyük değişiklik göstermişlerdir. İlk kullanılan ekranlar yalnızca metin tabanlı bilgilerin gösterilmesini sağlayabilirlerken, daha sonraları grafik bilgilerin de gösterilebilmesini sağlayan ekranlar geliştirilmiştir. Ekranlar, aynı zamanda Video Gösterim Birimi (VDU:Video Display Unit) olarak da adlandırılmaktadır. İlk üretilen ve halen de üretilmekte olan çoğu ekranlar, katod ışınlarının bir yüzey üzerinde bulunan elemanları uyartımı temeline dayandığı için, Katod Işını Tüpü (KIT; CRT: Cathod Ray Tube) olarak adlandırılmaktadırlar. Bu ekranlar, televizyon teknolojisi ile aynı teknolojiyi kullanmaktadırlar. Diğer tür ekranlarla karşılaştırıldıklarında, en büyük avantajları düşük fiyatları ve üstün görüntü kaliteleridir (Şekil 87). Şekil 90 Katod Işını Tüplü (KIT) ekran KIT lerin boyutlarının büyük olması, gerek iletim gerekse de kullanım sırasında yüksek iletim maliyetleri ve yer kaplamaları, daha küçük ekranların üretilmesi gereğini ortaya çıkartmıştır. Bu gereksinimi karşılayabilmek amacıyla daha az yer kaplayan ve daha taşınabilir ekranlar üretilmişlerdir. Bu ekranlar düz panel ekranlar veya sıvı kristal ekranlar (SKE; LCD:Liquid Crystal Display) olarak adlandırılmaktadırlar. KIT lerdeki teknolojiye benzemeyen ve sıvı kristallerle görüntü elde edilmesine dayanan bu ekranlar, kol saatlerinden cep telefonlarına kadar hemen her yerde kullanılmaktadır. Taşınabilir, gerek dizüstü gerekse de avuç içi bilgisayarlarında kullanılan bu ekran türü, günümüzde masa üstünde de yaygın olarak kullanım alanı bulmaktadır (Şekil 88).

47 Bilgisayar Donanımı 47 Gerek KIT, gereksede SKE teknolojisine sahip ekranlar, değişik boyutlarda üretilebilmektedirler. Kişisel bilgisayar sistemlerinde kullanılan ekran boyutları, televizyonlarda olduğu gibi, ekranın çapraz köşeleri arasındaki ölçünün inç (2.54 cm) cinsinden ifadesi ile tanımlanmaktadır. Bu boyutlar 15, 17, 19 ve 21 inç olabildiği gibi, daha büyük boyutlarda ekranlar da özellikle mühendislik ve grafik çalışmalarında kullanılmaktadırlar. Gerek KIT, gerekse de SKE ekranlar genel olarak kare şeklinde üretilmektedirler. Ancak, günümüzde, değişik gereksinimler doğrultusunda, özellikle dizüstü bilgisayarlarda dikdörtgen şeklinde ekranlar da yaygın olarak üretilmeye başlanmıştır. Bu ekranların boyutları, 15.4, 17, 21 inç gibi olabilmektedir. Şekil 91 Sıvı kristal ekran Ekranlardaki görüntü netliği, o ekrandaki görüntüyü oluşturan yatay ve düşey nokta sayısı ile belirlenmektedir. Ekrandaki görüntünün en küçük birimi piksel (pixel) olarak adlandırılmaktadır. Bir piksel, ekranda görüntüyü oluşturma sırasında kullanılan en küçük noktaya karşılık gelmektedir. Ekranda yatay ve düşey olarak ne kadar çok nokta tanımlanabilirse, o kadar ayrıntılı ve duyarlı görüntüler elde edilebilmektedir. Bu duyarlılık hem ekran özelliğine, hem de bilgisayar sisteminden ekrana görüntülerin aktarılmasını sağlayan ekran kartı veya donanımı özelliğine bağlı olarak değişmektedir. Sıvı kristal ekranlar, görüntünün oluşturulma tekniğine bağlı olarak edilgen (pasif) matriks (passive matrix) ve etkin (aktif) matriks (active matrix) olmak üzere ikiye ayrılmaktadırlar. Edilgen matriks ekranlar, aynı zamanda çiftli tarama ekranlar (dual scan monitor) olarak da adlandırılmaktadırlar. Bu ekranlarda görüntü, ekranın en üstünden başlamak üzere, soldan sağa ve yukarıdan aşağıya olmak üzere tüm ekranın taranması ile oluşturulmaktadır. Bu ekranlarda az güç harcanmakta, ancak elde edilen görüntü kalitesi çok iyi olamamaktadır. Şekil 92 Edilgen matriks ekranda görüntünün oluşum yönleri Etkin (aktif) matriks (active matrix) ekranlar, aynı zamanda İnce Filmli Transistör (İFT; TFT:Thin Film Transistor) ekranlar olarak da adlandırılmaktadırlar. Bu ekranlarda görüntü tüm ekranın taranması ile değil, ekranı oluşturan her bir noktanın ayrı ayrı elektriksel olarak uyartımı ile oluşturulmaktadır. Bu ekranlarda daha fazla renk, daha duyarlı bir görüntü kalitesi ile görüntülenebilmektedir. Etkin matriks ekranların fiyatları daha yüksek olup, aynı zamanda daha fazla güç harcamaktadırlar.

48 Bilgisayar Donanımı 48 Ekranların duyarlılıklarının tanımlanması için değişik standartlar geliştirilmiş ve uygulama konulmuştur. Günümüzde en yaygın olarak kullanılan standartlar SVGA, XGA, SXGA ve UXGA dır. SVGA (Süper Video Grafik Dizini; Super Video Graphics Array); Bu standart, en alt duyarlılık olarak yatayda 800, düşeyde ise 600 pikseli tanımlamaktadır. Bu standarttaki bir ekran görüntüsü, 800 x 600 = 480,000 pikselden oluşmaktadır. Yaygın olarak 15 inç boyutundaki ekranlarda bu standart kullanılmaktadır (Şekil 94). XGA (Genişletilmiş Grafik Dizini; Extended Graphics Array): Bu standartta, yatayda 1,024, düşeyde ise 768 piksel tanımlanmaktadır. Özellikle 17 ve 19 inç boyutundaki ekranlarda yaygın olarak kullanılmaktadır (Şekil 95). SXGA (Süper Genişletilmiş Grafik Dizini; Super Extended Graphics Array): Bu standartta yatayda 1,280, düşeyde ise 1,024 piksel tanımlanmaktadır. Özellikle 19 ve 21 inç boyutundaki ekranlarda kullanılan bu standartla daha duyarlı görüntüler elde edilmektedir. Dizüstü bilgisayarlarda değişik ekran boyutları olabildiğinden bu ekranlarda farklı ekran duyarlılıkları (1,200 x 800; 1,600 x 1,200 gibi) da kullanılabilmektedir (Şekil 96). UXGA (Ultra Genişletilmiş Grafik Dizini; Ultra Extended Graphics Array): Bu standartta yatayda 1,600, düşeyde ise 1,200 piksel tanımlanmaktadır. Özellikle 21 inç boyutundaki ekranların kullanımının artmasına bağlı olarak bu standart da yaygınlaşmaktadır. UXGA ekranlar mühendislik veya güzel sanatlar gibi yüksek çözünürlük isteyen uygulamaların kullanıldığı yerlerde tercih edilmektedir. Şekil 93 Bir dizüstü bilgisayarda 800x600 piksel ekran görüntüsü

49 Bilgisayar Donanımı 49 Şekil 94 Bir dizüstü bilgisayarda 1,024x768 piksel ekran görüntüsü Şekil 95 Bir dizüstü bilgisayarda 1,280x800 piksel ekran görüntüsü 3.3. Girdi-Çıktı Birimleri Girdi (input), bilgisayar tarafından kullanılan tüm veri ve deyimlerdir. Girdiler bilgisayarı kullanan kişilerden veya diğer kaynaklardan gelebilirler. Bilgisayar sistemini beya yazılımları kullanırken girdi işlemleri gerçekleştirilir. Örneğin, herhangi bir kelime-işlem yazılımının kullanımı sırasında, ekrana yazılan harf ve rakamlar ile, bu bilgilerin kaydedilmesi için verilen komutlar da birer girdidir. Girdi, bilgisayara yalnızca klavye yolu ile değil, ses, başlıkları işaretleme, özel aygıtların üzerine yazma, taranan veya fotoğraflanan görüntülerden de aktarılabilmektedir. Girdi aygıtları, bilgisayara herhangi bir bilginin girilmesi için kullanılan donanımlardır. Bu donanımlar doğrudan bilgi girişini sağlayan aygıtlar olabildiği gibi, işaretleme aygıtları da olabilir. Klavye (keyboard), tarayıcılar (scanner), karakter ve işaret tanıyıcılar, resim ve ses yakalama aygıtları doğrudan bilgi girişini sağlamaktadırlar. Bunların yanında fare (mouse), kumanda kolu (joystick), ışıklı kalem (light pen) ve dokunmatik ekranlar (touch screen) ise işaretleme yolu ile veri girme aygıtlarıdır.

50 Bilgisayar Donanımı İşaretleme Aygıtları İnsanın doğasındaki en temel güdü olan işaretlemeyi gerçekleştirecek aygıtlar, doğaldır ki, bilgisayar teknolojisinde de kullanılmaktadır. Grafik arayüzlerin bilgisayarlarda kullanımının yaygınlaşması ile işaretleme aygıtları daha da çok kullanılmaya başlanmış, birçok kullanıcı tarafından vazgeçilmez olarak kabul edilir hale gelmiştir. Ayrıca, yazılım teknolojilerinin gelişimi ile bilgisayarlarda gelişmiş oyunlar oynanmaya başlanmış, bu oyunların kontrolü için ise özel aygıtların geliştirilmesi gerekmiştir. işaretleme aygıtlarının en yaygın kullanılanları, fare (mouse), kumanda kolu (joystick), dokunmatik ekran(touch screen) ve ışıklı kalem (light pen) dir Fare Fare (mouse), ekranda genellikle bir ok şeklinde görünen bir işaretleyiciyi kontrol eden bir aygıttır. Farelerin üzerinde, asgari iki ayrı tuş, altında ise farenin yatay ve düşey hareketlerinin kontrol edilmesini sağlayan mekanizmaya hareketleri aktaran bir yapı bulunmaktadır. Fare sayesinde, yazılımlar, işaretleyicinin ekranın hangi noktasında bulunduğunu kontrol edebilmekte, tuşların kullanımı ile de ekrandaki seçeneklerden istenilen işaretlenebilmektedir. Bazı farelerin üzerlerinde bir veya daha fazla tekerlek bulunabilmektedir. Fareler, yatay ve düşey hareketleri algılama mekanizmaları açısından mekanik ve optik, bilgisayara bağlantı yönünden de kablolu ve kablosuz olmak üzere farklı şekillerde sınıflandırılmaktadırlar (Şekil 97-98). Kablosuz bağlantı radyo frekansı (RF:Radio Frequency) veya kızılötesi (IR:Infrared) teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Kablosuz farelerin hareket algılama mekanizmaları yönünden diğer farelerle herhangi bir farkları bulunmamakta, yalnızca bilgisayarla aralarındaki iletişim kablosuz olarak gerçekleştirilmektedir. Şekil 96 Optik ve mekanik fareler Şekil 97 Farelerin alttan görünümü Mekanik farelerde, farenin hareketi, altta bulunan bir topun farenin içinde bulunan bir mekanizmayı hareket ettirmesi ile algılanmakta ve bu harekete göre farenin işaretleyicisinin ekrandaki konumu belirlenmektedir. Optik farelerde hareketli parçalar bulunmamaktadır. Farenin hareketlerinin algılanması, ışık yayılımı ve bu ışığın yeniden algılanması sayesinde gerçekleşmektedir. Bu tür fareler, mekanik farelere göre daha kolay kullanılabilinse de, farenin kullanılması gereken yüzeyin renk özellikleri bazen kullanımını sınırlayabilmektedir. Ancak, temizlik gerektirmemesi ve mekanik farelerde sağlanamayan ölçüde duyarlı olması, bu tür farelerin tercih edilmesini sağlayan önemli faktörlerdendir Kumanda Kolu Bir kumanda kolu (joystick), spor arabalardaki vites kollarına benzer şekilde tasarlanmış bir aygıttır (Şekil 99). Bu kolun hareket miktarı ve yönü, işaretleyicinin ekrandaki konumunu belirtir. Kumanda kolu üzerinde bulunan levye, düğme ve diğer birimlere basılması, kullanılan yazılıma bağlı olarak değişik işlemlerin yapılmasını sağlamaktadır. Özellikle uçuş benzeştiricilerinde (flight simulator) çok yaygın olarak kullanılan kumanda kolları, aynı zamanda fare yerine de kullanılabilmektedir.

51 Bilgisayar Donanımı Dokunmatik Ekran Şekil 98 Bir kumanda kolu Dokunmatik ekranlar (Touch Screen), hemen her yerde karşılaşılan ve ekranda bulunan menülerden istendiğinin üzerine dokunulmasıyla seçilmesini sağlayan bir ekrandır (Şekil 100). Yaygın olarak kullanılan dokunmatik ekranlardaki sistem, ekrana yatay ve düşey yönde ışıkların verilmesi, ekrana dokunulduğunda bu ışıkların kesilmesi ve hangi ışıkların kesildiğinin bulunmasıyla da ekranda işaretlenen bölgenin belirlenmesidir Işıklı Kalem Şekil 99 Dokunmatik ekran Işıklı kalemlerin (Light Pen) de çalışma prensibi, genel olarak dokunmatik ekrana benzemektedir. Yalnızca burada işaretleme aygıtı olarak içinde ışık kaynağı bulunan bir kalem kullanılmaktadır (Şekil 101).

52 Bilgisayar Donanımı Çevre Donanımları Tarayıcı Şekil 100 Işıklı kalem Tarayıcılar (Scanner), kağıt, film gibi herhangi bir ortam üzerinde kayıtlı olan bilgilerin bilgisayar ortamına aktarılması için kullanılan aygıtlardır. Bu aygıtlardaki temel prensip, bir ışık kaynağından verilen güçlü bir ışığın, taranacak olan belgeye çarpıp geri gelmesi, buradaki ışık şiddetinin ölçülmesi ile de belge üzerindeki şekillerin sayısal hale dönüştürülüp bilgisayar ortamına aktarılmasıdır. Tarayıcılar, genel olarak üç ana gruba ayrılmaktadırlar. Yatay tarayıcı (flatbed scanner) tek bir sayfayı tarayabilecek şekilde tasarlanmış aygıtlardır. Kimi zaman bu aygıtlara, 1 den fazla sayfayı ardışık olarak tarayabilmelerine imkan sağlayacak otomatik belge besleme donanımları da eklenebilir (Şekil 102). Bu tür tarayıcılar, kitap sayfaları gibi toplu belgeleri kolaylıkla tarayabilmeleri açısından avantajlı olsalar da, masa üstünde fazla yer kaplamaları nedeniyle, özellikle dar kullanım alanına sahip olan çalışma ortamlarında kolay kullanılamazlar. Diğer bir tarayıcı türü, sayfa beslemeli tarayıcılardır (sheetfeed scanner). Bu tür tarayıcılarda, sayfa bir tambur (drum) aracılığı ile tarayıcı kafa önünden geçirilmekte ve tarama işlemi gerçekleştirilmektedir. Bu tarayıcılar genellikle klavye ile ekran arasında küçük bir alana yerleştirilebilecek şekilde ve boyutta tasarlanmışlar ve özellikle yoğun doküman akışının sözkonusu olduğu ortamlarda rahatlıkla kullanılmaktadırlar. Ancak bu tarayıcılar yatay tarayıcılara göre daha az duyarlı ve hatalara daha açıktır.

53 Bilgisayar Donanımı 53 Şekil 101 Otomatik belge besleyici takılı bir tarayıcı Elde taşınabilen tarayıcılar (handheld scanner), tarayıcıların içinde en ucuz ve en az duyarlı olan türdür (Şekil 103). Bu tür bir tarayıcı ile iyi bir tarama elde etmek oldukça zordur, çünkü kullanıcı tarayıcıyı düz bir hat üzerinde ve sabit bir hızla götürmek zorundadır. Eğer taranacak belge tarayıcıdan daha geniş ise, belgeyi birçok kez taramak ve tarama sonuçlarını yazılımla birleştirmek gerekmektedir. Bu işlem ise bu tarayıcıların kullanılabilirliğini düşürmektedir. Şekil 102 Elde taşınabilen, kalem şeklinde bir tarayıcı Günümüzde donanım birim fiyatlarının düşmesine ve ihtiyaçların çeşitlenmesine bağlı olarak, hemen her kullanıcı evinde bir tarayıcı bulundurmak istemektedir. Kimi kullanıcılar tarayıcılarla çeşitli resim ve çizimleri bilgisayarlarına aktarırken, kimi kullanıcılar da ellerinde bulunan belgeleri, üzerlerinde işlem yapabilecek şekilde bir kelime işlem yazılımına aktarmak istemektedirler. Burada devreye resim işleme yazılımları girmektedir. Resim işleme yazılımları kullanarak, taranmış olan bir metnin, kelime işleme yazılımları ile işlenebilir hale getirilmesi mümkün olmaktadır. Bu işlem Optik Karakter Tanıma (OKI; OCR: Optical Character Recognition) olarak adlandırılır Karakter ve İşaret Tanıyıcılar Resim ve metinlerin bilgisayara aktarılma işlemlerinin yanında, günlük hayatta hemen her yerde optik işaret, optik karakter, çubuk kodları tanıma gibi işlemlerle de karşılaşılmaktadır. Bu tanıma

54 Bilgisayar Donanımı 54 işlemlerinde kullanılan aygıtlar genel olarak Karakter ve İşaret Tanıyıcı Aygıtlar (Character and Mark Recognition Devices) olarak adlandırılmaktadırlar. Optik İşaret Tanıma (OİT; OMR:Optical Mark Recognition) işlemi genellikle işaret tanıma olarak da adlandırılır. Bu işlemde bir kağıt üzerindeki işaretler algılanmaktadır. Gerek sınavlarda gerekse de istatistiksel çalışmalarda karşılaşılan ve genel olarak optik form olarak adlandırılan kağıtlar başlıca uygulamasıdır. Kullanıcı tarafından belirli bölgelerde bulunan kutucukların doldurulması ile oluşturulan bilgiler, optik işaret tarayıcı aygıt tarafından taranmakta, işaretlerin yerleri belirlenmekte ve bilgisayarın anlayabileceği sinyallere çevrilmektedir. Optik form veya kartların okutulma işlemi için kullanılan aygıtlara Optik Kart Okuyucu (Optical Card Reader) adı verilmektedir (Şekil 104). Şekil 103 Optik Kart Okuyucu (mekanizma açık) Optik Karakter Tanıma (OKI; OCR:Optical Character Recognition) işlemi, yazılımsal olarak gerçekleştirilen bir işlemdir. Tarayıcı ile taranan ve bilgisayar ortamına resim olarak aktarılan metindeki birbirinden ayrı şekiller ayrı ayrı ele alınır ve karakter tanıma yazılımında tanımlı olan harf, rakam ve işaret şekilleri ile karşılaştırılır. Eğer ele alınan şekil, tanımlı şekillerden birisine benziyor ise, o şekil harf olarak tanımlanır ve bir sonraki şekle geçilir. Böylece belgedeki karakterler kelime işleme yazılımına aktarılabilinmektedir. OKT işlemi için ANSI tarafından oluşturulan ve OCR-A olarak adlandırılan standart yazı şekilleri bulunmaktadır. Manyetik Mürekkepli Karakter Tanıma (MMKT; MICR:Magnetic Ink Character Recognition) işlemi, genellikle bankacılık faaliyetlerinde kullanılmaktadır. Bankacılık sisteminde kullanılan çeklerin üzerinde, manyetikleştirilme özelliği olan bir mürekkeple basılmış harf ve yazılar bulunmaktadır. Belgenin okuma aygıtına okutulması sırasında, aygıt manyetik mürekkeple yazılmış yazı ve rakamları algılamakta ve bir karakter tanıma işleminden geçirerek belgenin doğruluğunu denetlemektedir. Çubuk Kodlar (Bar Code), her ürünün üzerinde bulunan ve Evrensel Ürün Kodu (EÜK; UPC: Universal Product Code) olarak adlandırılan numaraların bilgisayar ortamına rahat aktarılabilmeleri için geliştirilmiş bir uygulamadır. Burada her karakter düşey olarak oluşturulan işaretler veya çubuklarla ifade edilmektedir. Bu çubuklar, Çubuk Kod Okuyucu (bar-code reader) olarak adlandırılan bir fotoelektrik aygıt tarafından yansıyan ışıktan yararlanılarak algılanır ve eşdeğeri karakterlere çevrilir (Şekil 105). Çubuk kod işaretleme sistemi yalnızca satılan bir ürünü tanımlamakta değil, o ürünü izlemekte de kullanılabilmektedir. Örneğin kargo şirketlerinde, gönderilen kargo her noktadan geçişinde çubuk kodu okutulmakta, iyi bir veritabanı uygulaması sayesinde de paketin isteyen kişi tarafından takibi mümkün hale gelmektedir.

55 Bilgisayar Donanımı Sayısallaştırıcı Şekil 104 Çubuk kod okuyucu Birçok mühendislik uygulamalarında, başkaları tarafından hazırlanmış çizimler üzerinde çalışılmakta, bazen de bazı çizimleri tümüyle el ile yapmak ve bunları bilgisayara aktarmak gerekmektedir. Örneğin, herhangi bir bölgeye ait haritanın sayısal değerler olarak bilgisayara aktarılması istendiğinde bu işlem için cetvel ve gönyeler kullanılmakta, harita üzerinde belirlenen noktaların koordinatları ve yükselti değerleri bilgisayara el ile girilmektedir. Mimari ve restorasyon uygulamalarında da, araziden kağıt üzerine el ile çizilerek alınan çizimlerin, bilgisayara aktarılması ve bu çizimlerden yararlanarak da düzenleme çalışmalarının gerçekleştirilmesi için, tüm çizim bir koordinat ekseni tanımlanarak o eksene oturtulmakta, o eksenlere göre haritaların okunmasında uygulanan yöntemlerle belirlenen koordinat değerleri yine el ile bilgisayara aktarılmaktadır. Bilgisayara sayısal değerlere çevrilerek aktarılması istenilen çizimlerdeki nokta sayısının az olması durumunda, sayısal değerlerin oluşturulması işlemi fazla zaman almamakta, ancak nokta sayısının fazla olması durumunda, bir çizimin bilgisayara aktarılması bazen günler sürebilmektedir. Bu zaman kaybını, dolayısıyla maliyeti azaltmak amacıyla Sayısallaştırıcı (Digitizer) adı verilen aygıtlar kullanılmaktadır.. Sayısallaştırıcılar, el ile yapılan işlemlerin sayısal olarak gerçekleştirilmesi ve elde edilen değerlerin bilgisayara doğrudan aktarımı için geliştirilen aygıtlardır. Sayısallaştırıcıda, elektronik bir ızgara oluşturacak şekilde düzenlenmiş bir masa, bu masaya bağlı bir işaretleme ve veri girme aygıtı ile bir bilgisayar bağlantısı bulunmaktadır (Şekil ). Şekil 105 Sayısallaştırıcı veri giriş birimi

56 Bilgisayar Donanımı 56 Şekil 106 Sayısallaştırıcı Sayısallaştırıcılar, yalnızca mühendislik ve mimarlık alanlarında değil, güzel sanatlarda da kullanım alanı bulmaktadır (Şekil 108). Bunun yanında sayısallaştırıcılar, değişik eklentilerle çizici olarak da kullanılmaktadırlar (Şekil 109). Şekil 107 Sayısallaştırıcı ile resim aktarımı Şekil 108 Sayısallaştırıcı-çizici Yazıcı Bir yazıcı (printer), bilgisayarda elde edilen bilgileri kağıt çıktısı olarak oluşturan bir aygıttır. Eski tür yazıcılar, yalnızca harf ve rakamları yazabilirken, günümüzdeki modern yazıcılar grafik çıktılar da verebilmektedir. Yazıcılar değişik şekilllerde sınıflandırılmaktadırlar. En genel sınıflandırma yazma tekniğine göre yapılmaktadır. Yazıcılar yazma tekniklerine göre, darbeli (impact) ve darbesiz (nonimpact) olmak üzere iki gruba ayrılmaktadırlar. Bir darbeli yazıcı, yazma işlemini gerçekleştirebilmek için kağıt, şerit ve yazma çekici ile birlikte kağıt üzerinde fiziksel bir temas sağlamaktadır. Darbeli yazıcıların başlıca örnekleri elektronik daktilolar, nokta vuruşlu yazıcılar (dot-matrix printer), ve satır yazıcılar (line printer) dır. Bir darbeli yazıcı türü olan satır yazıcılar, anabilgisayarların ilk kullanıma girdiği dönemlerden beri kullanılmaktadır (Şekil 110). Bu yazıcılarda yazma işlemi, sonsuz bir metal şerit üzerinde bulunan harflerin arkasında bulunan küçük çekiçlerin, şerit döndükçe harflere vurmaları, bu harflerin de mürekkepli şerite vurmaları ile gerçekleşmektedir. Yalnızca metinsel bilgilerin yazdırılmasında kullanılan bu yazıcılar, özellikle fazla sayfalı çıktıların alınmasında, yüksek hızları ile vazgeçilmez aygıtlar olup yazma hızları satır/dakika (sd; lpm: lines per minute) olarak ölçülmektedir.

57 Bilgisayar Donanımı 57 Şekil 109 Satır yazıcının önden görünümü Kişisel bilgisayar kullanımının yaygınlaşması ile, kullanıcılar yazıcılarını kendi yanlarında bulundurmak ve istedikleri gibi kullanmak istemeye başlamışlardır. Büyük boyutlara sahip ve oldukça pahalı olan satır yazıcıları her kullanıcının satın alabilmesi ve kullanması mümkün olamamaktadır. Bunun üzerine ağırlıklı olarak kişisel kullanıma yönelik tasarlanan nokta vuruşlu (dot-matrix) yazıcılar üretilmeye başlandı (Şekil 111). Bu yazıcılarda yazma işlemi, üzerinde bir veya daha fazla sayıda sütunlara yerleştirilmiş ince iğnelerin olduğu bir yazma kafası aracılığı ile gerçekleştirilmektedir. Her harf bir nokta matrisi şeklinde tanımlanmakta, yazıcı kafanın hareketi ile ve her harfi oluşturacak şekilde gerekli iğnelerin yazıcı kafa ile kağıt arasında bulunan şerite vurması ile yazma işlemi gerçekleştirilmektedir. Baskı kalitesi, yazıcı kafada bulunan iğnelerin sayısının artmasına bağlı olarak artmaktadır (Şekil 104). Şekil 110 Nokta vuruşlu yazıcı Şekil 111 Bir 9 iğneli nokta vuruşlu yazıcıda, 6x9 luk karakter matrisinde I harfinin oluşumu Kişisel bilgisayar sistemlerinde ve özellikle evlerde yaygın olarak kullanım alanı bulan nokta vuruşlu yazıcılar, günümüzde yerlerini darbesiz yazıcılara bırakmıştır. Bir darbesiz yazıcı, bir resim veya metni kağıda dokunmaksızın kağıt üzerinde oluşturabilen aygıttır. Bunlar; Mürekkep püskürtmeli (Inkjet, BubbleJet) ve laser (Laser) yazıcılar olmak üzere ikiye ayrılmaktadırlar. Bu yazıcılar aynı zamanda sayfa yazıcı olarak da adlandırılmakta ve yazma hızları ise sayfa/dakika (ppm: pages per minute) olarak tanımlanmaktadır

58 Bilgisayar Donanımı 58 Mürekkep püskürtmeli yazıcılar, yazıcı kartuşların üzerinde bulunan ince püskürtme deliklerinden kağıdın üzerine mürekkep püskürtmek suretiyle yazma işlemini gerçekleştirirler. Özellikle evlerde veya çok fazla baskı yapılmayan işyerlerinde yaygın kullanım alanı bulan bu yazıcıların gerek siyah, gerekse de renkli yazabilme özellikleri bulunmaktadır (Şekil 113). Kaliteli çıktı alabilmek için özel kağıtların kullanılmasının gerektiği mürekkep püskürtmeli yazıcılar oldukça düşük fiyatlarla satın alınabilmektedir. Laser yazıcıların çalışma prensipleri, fotokopi makineleri ile aynıdır. Küçük noktalardan oluşan bir düzende, bilgisayarda oluşturulan bilgiler bir laser ışığı aracılığı ile yazıcı içinde bulunan ve pozitif elektrikle yüklenmiş bir tambura taşınır. Herhangi bir yazı veya resim yazdırılmak istendiğinde, laser ışığı açılır ve tambur üzerinde pozitif olarak yüklenmiş olan noktalar nötr hale gelir. Çok ince boyutta öğütülmüş karbon parçacıklarını (toner) içeren kartuşun içinden geçen tamburdaki nötr bölgelere yapışan toner, daha sonra kağıdın üzerine aktarılır. Yazdırma işleminin son aşamasında toneri kağıdın üzerine sabitlemek için bir ısıtma ve baskı işlemi uygulanır. Yazma işlemini bitiren tambur, daha sonraki geçiş için temizlenir. Günümüzde değişik renklerde toner kullanarak renkli baskı yapabilen laser yazıcıların kullanımı da giderek yaygınlaşmaktadır. Laser yazıcılar, günümüzde evlerden büyük işyerlerine kadar geniş bir alanda kullanım alanı bulmaktadır. Diğer yazıcılarla karşılaştırıldığında oldukça büyük yazma hızlarına sahip olan laser yazıcıların hızları, 8-10 sayfa/dakika dan ağ üzerinde kullanılanlarında sayfa/dakika ya ulaşmaktadır. Bankalar veya sigorta firmaları gibi yüksek miktarda baskı gerektiren işyerlerinde ise çok pahalı olan ve hızları 1,000 sayfa/dakika ya ulaşan laser yazıcılar kullanılmaktadır. Şekil 112 Mürekkepli yazıcı Gerek laser, gerekse de mürekkepli yazıcılar, tarayıcı ve belgegeçer gibi aygıtlarla bütünleştirilerek, kullanıcıya ayrı aygıtlarla uğraşmamasını sağlayacak çözümler sunmaktadır (Şekil 114).

59 Bilgisayar Donanımı 59 Şekil 113 Tümleşik belgegeçer, tarayıcı ve renkli laser yazıcı Otomobil, bisiklet ve beyaz eşya gibi, üretilen malların takiplerinin gerekli olduğu yerlerde, ürünlerin üzerlerine çubuk kod etiketlerinin yapıştırılması gerekmektedir. Bu etiketlerin dayanıklı olması için ise, özel kağıtlar kullanılarak ve bozulmayacak şekilde yazma işleminin yapılması gereklidir. Bu amaçla, özel üretilmiş kağıtlara harf ve şekilleri kağıdı yakarak oluşturarak baskı yapabilen termal yazıcılar üretilmiştir (Şekil 115). Şekil 114 Termal yazıcı Mürekkep püskürtmeli ve laser yazıcılardaki baskı kalitesi, bir inçteki nokta sayısı (dpi: dots per inch) ile belirlenmektedir. Yaygın olarak kullanılan yazıcılardaki baskı kalitesi değerleri 300 ile 1,200 dpi arasında değişmektedir. Baskı kalitesi ne kadar artarsa artsın, renkli baskılardaki renk kalitesi, hiçbir zaman ekranda görünen renklerle aynı olamamaktadır. Özellikle yüksek baskı hızlarının gerektiği ve renkli baskının gerekmediği yerlerde, siyah-beyaz baskı yapabilen laser yazıcılar tercih edilmektedir. Ancak, renkli baskının istendiği, yazı ve baskı kalitesinin çok önemsenmediği yerlerde de mürekkep püskürtmeli yazıcılar kullanılabilir. Fatura basımı, bilet basımı, bankalarda kullanılan çoklu kopyalı dekont basımı gibi yazdırma işlemlerinde ise,

60 Bilgisayar Donanımı 60 hızları düşük olmalarına karşın, darbeli yazıcılar tercih edilmektedir. Baskı kalitesinin önemli olmadığı, ancak baskı hızının yüksek olmasının gerekli olduğu yerlerde ise satır yazıcılar kullanılmaktadır Çizici Çiziciler (Plotter), özellikle tasarım ve mühendislik işlemlerinde oluşturulan grafik çıktıların alınması için kullanılmaktadırlar. Geniş Kalıplı Yazıcılar (Large Format Printers) olarak da adlandırılabilen çiziciler, gerek yazma tekniklerine, gerekse de fiziksel şekillerine göre ayrı ayrı sınıflandırılmaktadırlar. A4 (210 mm x 297 mm) kağıt boyutlarından başlamak üzere 1152 mm genişliğinde ve 150 metre uzunluğa varabilen kağıtlara çizim yapabilen çiziciler de bulunmaktadır. Fiziksel şekillerine göre çiziciler, düzyataklı çiziciler (flatbed plotters) ve tamburlu çiziciler (drum plotters) olmak üzere ikiye ayrılmaktadırlar (Şekil ). Düzyataklı çiziciler, bürolardan sanayinin çeşitli kesimlerine kadar geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Bu çiziciler, yazma mekanizması yerine kesici mekanizmaların takılması ile, reklamcılıktan kalıp hazırlamaya kadar çok değişik alanlarda kullanılabilen aygıtlar haline dönüşmektedirler (Şekil 118). Düzyataklı çizicilerde kağıt sabit, yazdırma mekanizması hareketli iken, tamburlu çizicilerde, hem kağıt, hem de yazdırma mekanizması hareket etmektedir (Şekil 119).. Bu da, düzyataklı çizicilerde daha iyi sonuçların alınmasını sağlamakta, ancak burada da üzerine çizim yapılacak kağıt boyutlarının, çizici masasının boyutları ile sınırlı kalması sorunu ile karşılaşılmaktadır Şekil 115 Büro tipi düzyataklı çizici Şekil 116 Bir tamburlu çizici Çiziciler, yazım tekniklerine göre de, kalemli ve mürekkepli olmak üzere ikiye ayrılmaktadırlar. İlk geliştirilen çiziciler, içine değişik renkte mürekkep doldurulmuş ve değişik uç kalınlıklarına sahip kalemlerle çizim işlemini gerçekleştirmekteydiler. Ancak, kalemlerin konulabileceği kartuşun kalem kapasitesinin sınırlı olması istenilen renk ve çizgi kalınlığının sağlanmasını engellemekteydi (Şekil 120).. Ayrıntılı çizimlerin oluşturulması, gerekirse kartuştaki kalemlerin değiştirilmesi sayesinde sağlanabilmekte, ancak bu işlem de uzun zaman almaktaydı Şekil 117 Kesme mekanizması yerleştirilmiş bir düzyataklı çizici Şekil 118 Sürekli kağıt yerleştirilmiş bir tamburlu çizici Mürekkep püskürtme teknolojisinin gelişimi ile kalem kullanan çizicilerin kullanımları azalmış, yerlerini mürekkep püskürterek yazma işlemini gerçekleştiren çiziciler almıştır. Mürekkepli çizicilerde hem kağıt, hem de yazdıma mekanizması hareketli olmasına karşın, tüm yazdırma işlemi kağıdın yazıcıdan bir

61 Bilgisayar Donanımı 61 kez geçmesi sonunda tamamlanmaktadır. Mürekkep püskürtmeli çizicilerde istenildiği kadar renk elde edilmekte ve daha duyarlı çizimler yapılabilmektedir (Şekil 121). Çizicilere, özel tarama aygıtları takılarak tarayıcı olarak kullanmak da mümkün olabilmektedir. Özellikle büyük harita ve resim gibi çizimlerin bilgisayara aktarım işlemlerinde çiziciler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bilgisayara aktarılan çizimler, uygun yazılımların kullanımı ile sayısal hale de dönüştürülmekte, böylece çiziciler aynı zamanda sayısallaştırıcı olarak da kullanılmaktadırlar. Şekil 119 Bir kalemli çizici ile oluşturulan çizim Şekil 120 Bilgisayarla bütünleşik bir düzyataklı mürekkepli çizici Uçbirim Uçbirim (Terminal), girdi ve çıktı özelliklerini birarada bulunduran bir aygıttır. En basit uçbirim türü aptal (dumb) olarak adlandırılanıdır. Bu uçbirim, girdi işlemi için bir klavye ve çıktı işlemi için de bir monitörden oluşan, herhangi bir hesaplama kapasitesine sahip olmayan ve doğrudan bir ana bilgisayara bağlı olan bir aygıttır (Şekil 122). Klavyede yazılan herşey ana bilgisayara gönderilip işlenmekte, ana bilgisayardan ise işlenmiş veriler uçbirim ekranına aktarılmaktadır. Ana bilgisayar ile bağlantısı kesildiğinde herhangi bir işlevi kalmayan bu tür uçbirimler, genellikle anabilgisayar (mainframe) ve UNIX işletim sistemine sahip bilgisayarlara bağlı olarak kullanılmaktadır. Diğer bir uçbirim türü ise akıllı (intelligent) olarak adlandırılan türdür. Bu uçbirim türü bellek ve sınırlı işlem kapasitesine sahip bir işlemci içermekte, ekranda bulunan değişik formlar aracılığı ile kullanıcının veri girmesine ve yazdığı metni biçimlemesine imkan sağlamakta, kullanıcı istediğinde ise formdaki bilgileri toplu olarak ana sisteme göndermektedir. Ayrıca ana sistem tarafından işlenen verilerin sonuçlarını alıp biçimlendirebilmekte ve ekranda görüntüleyebilmektedir. Bu tür uçbirimler, Grafik Uçbirim (Graphics Terminal) veya X-Uçbirim (X-Terminal) olarak da adlandırılmaktadır. Günümüzde kullanılan değişik türde grafik uçbirimler bulunmaktadır (Şekil 123). Kişisel bilgisayarlarda kullanılabilen uçbirim benzeşim (terminal emulation) yazılımları ile de, kişisel bilgisayarların birer uçbirim olarak kullanılabilmeleri mümkün olmaktadır. Bu benzeşim yazılımları, kişisel bilgisayarın gerek aptal, gerekse de akıllı uçbirim olarak görev yapmalarını sağlamaktadır. Satış noktası uçbirimleri (Point-of Sale Terminal) de yaygın olarak kullanılan bir uçbirim türüdür. Bu uçbirimler, girdi ve çıktı özelliklerini birarada bulundurmaktadır. Girdi işlemi için genellikle çubuk kod okuyucu bulunduran bu aygıtlarda, verilerin girilebileceği bir klavye de bulunmaktadır (Şekil 124). Kendi içinde bir işlemci, bellek ve depolama birimi bulunduran bu aygıtlar, aynı zamanda üzerlerinde bir yazılımın çalıştırılmasına da imkan sağlamaktadır. Bu yazılımlar sayesinde girilen veri işlenmekte ve gerektiğinde uçbirime bağlanan veya bazı uçbirim türlerinde doğrudan uçbirimin kendi üzerinde bulunan bir yazıcı sayesinde de kağıda yazdırılabilmektedir. Elektrik sayaçlarının okunması sırasında veya lokantalarda sipariş bilgilerinin alınması sırasında kullanılan uçbirimler de, üzerinde yazıcı bulunduran uçbirim örnekleridir (Şekil 125).

62 Bilgisayar Donanımı 62 Şekil 121 VT100 uçbirim Şekil 122 Bir X-uçbirim Şekil 123 Çubuk kod okuyuculu bir el uçbirimi Şekil 124 Üzerinde yazıcı bulunduran bir el uçbirimi 3.4. İkincil Depolama Birimleri İkincil depolama birimleri, bilgisayarların ilk gelişiminden bugüne kadar büyük değişiklikler göstermiştir. Boyutları küçülürken depolama kapasiteleri ve kendilerinde depolanan bilgiye erişim hızları artmış, ayrıca fiyatları da depolama birimi başına oldukça düşük değerlere inmiştir. Günümüzde en yaygın olarak kullanılan ikincil depolama birimleri, Disket (Floppy Disc), Manyetik Teyp (Magnetic Tape), Sabit Disk (Fixed/Hard Disc), Yoğun Disk (CD:Compact Disc) ve Sayısal Görüntü Diski (DVD:Digital Video Disc, Digital Versatile Disc) olarak sıralanabilir. Disket ve sabit diskler manyetik depolama birimleri, yoğun disk ve sayısal görüntü diskleri de optik depolama birimleri olarak adlandırılılırlar. Bilgi kaydetme mekanizmaları birbirinden farklı olan bu sistemlerin, kullanım alanları da özelliklerine bağlı olarak değişiklik göstermektedir.

63 Bilgisayar Donanımı Bilgi Depolama Yöntemleri Disket, sabit disk ve teyp, verilerin disk veya teyp üzerinde bulunan mikroskobik parçacıkların manyetikleştirilmesi ile bilginin depolanmasının sağlandığı birimlerdir. Bu parçacıklar, yönleri değiştirilene kadar konumlarını korumakta, böylece disk ve teypleri kalıcı ancak gerektiğinde değiştirilebilir bilgi depolama araçları haline getirmektedirler. Disk sürücüdeki bir okuma-yazma kafası, verileri gösterecek şekilde manyetize edilmiş parçacıkları okuyabilecek şekilde tasarlanmıştır (Şekil 126). Şekil 125 Disk üzerinde bilgilerin saklanması Manyetik olarak depolanan veriler, disk yüzeyinde bulunan uygun parçacıkların manyetik yönlerinin değiştirilmesi ile değiştirilebilir veya silinebilmektedirler. Manyetik depolama birimlerinin bu özelliği, verilerin işlenmek üzere kullanıcılar tarafından biçimlendirilmesinde, veya gereksinim duyulmayan verileri içeren disk alanlarının kullanılmasına imkan sağlamaktadır. Disket, disk veya manyetik teyp üzerine bilgi depolamada kullanılan yöntem aynıdır. Yalnızca manyetik teyplerde bilgi, teybin üzerine sıralı olarak kaydedilmektedir. Disk üzerinde bulunan veriler, herhangi bir şekilde yaratılan manyetik ortamlardan, mıknatıslardan, manyetik alanlardan, toz, is veya duman parçacıklarından etkilenmektedir. Herhangi bir disketin üzerine mıknatıs tutulduğunda, disket üzerinde bulunan veriler bozulmaktadır. Ayrıca, manyetik ortamlar, zamanla manyetiklik özelliklerini kaybetmekte, bu da o ortam üzerinde bulunan verilerin zamanla kaybolmasına neden olmaktadır. Manyetik ortam üzerinde bulunan bilgilerin bozulmadan saklanabilmesi için öngörülen süre genellikle üç yıldır. Manyetik ortam üzerine kaydedilen bilgilerin bozulmadan saklanabilmeleri için her iki yılda bir yenilenmeleri gereklidir. Diğer bir bilgi depolama tekniği olan optik depolama tekniği, yoğun disk (YD) ve Sayısal Görüntü Diskleri nde (SGD) kullanılmaktadır. Bu depolama tekniğinde, veriler, disk yüzeyinde yoğun bir laser ışık demeti gönderilerek oluşturulan, koyu ve açık noktalar kullanılarak depolanmaktadır (Şekil 127). Disk yüzeyinde oluşturulan derin çukurlar çukur (pit), düz bölgeler ise düzlük (land) olarak adlandırılmaktadır. Ortam üzerindeki çukur ve düzlükler güçlü bir mikroskopla rahatlıkla görülebilir durumdadır. Şekil 126 Bir yoğun disk üzerindeki bilginin saklanması

64 Bilgisayar Donanımı 64 Optik depolama, ismini bilginin gerek kaydedilmesi, gerekse de okunmasında ışık kullanılmasından almaktadır. Ortam üzerindeki çukur ve düz alanlar, veriyi gösteren 1 ler ve 0 lar olarak kullanılmaktadır. Optik depolama aygıtları, optik ortamlar üzerine kaydedilmiş verileri düşük güçlü bir laser ışığı kullanarak okumaktadırlar. Laser ışığı diskin yüzeyine gönderilmekte, yansıyan ışık miktarına göre o bölgede bulunan verinin değeri elde edilmektedir. Optik ortam üzerine kaydedilmiş veriler, manyetik ortamdakine göre daha kalıcı ve bozulamaz olarak kabul edilmektedir. Optik depolama birimlerinin bilgi depolama ömürlerinin teorikte sonsuz olduğu kabul edilmektedir Disket Bir disket, esnek bir malzeme olan ince polyesterden (Mylar) yapılmış olup, üzeri mıknatıslanabilir bir malzeme olan demir oksit ile kaplanmıştır. Disketin üzerindeki izlerde bulunan demir parçacıklarının mıknatıslanması ile bilgi kaydetme işlemi gerçekleşmektedir. Anabilgisayar gibi sistemlerde de kullanılan disketler, kişisel bilgisayar sistemlerinin kullanımının yaygınlaşması ile daha geniş kullanım alanı bulmuştur. Gerek boyutlarının küçüklüğü, gerekse de bir yerden diğer bir yere bilginin taşınma zorunluluğuna karşı ucuz ve kolay bir yöntem olarak ortaya çıkan disketler, günümüze kadar farklı boyut ve kapasitelerde üretilmişlerdir. Bilgisayarların ilk zamanlarında 8 inç (~20 cm) çapında üretilen disketler, kişisel bilgisayarlarda kullanılmak üzere tasarlanan 5.25 inç ve daha sonra günümüzde yaygın olarak kullanılan şekli ile 3.5 inç boyutunda üretilmişlerdir. Biçimlendirilmiş olarak 1.44 MB veri depolama kapasitesine sahip olan disketlerin yerine günümüzde çok daha yüksek kapasitelere sahip olan türleri kullanılabilmektedir. SuperDisk olarak tanımlanan sürücülerin kullanılması ile bu birimlerde 120/240 MB bilgi depolanabilmektedir (Şekil ). Şekil inç disket Şekil 128 ZIP disk Şekil 129 Super disk Sabit Disk Sabit diskler (fixed disk, hard disk) günümüz bilgisayarlarında bulunan başlıca depolama birimleridir. Sabit diskler, üst üste konmuş ve yüzeyleri manyetik oksit ile kaplanmış metal plakalardan oluşmaktadır (Şekil 131). Üst üste konmuş metal plakalar bir disk paketini oluşturmaktadır. Farklı sayıda metal plakaya sahip olan değişik türlerde sabit diskler bulunmaktadır. Bazı disk modellerinde disk içinde bulunan her plakanın alt ve üst yüzeyleri bilgi kaydetmek için kullanılırken, bazı disk modellerinde ise en üst ve en alt yüzeyler kullanılmamaktadır. Bu durum tamamiyle üretici fimanın o disk modeli için belirlediği bir tasarım şekline bağlı olmaktadır.

65 Bilgisayar Donanımı 65 Şekil 130 Bir sabit diskin iç görünümü Sabit disklerde, tüm diskler aynı motora bağlı oldukları için aynı zamanda dönmekte ve aynı anda yalnızca birisinden bilgi okunmaktadır. Disklerden bilgi okunmasını sağlayan birim, bağlantı kolu adı verilen bir mekanizma üzerine monte edilmiştir. Bu bağlantı kolu üzerinde bulunan okuma/yazma kafaları, kolun ileri-geri hareketi sırasında bilginin okunacağı veya yazılacağı konum üzerine gitmektedir (Şekil 132). Sabit diskler oldukça yüksek bir teknoloji ve duyarlılıkla üretilmişlerdir. Okuma/yazma kafaları ile disk yüzeyleri arasında bir cm nin birkaç milyonda biri kadar bir aralık bulunmaktadır (Şekil 133). Kafalarda söz konusu olabilecek herhangi bir salınım, kafaların sabit diskin yüzeyine temas etmesine, sabit diskin zarar görmesine ve üzerinde bulunan bilgilerin kaybolmasına neden olabilmektedir. Kafalarla diskler arasındaki mesafenin çok az olması gerekliliği ve havadaki toz parçacıklarının bile kafa ile disk plakası arasındaki boşluktan daha az olduğu düşünüldüğünde, üretilen disk paketlerinin, okuma/yazma mekanizmaları ile birlikte, hava geçirmeyen bir şekilde paketlenmesi gerekmektedir. Şekil 131 Sabit disk okuma-yazma kafası Şekil 132 Okuma-yazma kafasının disk üzerinde yerleşimi Sabit disklerin kapasiteleri, üretim teknolojilerinin gelişimine paralel olarak artmıştır. Kişisel bilgisayarlar için üretilen diskler, 1980li yılların başlarında 5.25 inç boyutunda ve 10 MB kapasiteye sahipken, günümüzde 3.5 inç boyutuna indirgenmiş, ancak kapasiteler 400 GB a kadar çıkmıştır. Dizüstü bilgisayarlar gibi değişik türdeki bilgisayar sistemleri için üretilen diskler daha küçük boyutlarda da olabilmektedir. Sabit disk kapasitelerinin yanında, disk üzerinde bulunan bilgilere erişmek için gereken zaman da disk seçiminde önemli bir faktördür. Günümüzde kullanılan sabit disklerde 6-11 ms (milisaniye) zaman aralığında bilgiye erişim süresi kabul edilebilir bir değerdir. Bu değer, diskin dakikadaki dönüş hızına da bağlıdır. Kişisel bilgisayar sistemlerinde yaygın olarak kullanılan disklerin dönüş hızları 5,400, 7,200 hatta 10,000 devire kadar ulaşabilmektedir. Daha yüksek devir hızı, bilgiye daha hızlı erişim anlamına gelmektedir Disk Üzerinde Bilginin Düzenlenmesi ve Erişimi Bir disk üzerinde verilerin fiziksel olarak düzenlenmeleri farklı şekillerde ifade edilmektedir. Ancak, hem disket hem de disklerde bilgilerin ortak olarak depolandıkları düzenlemelerde temel olan

66 Bilgisayar Donanımı 66 karakteristikler iz (track), bölüm (sector) küme (cluster) ve silindir (cylinder) olarak sınıflandırılmaktadır (Şekil 134). Bir iz, diskin merkezinden dışına doğru eşit aralıklarla tanımlanmış dairesel bölgelerin herbirine verilen genel bir addır. Bu alanlar, disk döndükçe okuma-yazma kafası altından geçmektedir. Standart disketler 80 izden oluşurlarken, diskler 1,000 veya daha fazla ize sahip olabilirler. Bölüm, disk üzerinde bulunan izlerin sabit büyüklükte veri içerecek şekilde bölümlenmeleri ile oluşmuş disk alanlarıdır. Bu bölünme, diskin eşit açılarla bölünmesi ile oluşturulur. Her iz, aynı sayıda ve eşit kapasitede bölüm içermektedir. Herhangi bir iz üzerindeki veriye erişmek, o verinin üzerinde bulunduğu yüzey, iz ve bölüm numaralarının bilinmesi ile mümkün olabilmektedir. Diskin dairesel özelliğinden dolayı, diskin merkezine en yakın olan iz üzerindeki bir bölümün içerdiği bilgi ile en dışta bulunan iz üzerinde bulunan bölümün içerdikleri bilgi miktarı eşittir. Bu da disk üzerindeki alanların verimsiz kullanılmasını beraberinde getirmektedir. Bu olumsuzluğu gidermek amacıyla zon kayıt (zone recording) yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntemde disk üzerinde bulunan izlerden içte bulunanlardaki bölüm sayıları, dışa doğru gittikçe arttırılmakta, böylece farklı izlerde farklı bölüm sayıları elde edilmekte ve disk daha verimli kullanılmaktadır. Disk üzerinde bulunan her bölüm aynı sayıda veri depolayabildiğinden, disk üzerinde ne kadar çok bölüm tanımlanabilirse o kadar çok veri depolanabilmesi mümkün olmaktadır. Şekil 133 Sabit diskin üzerindeki bölümlendirmeler Küme, disk üzerinde yanyana bulunan sabit sayıdaki bölümün bir araya gelmesinden oluşmaktadır. Kümeler, işletim sistemi tarafından tek bir depolama birimi olarak değerlendirilmekte ve işletim sistemine bağlı olarak iki ile sekiz arasında bölüm içermektedirler. Dosyalar kümeler temelinde depolandıklarından herhangi bir dosya bir kaç karakterden oluşmuş olsa dahi bir kümeyi tümüyle kullanmaktadır. Diğer bir özellik ise silindir dir. Bir sabit disk, 1 den daha fazla disk plakalarından oluşabilmektedir. Üstüste olan plakalarda bulunan aynı hizadaki izlere silindir adı verilmektedir. Bir silindir, okuma-yazma kafalarının aynı anda üzerinde bulunduğu izlerin tümü olarak da tanımlanabilmektedir. Eğer bir dosya bir izin kapasitesinden daha büyükse, o zaman dosyanın geri kalanı aynı hizada ve diğer disk plakalarında bulunan izlere kaydedilmekte, böylece dosyanın farklı bölümlerinin farklı izlere yazılması engellenmekte, dosyaya erişim hızlandırılmaktadır. Verilerin disk üzerine dikey olarak kaydedilmeleri, disk kollarının hareketlerini de en aza indirgemektedir. Bir silindire kaydedilen bilgilere disk okuma-yazma kafalarını üzerinde bulunduran disk kollarının tek bir hareketi ile erişmek mümkündür. Diske erişim sırasında gereken zamanın büyük bölümünü oluşturan mekanik hareketin az olması da bilgiye erişim hızını arttırmaktadır. Disk üzerindeki bilgilere erişmek için gereken süre, erişim zamanı olarak adlandırılmakta ve üç ana bileşenden oluşmaktadır. Bu bileşenler Arama Zamanı Gecikmesi, Kafa Yerleşimi Gecikmesi ve Dönme Gecikmesi dir. Arama Zamanı Gecikmesi: Bir bilginin disk üzerinde nerede olduğunun bir dizin aracılığı ile bulunmasını için geçen süreyi göstermektedir. Bu süre, çok az mekanik hareket içermesi nedeniyle çok küçük miktarda olmaktadır.

67 Bilgisayar Donanımı 67 Kafa Yerleşimi Gecikmesi: Diskin okuyucu-yazıcı kafalarının bilginin bulunduğu bölgeye gitmesi için gereken süredir. Mekanik hareket içermesi nedeni ile bu süre büyük değerlere erişebilmektedir. Dönme gecikmesi: Diskin, bilginin bulunduğu yere gelmesi sırasında sözkonusu olan dönme hareketi nedeniyle olan gecikmedir. Disk üzerinde herhangi bir bilgi bulunduğunda, bir sonraki aşama olan bilginin aktarımı işlemine geçilmektedir. Bu aktarım işlemi, eğer bilgi yazılacaksa bellekten diske, bilgi okunacaksa ise diskten belleğe olmaktadır. Disk sürücülerin performanslarının ölçüm değerlerinden birisi de bilgiye erişim zamanıdır. Bu zaman, günümüzde kullanılan disklerde 10 ms (milisaniye) nin altında gerçekleşmektedir. Diğer bir faktör ise, verinin bulunduktan sonraki aktarım hızını ifade eden veri aktarım oranıdır. Bu oran genellikle MB/sn olarak ifade edilmektedir Disk Erişim Teknolojileri Tüm sabit disk sürücü mekanizmaları denetleyici olarak adlandırılan bir devre kartı bulundurmaktadır. Bu kart, sabit diskin bilgiye erişebilmek için gereken dönme miktarını ve okuma-yazma kafalarının yerleşimlerini belirlemektedir. Denetleyicinin türüne göre disk sürücüler sınıflandırılmaktadır. Sabit disk denetleme mekanizmaları ATA ve SCSI olarak iki gruba ayrılmaktadır. Aynı zamanda IDE deyimi de, sabit diskleri tanımlarken yaygın olarak kullanılan bir deyimdir. IDE (Integrated Drive Electronics, Tümleşik Sürücü Elektroniği), kendi içinde bir denetleyici (controller) bulunan herhangi bir sürücüyü ifade etmektedir. Yaygın olarak kullanılan IDE arayüzleri, aynı zamanda ATA (Advanced Technology Attachment: Gelişmiş Teknoloji Eklentisi, AT deyimi IBM PC/AT modelinden gelmektedir) olarak da adlandırılabilmektedir. Günümüzüdeki sürücülerin çoğunluğu IDE dir. Bu teknolojide, denetleyici sürücünün üzerinde bulunmakta ve daha kısa veri iletim mesafeleri sözkonusu olmaktadır. Bu durum da sürücünün güvenilirliğini artırmaktadır. ATA IDE, IDE nin en revaçta şeklidir. Bu arayüz ilk olarak CDC, Compaq ve Western Digital tarafından üretilmiştir. ATA IDE, 1980 lerin sonlarına doğru ANSI tarafından standart olarak belirlenmiştir. Bu standartlaştırma ile, eski ve yeni disk sürücüleri ve firmalar arasındaki uyumsuzluk ortadan kaldırılmış, ATA IDE teknolojisi ile 1 den fazla sürücünün arka arkaya bağlanbilmeleri sağlanmıştır. ATA teknolojisinin geliştirilmiş bir şekli olan ATA-2, Geliştirilmiş IDE (EIDE:Enhanced IDE) olarak da adlandırılmaktadır. EIDE teknolojisinde Programlı Giriş/Çıkış (PIO:Programmed Input/Output) ve Doğrudan Bellek Erişimi (DMA:Direct Memory Access) teknikleri kullanılmaktadır. EIDE teknolojisinde daha büyük disk kapasiteleri ve daha yüksek veri iletim hızları elde edilmektedir. ATA disk erişim teknolojisi, Koşut Ata (PATA: Parallel ATA) ve dizisel ATA (SATA:Serial ATA) olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. PATA teknolojisi disk sürücüler için kullanılırken, ATAPI veya PATAPI (AT Attachment Packet Interface, Parallel ATAPI, AT Ek Paket Arayüzü, Koşut Ek Paket Arayüzü) YD, SGD ve teyp aygıtları için kullanılmaktadır. SATA veya SATAPI arayüzü, yalnızca disk sürücülere bilgi aktarmak ve disk sürücülerden bilgi almak için kullanılmaktadır. Arayüz başka bir aygıtla paylaşılmadığı için bu tür arayüzlerde veri iletim hızları 6.0 GB (gigabyte) mertebesine kadar çıkabilmektedir. IDE teknolojisinin yeterli olmadığı durumlarda, KBSA: Küçük Bilgisayar Sistem Arayüzü (SCSI:Small Computer Systems Interface) teknolojisine sahip denetleyiciler kullanılmaktadır. Bu denetleyiciler sayesinde, veri iletim hızları IDE teknolojisine göre iki kattan fazla artmakta, bir bilgisayara 1 den fazla depolama birimi, gerek içsel, gerekse de dışsal olarak bağlanabilmekte, böylece sistemlerin daha da genişlemesi sağlanabilmektedir. Günümüzde birçok sunucu ve iş istasyonunda bu teknolojiyi kullanan depolama birimleri kullanılmaktadır. Birçok kişisel bilgisayarda kullanılan teknolojide, veriler diskten denetleyici aracılığı ile işlemciye, oradan da işlenmek üzere belleğe aktarılmaktadır. Doğrudan Bellek Erişimi (DMA:Direct Memory Access; DBE) teknolojisi bilgisayarın verileri diskten alıp doğrudan belleğe aktarmasını sağlamaktadır. Bu teknolojide işlemcinin araya girmesine gerek kalmamaktadır. UltraDMA, DBE teknolojisinin en güncel sürümüdür. DMA ve UltraATA teknolojileri genellikle birlikte kullanılmaktadır.

68 Bilgisayar Donanımı Optik Diskler Optik Disk Teknolojileri Bilgisayar teknolojisinin gelişimi ile birlikte depolanan veriler ve yazılımlar da, kullanılan depolama birimleri ile taşınamayacak kadar büyük kapasitelere ulaşmışlardır. Örneğin, MS-DOS 3.30 işletim sistemi yalnızca bir adet 360 kb kapasiteli disket üzerinde depolanabilirken, MS-Windows XP İşletim Sistemi 700 MB kapasiteli bir yoğun disk üzerine sığmaktadır. Yazılım ve veriler geçmişte disketlerle taşınabilirken, bu büyüme yeni teknolojilerin geliştirilmesini beraberinde getirmiş, yüksek depolama kapasitesine sahip ortamlar geliştirilmiştir. Bu ortamların en yaygın kullanılanları Yoğun Disk (CD:Compact Disk) ve Sayısal Görüntü Diski (DVD:Digital Video Disk) tir. YD ve SGD teknolojilerinde kullanılan diskler, iki ayrı sınıfta ele alınmaktadırlar. Birinci grup, üzerine fabrikasyon olarak bilgi yazılabilen diskleri içermektedir. Bu diskler, üzerlerine yalnızca bir kez ve özel makinalarla bilgi yazılabilecek şekilde üretilmiş olup, firmalar tarafından geliştirilen yazılımların dağıtımları için kullanılmaktadır. İkinci grupta bulunan diskler, bilgisayar kullanıcılarının bilgilerini depolayabilmeleri için üretilmiş olup, bu disklerin üzerine bir kere bilgi yazılabilmekte, birçok kez bu bilgi okunabilmektedir. Bir kere yaz, çok kez oku (WORM: Write Once Read Many) olarak adlandırılan bu diskler, özellikle güvenli olarak saklanması istenilen bilgilerin depolanmalarında kullanılmaktadır. Bir kez üzerlerine yazıldığında disk üzerindeki bilgiler silinememektedir Yoğun Disk Yoğun Disk (YD; CD:Compact Disc) teknolojisi, müzik YD leri ile aynı teknolojiyi kullanmaktadır. YD sürücüler, YD leri okuma ve yazma yeteneklerine göre sınıflandırılmaktadırlar. Bu sürücülerden en yaygın kullanılanı YD-YOB (Yoğun Disk-Yalnızca Okunur Bellek; CD-ROM: Compact Disc-Read Only Memory) sürücüsüdür. Bu sürücü yalnızca YD lerden bilgi okumak için kullanılabilinmekte, YD ler üzerine herhangi bir şekilde yazma işlemi yapamamaktadır. Yoğun Diskler, günümüzde hemen her yerde karşılaşılan depolama birimleridir ve kapasiteleri 700 MB seviyesindedir. Kaydedilebilir Yoğun Disk (KYD; CD-R: Compact Disc-Recordable), kendisine yalnızca bir kez kayıt yapılabilme imkanını veren bir yapıya sahiptir (Şekil 135). Bu birimler üzerine yazma işlemini gerçekleştirebilmek için özel bir sürücü aygıtı ve özel yoğun diskler gerekmektedir. Üzerine kayıt yapılan KYD ler herhangi bir KYD sürücü veya YD sürücüde okunabilirler. Şekil 134 Yazılabilir YD Sınırlı kullanım alanı bulan diğer bir optik depolama birimi de, Yeniden Yazılabilir Yoğun Disk (YYYD, Y3D; CD-RW: Compact Disk Re-Writable) dir. Bu diskler üzerlerine birçok kez veri kaydedilmesine ve

69 Bilgisayar Donanımı 69 silinmesine izin verebilen bir teknolojiye sahiptirler. Ancak, bu disklerin bazı YD sürücüler tarafından okunamama gibi problemlerle karşılaşmaları da sözkonusu olmaktadır Sayısal Görüntü Diski Yoğun disk teknolojisinin değişik bir türü olan Sayısal Görüntü Diski (SGD) (DVD: Digital Versatile Disk, Sayısal Kalıcı Disk; önceleri Digital Video Disk-Sayısal Görüntü Diski), öncelikle Video Yoğun Disklerinin (VCD:Video Compact Disk) yerini almak üzere tasarlanmış ise de kısa bir zaman içinde veri depolama aygıtı olarak bilgisayarlarda da kullanım alanı bulmuştur (Şekil 136). SGD lerin depolama kapasiteleri 4.7 GB ile 17 GB arasında değişebilmektedir. Yoğun disklerden farklı olarak SGD lerin her iki yüzeyine de veri kaydedilebilmekte, böylece depolama kapasiteleri 17 GB a kadar çıkabilmektedir. Yoğun diskler gibi, SGD lerde de bilgi, disk üzerine yoğun bir laser ışığı gönderilerek disk yüzeyinde girintilerin oluşturulmasına dayanmaktadır. Ancak, SGD teknolojisinde kullanılan laser ışığı daha düşük dalga boylu olup daha sık aralıklarla delikler oluşturulmasını sağlamakta, böylece daha yüksek kapasitelerde bilgi depolamak mümkün olabilmektedir Manyeto Optik Disk Şekil 135 Yazılabilir SGD Manyeto-optik (MO:Magneto-optical) diskler, melez disk türü olarak adlandırılmakta, manyetik ve optik depolama birimlerinin avantajlarını biraraya getirmektedir (Şekil 137). Bir manyeto-optik disk, optik disklerde olduğu gibi yüksek kapasitelere sahip olup, bilgiler bu disklerin üzerine manyetik disklerde olduğu gibi yazılmaktadır. Disk yüzeyi plastik bir malzeme ile kaplı olup, altında ise manyetik olarak duyarlı metal kristaller içermektedir. Verilerin yazılması sırasında bir laser ışığı plastik yüzey üzerinde mikroskobik bir delik açmakta, ve bir mıknatıs da plastik soğumadan metal parçacıklarını düzenlemektedir. Kristaller, bazıları ışığı yansıtacak şekilde düzenlenmekte, verilerin diskten okunması sırasında ise yalnızca ışığı yansıtan kristaller ele alınmaktadır.

70 Bilgisayar Donanımı Manyetik Teypler Şekil 136 Manyeto-optik disk Bilgisayarların ilk dönemlerinden itibaren yaygın olarak kullanılan, ancak günümüzde disk ve optik depolama birimlerinin kapasitelerinin artmasına bağlı olarak kullanımları azalan diğer bir ikincil depolama birimi de manyetik teyplerdir. Manyetik teypler teknolojinin gelişimine bağlı olarak değişik şekil ve ebatlarda üretilmişlerdir (Şekil 138). Şekil 137 Değişik türlerdeki manyetik teypler Manyetik teyplerdeki bilgi depolama sistemi, sabit disk veya disketteki bilgi depolama sistemine benzemektedir. Ancak, diğer depolama birimlerinde, birim üzerine kaydedilmiş olan herhangi bir veriye doğrudan ulaşılabilirken, manyetik teyplerde herhangi bir bilgiye erişmek için, teybi o bilginin olduğu yere kadar ilerletmek veya o bilgiye gelene kadarki verileri okumak gerekmektedir. Manyetik teyplerde bilgiye erişim sıralı olmaktadır. Veri kayıt ve okuma hızlarının yavaşlığı nedeniyle yalnızca yedekleme amaçlı olarak kulanılan manyetik teyp kapasiteleri, teknolojinin gelişimine bağlı olarak artmışsa da, kişisel bilgisayar sistemlerinde kullanım alanı bulamamıştır. Manyetik teypler, genellikle orta ve büyük boy sistemlerde verilerin yedeklenmesi amacıyla kullanılmaktadır. Manyetik ortamların zamanla manyetiklik özelliklerini kaybetmesi nedeniyle, manyetik teyplerde çok uzun süre bilgi saklamak sağlıklı olamayabilmektedir. Bu nedenle manyetik teypler, günlük veya yıllık yedekleme işlemlerinde kullanılmakta, üzerlerindeki bilgi sürekli yenilenmektedir. Bu teyplerin saklandıkları ortamın da belirli ısı ve nem koşullarını sağlaması gerekmektedir.

71 Bilgisayar Donanımı BİLGİSAYAR SİSTEM MİMARİSİ 4.1. Bilgisayar Sistem Mimarisinin Temeli Bilgisayar sistem mimarisi, bilgisayar sistemi içinde bulunan tüm parçaların tasarım ve düzenlenme şeklini tanımlamaktadır. Bilgisayarların neredeyse tümünde benzer donanım bileşenleri kullanılsa da, bilgisayarların kullanım yer ve amaçlarına göre tasarımlarında farklılıklar bulunmaktadır. Özel bileşenleri ve görünümleri bilgisayardan bilgisayara değişiklik gösterse de, tüm modern bilgisayarlar temelde aynı yapısal özellikleri taşımaktadır. Bu yapı von Neumann Mimarisi olarak adlandırılmaktadır. John von Neumann, bilgisayar bilimlerinin öncülerindendir. 1950lerde, daha sonraları kendi adıyla anılacak olan bilgisayar organizasyon yapısını öngörmüş ve bunu biçimsel hale getirmiştir. John von Neumann ın öngördüğü bilgisayar mimarisi, bilgisayarların gelişimine farklı bir bakış açısı getirmesi yönünden bir dönüm noktası olmuştur (Şekil ). Şekil 138 John von Neumann ve EDVAC Şekil 139 John von Neumann Bu mimari, bir bilgisayarı oluşturan ana bileşenleri tanımlamakta olup, temelde üç ana bileşeni öngörmektedir. Giriş/Çıkış Birimleri (Input/Output Devices) kullanıcının komutlar girerek ve sonuçları görerek bilgisayar ile iletişim kurmasını sağlamaktadır. Bellek (Memory), bilgisayar tarafından işlenecek bilgileri, programları veya bilgisayarın belirli bir işi yapmasını sağlayacak deyimleri depolamaktadır. İşlemci (Processor) veya Merkezi İşlem Birimi (Central Processing Unit) ise verileri işlemek için önceden programlanmış aşamaları gerçekleştirmektedir. Her üç birim de birbirlerine veriyolu (bus) adı verilen kablolar ile bağlıdırlar ve tüm iletişim elektronik sinyaller ile sağlanmaktadır. Von Neumann mimarisini kullanan tüm bilgisayarlar, Depolanmış Program Bilgisayarları (Stored Program Computers) olarak isimlendirilmektedir. Bu bilgisayarlar, bellekte depolanmış farklı programları alarak işleme kapasitesine sahiptirler. Bu mimaride, aynı anda 1 den fazla program ve veri belleğe yüklenerek işlenebilmekte, işlemci bu programlar arasında birinden diğerine gidebilmektedir. Günümüzde kullanılan tüm bilgisayarlar bu mimari temel alınarak üretilmiştir Bilgisayar Sistem Mimarisindeki Katmanlar Bilgisayar sistemlerinin tasarım ve düzenlenmesi için incelenmesi gereken birçok katman bulunmaktadır. Bu katmanlar en genel olarak yazılım ve donanım olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Donanım katmanı en temel katman olup, yazılım katmanı bu katmanın üzerine eklenmektedir. Yazılım, donanım katmanının üzerinde bulunmakta, bu katmanı kullanmakta ve kontrol etmektedir (Şekil 144).

72 Bilgisayar Donanımı 72 Şekil 140 Bilgisayar mimarisindeki temel katmanlar. Temel katmanlar, tüm bilgisayar sistemi, donanım katmanlarının üstünde bulunan yazılım katmanları olarak detaylandırıldığında daha iyi anlaşılabilmektedir. Bilgisayar mimarisinin incelenmesi sırasında temel olarak donanım katmanı ele alınmaktadır. Bilgisayar mimarisindeki katmanların ayrıntıları Tablo 17 de verilmektedir. Tablo 17.Bilgisayar Mimarisinin Temel Katmanları Katman Genel Adı Katman No Katman Adı 7 Uygulama Katmanı (Application Layer) YAZILIM KATMANI Yüksek Seviyeli Yazılım Katmanı 6 (SOFTWARE LAYER) (Higher Order Software Layer) 5 İşletim Sistemi Katmanı (Operating System Layer) 4 Makine Katmanı (Machine Layer) Mikroprogram Katmanı 3 DONANIM KATMANI (Microprogrammed Layer) (HARDWARE LAYER) Sayısal Mantık Katmanı 2 (Digital Logic Layer) 1 Fiziksel Aygıt Katmanı (Physical Device Layer) Bilgisayar mimarisinin en alt katmanı olan Fiziksel Aygıt Katmanı, elektriksel ve elektronik aygıtlardan oluşmaktadır. Çok önemli olan bu katman bilgisayar bilimlerinin dışında kalmakta olup, genel olarak bilgisayar teknolojisinin içine girmektedir. En karmaşık bilgisayar sistemleri bile, bu katmanda bulunan transistör, kapasitör ve dirençler gibi elektronik bileşenlerin biraraya gelmelerinden oluşmaktadır. Bu bileşenler uygun güç kaynakları ile desteklenmekte ve uygun çalışma ortamlarında bulunmaktadır. Günümüzde üretilen bilgisayarların çoğu elektronik bileşenleri temel almakta ise de, organik bileşenleri kullanan, çok yüksek depolama kapasitesi ve hızlara ulaşan bilgisayarlar da geliştirilmiş olup, gelecekte tüm kullanıcıların kullanımlarına sunulacak kadar toplu ve ucuz üretilmeleri mümkün olacaktır. Sayısal Mantık Katmanı, bilgisayar bilimleri için ayrı bir öneme sahiptir. Bilgisayarların temel işlemlerinin çoğu bu katmanda gerçekleştirilmektedir. Bu katmandaki bilgisayar bilimlerinin de ilgilendiği temel elemanlar, verileri basit ikili gösterimlerle depolayabilmekte, işleyebilmekte ve iletebilmektedir. Sayısal mantık katmanında kullanlan elemanlara kapı (gate) adı verilmektedir. Bir kapı, transistör ve diğer elektronik elemanların az sayıda kullanılması ile oluşturulmaktadır. Birçok kapı tek bir yonga üzerinde birleştirilerek işlemciler oluşturulmaktadır. Mikroprogram Katmanı, Makine Katmanı ndan gelen ve makine dilinde oluşturulmuş deyimleri yorumlamakta ve sayısal mantık elemanlarının bu deyimleri işlemelerini sağlamaktadır. Bu katmanda bir iç işlemci bulunmakta ve bu işlemci yine aynı katmanda bulunan bir YOB de tutulan basit program deyimleri ile kontrol edilmektedir. Buradaki program deyimleri mikrokod (microcode), oluşturulan program ise mikroprogram (microprogram) olarak adlandırılmaktadır. Bilgisayarların ilk kuşaklarında ve günümüzde kullanılan bazı küçük bilgisayarlarda mikroprogram katmanı bulunmamaktadır. Bu tür bilgisayarlarda mikroprogram katmanının yapması gereken işler tümüyle işlemci üzerinde bulunan sayısal mantık bileşenleri ile yerine getirilmektedir. Mikroprogram katmanının kullanımı, bilgisayar üreticilerinin aynı makine katmanından gelen verileri, mikroprogram katmanında farklı yollardan işlemelerini, böylece tasarım ve hız konusunda birbirinden farklı işlemciler üretebilmelerini sağlamaktadır. Böylece üreticiler değişik güç ve fiyata sahip bilgisayar türlerini kullanıcılara sunabilmektedirler. Kullanıcıların geliştirdikleri yazılımlar, aynı türdeki bilgisayarlar arasında rahatlıkla taşınabilmekte, teknoloji geliştikçe üretici yeni bir işlemci türü

73 Bilgisayar Donanımı 73 çıkartabilmekte, kullanıcılar da yeni bir işlemci almakta veya bilgisayarlarını yeni bir işlemciye sahip bilgisayar ile değiştirebilmekte, ancak yazılımlarında herhangi bir değişiklik yapmak zorunda kalmamaktadırlar. Böylece hazırlanmış yazılımlar uzun yıllar kullanılmaktadır. Mikroprogram katmanının ayrıntıları genellikle üreticiler tarafından, ticari sırları korumak amacıyla, verilmemektedir. Makine Katmanı, herhangi bir programın yazılabildiği en alt katmandır ve bu katmanda yazılan program da makine dilinde olmaktadır. Bu katmanda hazırlanan makine dilindeki deyimler donanım tarafından doğrudan işlenmektedir. İşletim Sistemi Katmanı, yazılımın alt katmanda bulunan donanımı nasıl kullanacağını tariflemekte ve denetlemektedir. İşletim sistemi, üst katmanlardaki yazılımların donanımı daha basit yollarla kullanmasını sağlayacak bazı destek yazılımları da içermekte, böylece bilgisayar donanımının karmaşıklığını yazılımdan saklamaktadır. Ayrıca yazılımların donanımı işletim sistemini geçerek doğrudan kullanmalarını engelleyerek donanımı yazılım hatalarından korumaktadır. Bunun yanında makine dilindeki deyimlerin güvenli ve verimli olarak işlenmeleri için düzgün bir ortam sunmaktadır. Yüksek Seviyeli Yazılım Katmanı, makine dili dışında bulunan ve çalıştırılmaları için makine diline çevrilmeleri gereken deyimlerin bulunduğu katmandır. Bu katmanda hazırlanan programlar, makine diline çevrildiklerinde, alttaki işletim sistemi özelliklerine ve makine deyimlerine bağlı kalmaktadır. Uygulama Katmanı, kullanıcı tarafından görülen ve en üst seviyede bulunan katmandır Bilgisayarların Fiziksel Düzenlenmesi Yeni bir bilgisayarı tasarlamak ve üretmek oldukça pahalı olan bir işlemdir. Ayrıca elektronik bileşenlerin birim maliyetleri, büyük miktarlarda üretimler söz konusu olmadığı sürece oldukça yüksek değerlere varabilmektedir. Bu nedenle birçok bilgisayar üreticisi, ürettikleri bilgisayarları değişik birleşimlerdeki standart bileşenlerden oluşturmaktadırlar. Örneğin, birçok mikrobilgisayar aynı mikroişlemci, aynı bellek türü gibi aynı bileşenleri kullanmaktadır. Bilgisayarların birimsel üretilmeleri, farklı seviyelerde tasarımlar yapılmasını da beraberinde getirmektedir. Bir seviyede bir çevre aygıtı yerine diğer bir aygıt takılırken, daha alt seviyede bir bellek yongasının yerine bir diğeri kullanılabilmektedir. Bilgisayarların üretilmeleri sırasında standart bileşenlerin kullanılmaları, eğer bileşenler arası iletişim standartlaştırılmış ise avantajlıdır, çünkü bileşenlerin birbirleri ile bağlantılanması kolaylaştırılmıştır. Bilgisayar bileşenlerinin birbirlerine bağlanmalarındaki en önemli yöntem veriyolu olarak adlandırılan birimlerin kullanımıdır. Bir veriyolu, üzerine değişik bileşenlerin bağlanabilmelerine imkan verebilen, birbirine paralel elektrik iletkenlerinin biraraya gelmeleri ile oluşmaktadır. Veriyolları veri sinyallerini, verilerin adres sinyallerini, kontrol sinyallerini ve gücü iletmek için kullanılmaktadır. İki temel veriyolu türü vardır: İç Veriyolu (Internal bus): İşlemcinin içinde bulunmakta ve işlemci tasarımının bir parçasıdır. Dış Veriyolu (External bus): Ayrı donanım elemanlarını birbirine bağlamak için kullanılmaktadır. Bilgisayarların mimari olarak değişik şekillerde üretilmeleri sözkonusudur. Genel olarak üretilen bilgisayar türleri: Tek yongalı bilgisayarlar (Single-chip computer) Tek kartlı bilgisayarlar (Single-board computers) Çok kartlı, veriyolu tabanlı bilgisayarlar (Multiple-board, bus-based computers) Tek yongalı bilgisayarlar, saat, fotoğraf makinesi, kamera gibi aygıtların içinde bulunan bilgisayarlardır. Bu işlemciler özelleştirilmiş, yalnızca belirli bir işi yapmak üzere tasarlanmış ve programlanmışlardır (Şekil ). Tek kartlı bilgisayarlar, tek yongalı bilgisayarlardan daha büyük bilgisayarlardır. Genellikle Baskılı Devre Kartı (PCB:Printed Circuit Board) olarak adlandırılan ince bir plakanın üzerine bileşenlerin yerleştirilmesi ve birbirlerine bağlanması ile oluşmaktadırlar (Şekil ). Bu tür bilgisayarlar küçük genel amaçlı bilgisayarlar ve küçük özel amaçlı bilgisayarlar olmak üzere iki ana sınıfa ayrılmaktadır. Küçük genel amaçlı bilgisayarlar evlerde kullanılan bilgisayarlar ve kişisel bilgisayarlardır. Küçük özel amaçlı bilgisayarlar ise genellikle fiziksel işlemlerin kontrolü için

74 Bilgisayar Donanımı 74 kullanılanlardır. Bu tür bilgisayarlar kimya tesisleri ve karmaşık öğütme makinelarinin kontrolü için kullanılan sistemlerdir. Şekil 141 Tek yongalı bilgisayar Şekil 142 Soket çıkışlı tek yongalı bilgisayar Şekil 143 Tek kartlı bilgisayar Şekil 144 Intel işlemci bulunduran bir tek kartlı bilgisayar Çok kartlı, veriyolu tabanlı bilgisayarlar, genellikle genel amaçlı bilgisayarlardır. Bunlar tek bir kart üzerine sığamayacak kadar büyüktürler. Bu bilgisayarlarda her kartın ayrı bir görevi vardır. Bir kart işlemci, diğer bir kart bellek, diğer bir kart ise depolama birimlerini barındırabilmektedir. Sisteme, gereksinim duyuldukça değişik özelliklere sahip yeni kartlar eklenebilmekte, sistem kapasitesi, donanım üreticisinin izin verdiği sınıra kadar, yeni kartların takılması ile yükseltilebilmektedir. Tüm kartlar, genel amaçlı veriyolu içeren bir kartın üzerindeki yuvalara takılmaktadır. Birçok minibilgisayar ve ana bilgisayar bu tasarıma dayanan bilgisayarlardır. Bazı durumlarda anakart adı verilen, işlemci ve diğer bileşenlerin üzerine takılmasına izin verilen bir kart üzerine de değişik özelliğe sahip kartlar takılabilmektedir (Şekil ). Tek kartlı bilgisayarlar, ile çok kartlı veriyolu tabanlı bilgisayarların, çeşitli taleplere cevap vermek üzere kullanılmaları ve bu hizmetin kesintisiz sürmesinin istendiği durumlarda, sistemler üzerine takılabilen kartların ve diğer donanımların, sistem durdurulmaksızın çıkartılıp takılabilmesi istenmektedir. Bu durum sıcak değişim (hot-swap) olarak adlandırılmaktadır. Sistemde kullanılan donanımlarda bir sorun çıkması ve bu donanımların değişmesinin gerektiği durumlarda, sistem durdurulmaksızın bozuk donanım sistemden çıkartılmakta ve yerine yeni donanım takılabilmektedir. Ayrıca, sistemin işlemci sayısı, disk kapasitesi, bellek kapasitesi gibi özelliklerinin arttırılmak istenmesi durumunda da, sistemin çalışmasını kesintiye uğratmadan bu tür donanımları sisteme eklemek mümkün olabilmektedir.

75 Bilgisayar Donanımı 75 Şekil 145 Veriyolu ve kartlar Şekil 146 Veriyoluna takılabilen bir işlemci kartı 4.4. Transistörler ve Entegre Devreler Transistörlerin Gelişimi Bilgisayarların tarihine bakıldığında, gerek Pascal ın 1642 yılında ürettiği ve Pascaline adı verdiği makinenin, gerekse de 1833 yılında Babbage nin ürettiği Analitik Makine nin tümüyle mekanik olduğu görülmektedir. Bu aygıtlar bilgileri mekanik olarak depolamakta ve tüm işlemleri mekanik hareketlerle gerçekleştirmektedir. Modern bilgisayarlar ise, tüm işlemlerini elektriksel olarak gerçekleştirmekte, bir yerden diğer bir yere verilerin taşınması, işlenmesi ve depolanmasında elektrik kullanmaktadır. Bilgisayarlar, diğer tüm modern makinelerde olduğu gibi, elektrikle çalışan aygıtlardır ve belirli işlemlerin yerine getirilmesinde elektrik gücünü kullanmaktadırlar. Örneğin, bilgisayar ekranlarının aydınlatılmasında, sabit disklerin disk plakalarının motorlarını döndürmede, bilgisayar belleğinde verilerin saklanmasında, işlemcide işlemlerin yapılmasında, bilgisayara bağlı diğer donanımlarla haberleşmede, tümüyle elektrik kullanılmaktadır. Elektrik en basit anlamıyla elektronların bir ortam üzerinde akmalarıdır. Elektriğin üzerinde aktığı ortam, bakır, gümüş, altın gibi değişik türde metaller olabilir. Altın elektrik iletkenliği en yüksek olan metaldir. Altının yapısında bulunan elektronlar, elektrik akımının en az dirençle karşılaşarak altının üzerinden geçmesine imkan sağlamaktadırlar. Elektriğin verimli iletimini sağlamak amacıyla hemen her yerde bakır kablolar ile elektrik iletimi sağlanırken, bilgisayar teknolojisinde ise elektriği iletmek amacıyla altın kullanılmaktadır. Elektrik akımını kontrol etmekte kullanılan en temel aygıt anahtardır. Bir anahtar iki kabloyu birbirine bağlamak veya ayırmak, böylece elektrik akımını geçirmek veya kesmek için tasarlanan bir aygıttır. Evlerde kullanılan elektrik lamba anahtarları en basit örneklerden birisidir. Anahtar açık olduğunda devreden elektrik geçmekte ve lamba yanmakta, anahtar kapalı olduğunda ise devreden elektrik geçmemekte ve lamba yanmamaktadır. Bilgilerin bilgisayar tarafından işlenebilmesi ancak elektriğin anahtarlarla geçirilip geçirilmemesine dayandığından, bilgisayarın ana bileşenlerinden olan işlemci ve bellek gibi bileşenlerinde de anahtarların kullanılması kaçınılmazdır larda geliştirilen elektromanyetik aktarıcılar ve 1950 lerde geliştirilen vakum tüpleri, değişik mekanizmaların kullanımı ile ektriğin geçirilip geçirilmemesine imkan vermekte ve bir anahtar gibi davranmaktaydılar. Ancak elektromanyetik aktarıcıların hem mekanik olmaları, hem de büyüklükleri kullanımlarını sona erdirmiş, yerlerine geçen vakum tüpleri ise bilgisayarların boyutlarının küçülmesini sağlamalarına karşın, yüksek derecede ısı üretmeleri ve çok çabuk bozulmaları nedeniyle sorunlar yaratmıştır yılında AT&T Bell laboratuarlarında, John Bardeen, Walter Brittain ve William Shockley tarafından ilk transistör üretilmiştir. Transistörün üretilmesi ile yeni bir bilgisayar çağı başlamıştır. Transistörler, her ne kadar vakum tüplerinden daha pahalı olsalar da, boyut, güç tüketimi, ısı yayımı ve uzun ömürlü olmaları, maliyet dezavatajlarını ortadan kaldırmıştır yılında transistör kullanan ilk ticari ürün olan bir duyma cihazı üretilmiş, 1954 yılında ise ilk transistörlü radyo üretilmiştir.

76 Bilgisayar Donanımı 76 Bir yıl sonra Bell laboratuarlarında, tümüyle transistörlerin kullanıldığı ilk bilgisayar üretilmiştir. Seri üretim teknolojilerinin gelişimine bağlı olarak transistörlerin üretim maliyetleri çok düşmüş ve transistörler tüm elektronik aygıtlarda kullanılan vakum tüplerinin yerini almışlardır. Transistörü keşfetmeleri, Shockley, Brittain ve Bardeen e 1956 yılında Nobel Fizik Ödülü nü kazandırmıştır. Bir transistör, bir tele bağlanan ve eletrik geçirme özelliği değiştirilebilen bir metalden oluşmaktadır (Şekil 151). Transistör, böylece bir anahtar gibi davranabilmekte, istendiğinde elektrik akımını geçirmekte, istendiğinde ise geçirmemektedir. Transistörler vakum tüpleri ile aynı işi yapmalarına rağmen, boyutlarının küçüklüğü, daha güvenilir olmaları ve daha az enerji ile çalışabilmeleri nedeniyle vakum tüplerinin yerini almışlardır (Şekil 152). Bu avantajları sayesinde daha küçük ve daha hızlı bilgisayarların çok düşük maliyetlerle üretilebilmelerini mümkün hale getirmişlerdir. Şekil 147 Bir transistör Şekil 148 Transistör türleri ve boyutları İlk transistör altın ve germanyum metallerinden yapılmış olmasına karşın, günümüzdeki transistörler germanyum yerine silikondan üretilmektedir. Germanyum ve silikon yarıiletken (semiconductor) olarak adlandırılan elementlerdir. Yarıiletken elementler, elektrik geçirgenlik özellikleri değiştirilebilen, böylece iyi veya kötü elektrik iletkenliği özelliğine sahip olabilen metallerdir. Silikon veya germanyum metali, özel katkı maddeleri ilave edilerek işlenmekte, böylece metalin bir elektrik anahtarı gibi davranması sağlanmaktadır Transistör Türleri Günümüzde üretilen transistörlerin çoğunluğu, MOS (Yarı-İletken Metal-Oksit; Metal-Oxide Semiconductor) teknolojisi kullanılarak üretilmektedir. Eğer bir transistörü oluşturan metal, ilk hali ile elektrik geçirme özeliğine sahip (iletken) olarak üretilmiş ise PMOS (Pozitif yüklü Metal-Oksit Yarıiletken; Positively doped Metal-Oxide Semiconductor) olarak adlandırılır. Bir PMOS transistör, ayrı bir kontrol teli ile elektrik akımı uygulandığında ise elektrik geçirgenliğini kaybetmekte, yalıtkan hale gelmektedir. Benzer fakat tam tersi şekilde üretilen NMOS (Negatif yüklü Metal-Oksit Yarıiletken; Negatively doped Metal-Oxide Semiconductor) ise, kendisini yalıtkan yapacak şekilde katkı maddeleri katılmış ve işlenmiş bir silikon içermektedir. PMOS a benzer şekilde, NMOS a da bir kontrol teli ile elektrik akımı uygulandığında elektrik geçirgen (iletken) hale gelmektedir. Gerek PMOS, gerekse de NMOS bir anahtar gibi davranmaktadırlar. Her iki transistörün biraraya gelmeleri sonucunda ise CMOS (Birleşik Yarı-İletken Metal-Oksit; Combined Metal-Oxide Semiconductor veya Tümleyici Yarı-İletken Metal- Oksit; Complementary Metal-Oxide Semiconductor) adı verilen bir teknolojiyi oluşturmaktadırlar. PMOS transistörlerin davranışları Şekil 153 ve 154 de, NMOS transistörlerin davranışları ise Şekil 155 ve 156 da verilmektedir. Burada da görüleceği gibi, bir transistör, kendisine bağlı bir kontrol telinden gelen akım ile kontrol edilmekte, bu hattan elektrik verildiğinde, transistörün türüne göre, elektrik geçirmekte veya geçirmemektedir. Böylece transistörlerin bir anahtar gibi davranmalarını sağlamak mümkün olmaktadır.

77 Bilgisayar Donanımı 77 Şekil 149 PMOS Transistör (Kontrol telinden akım gelmiyor, anahtar kapalı) Şekil 150 PMOS Transistör (Kontrol telinden akım geliyor, anahtar açık) Şekil 151 NMOS Transistör (Kontrol telinden akım geliyor, anahtar açık) Şekil 152 NMOS Transistör (Kontrol telinden akım gelmiyor, anahtar kapalı) Kapılar Transistörler bir araya gelerek devreleri oluşturmakta bu devreler de bilgisayarın temel işlevlerini yerine getirmesini sağlamaktadırlar. Bir devre, transistörlerin ve gerekirse başka elektronik aygıtların biraraya gelerek oluşturdukları bir yapıdır. Bilgisayar mimarisinin ikinci katmanı olan sayısal mantık katmanındaki kapı (gate) lar da bir devredir. PMOS ve NMOS transistörlerinin biraraya getirilmeleri sayesinde, değişik yapıda kapılar oluşturulabilir. Örneğin, mantıksal işlemdeki DEĞİL (NOT) işlemini gerçekleştirmek üzere tasarlanmış bir kapı, Şekil 157 ve 158 de verilmektedir.

78 Bilgisayar Donanımı 78 Şekil 153. Bir DEĞİL (NOT) kapısı (0 Volt girişli) Şekil 154. Bir DEĞİL (NOT) kapısı (5 Volt girişli) Burada da görüleceği gibi, kontrol devresinden akım verilmediğinde, PMOS kendi üzerinden akım geçirir özeliikte olmakta, böylece güç kaynağından gelen akım, doğrudan çıkışa gitmektedir. Kontrol devresinden akım verildiğinde ise, PMOS akım geçirme özelliğini kaybetmekte, NMOS ise akım geçirme özelliği kazanmaktadır. Ancak, güç kaynağı, akımı sisteme PMOS üzerinden gönderdiği için, PMOS akım geçirmediği için çıkış devresine herhangi bir akım gitmemektedir. Bu devrenin mantık şeması Tablo 18 de verilmektedir. Tablo 18. NOT kapısının mantık şeması Girdi DEĞİL (NOT) çıktısı DEĞİL (NOT) Kapısının Şematik Gösterimi NOT(değil) devresinin yaptığı iş, gelen değerin tam tersini çıktı olarak vermektir. Elektrik akımı olarak düşünüldüğünde, devreye gelen elektriğin tam tersi devreden çıkmaktadır. Burada da kapıya giren akım 0V iken çıktı 5V, 5 V iken ise de çıktı 0 V olmaktadır. İkili sayı sisteminde düşünüldüğünde, devreden akım geçmesi 1, geçmemesi ise 0 değerine karşılık gelmektedir. Bu çerçeveden bakıldığında, kapıların ikili sayı sistemindeki hesaplamaları gerçekleştirmede temel eleman olduğu görülmektedir. Değil (NOT) kapısı gibi, PMOS ve NMOS transistörlerinin kullanımı ile değişik işlemlerin gerçekleştirilmesini sağlayan devreler oluşturulabilinmektedir. En çok kullanılan devrelerden olan VE (AND) ve VEYA (OR) mantıksal işlemleri ve bu işlemlerin ayrıntıları Tablo 19 ve Tablo 20 de; VE ve VEYA kapılarının PMOS ve NMOS transistörleri kullanılarak oluşturulmaları ise şematik olarak Şekil 159 ve 160 da verilmektedir.

79 Bilgisayar Donanımı 79 Tablo 19. VE (AND) kapısının mantık şeması Girdi 1 (X) Girdi 2 (Y) VE (AND) çıktısı ( X. Y) VE (AND) Kapısının Şematik Gösterimi Tablo 20. VEYA (OR) kapısının mantık şeması Girdi 1 (X) Girdi 2 (Y) VEYA (OR) çıktısı ( X + Y) VEYA (OR) Kapısının Şematik Gösterimi Şekil 155 VE (AND) kapısı. Şekil 156 VEYA (OR) kapısı. VE, VEYA ve DEĞİL kapıları iyi tanımlanmış mantıksal işlemleri gerçekleştirebilen en basit devrelerdir. Bir donanım tasarımcısı, bu basit devreleri kullanarak bir bilgisayar içindeki tüm işlemleri rahatlıkla gerçekleştirebilmektedir. Ayrıca, bu kapılar ve benzerlerinin kullanımı ile bilgisayarı oluşturan bellek, işlemci ve benzeri karmaşık mantıksal devreler, bu devrelerin kullanımı ile de bir bilgisayar sistemi oluşturulabilmektedir. Bu konu bilgisayar sistem mimarisi ve organizasyonu ile ilgili kitaplarda ayrıntılı olarak incelenmektedir Bütünleşik Devreler Devreler transistörlerin birbirlerine bağlanmaları ile üretilmektedirler. Bir donanım tasarımcısı yeni bir bilgisayar bileşeni üretmek istediğinde, çok sayıda transistörü biraraya getirmek ve bunları fiziksel olarak birbirine bağlamak zorundadır. Doğal olarak, bu türde bir üretim şekli seri üretime uygun olmamaktadır. Her devre üretilmek istendiğinde, transistörler tekrar tekrar biraraya getirilmekte ve kablolarla birbirlerine bağlanmaktadırlar. Ayrıca, transistörlerle üretilebilen devrelerin boyutlarında da

80 Bilgisayar Donanımı 80 bir alt sınır bulunmaktadır. Devrelerde kullanılan transistörlerin aralarındaki boşluğun, insan elinin girmesine izin verebilecek ve transistörlerin birbirlerine bağlanabilmelerine izin verebilecek kadar büyük olması gerekliliği, onlarca veya yüzlerce transistörün kullanıldığı devrelerin oldukça büyük olmalarına neden olmaktadır yılında, Texas Instruments da çalışan Jack Kilby ve Fairchild Semiconductor da çalışan Robert Noyce, birbirlerinden bağımsız olarak daha küçük devrelerin seri üretimlerine imkan verebilen teknikler geliştirdiler. Her iki araştırmacı da, devrelerin seri üretimlerinin mümkün olabilmesi için tüm transistörlerin ve bağlantılarının tek bir birim üzerinde olmaları gerektiğini vurgulayarak kendi üretim tekniklerini açıkladılar. Bu üretim tekniklerinde tüm devreler tek bir tabaka silikon üzerine yerleştirilmiş olmaktaydı. Burada oluşturulan yapıya mikroçip (microchip), Devrenin her elemanı aynı mikroçip üzerine monte edildiği için de bu devrelere Bütünleşik (Tümleşik) Devreler (IC:Integrated Circuits) adı verilmektedir yılında her iki firma kendi üretim teknikleri ile ilgili patentler aldılar. Uzun yıllar süren yasal süreçlerin ardından, her iki firma da rekabeti bırakıp kendi teknolojileri ile ilgilli bilgilerin kullanım haklarını karşılıklı olarak değiştirmeye karar verdiler. Robert Noyce, Fairchild Semiconductors firmasından ayrılıp Intel firmasını kurdu. Jack Kilby, entegre devreleri ilk üreten kişi ünvanını alarak 2000 yılında Nobel Fizik Ödülü nü aldı. Üretim teknik ve teknolojilerindeki gelişmeler sonucunda, tümleşik devrelerin boyutları gittikçe küçüldü ların başında 1 inç (2.54 cm) büyüklüğündeki bir tümleşik devre yalnızca 5 ile 10 arasında mantıksal kapı içerebilmekteydi lerin başlarında, üretim teknolojisi, mantıksal kapıların çok küçük alanlara sığdırılabilmesini sağlayacak kadar gelişmişti yılında Intel firması tümüyle bir mikroçip üzerinde oluşturulmuş ilk Merkezi İşlem Birimi ni (CPU: Central Processing Unit) üretmeyi başardı. Intel 4004, günümüz işlemcileri ile karşılaştırıldığında oldukça az sayılacak kadar, yalnızca 2,300 transistör ve bunların bağlantılarını içermekteydi lere gelindiğinde yeni üretim teknolojileri geliştirildi ve Çok Büyük Boyutlu Bütünleştirme (VLSI: Very Large Scale Integration) çağı başladı. Geliştirilen teknolojiler sayesinde yüzbinlerce transistör tek bir yonga üzerine monte edilebilmekteydi. Intel, 1982 yılında 134,000 transistör içeren işlemcisini üretti lara gelindiğinde işlemcilerin içindeki transistör sayıları milyonlarla ifade edilmekteydi. Intel firmasının 2000 yılında üretmiş olduğu Pentium 4 işlemci 42 milyon transistörden daha fazla bileşeni içinde barındırmaktadır Veriyollarına Göre Donanımların Yerleşimi İşlemcilerin, belleklerin, giriş ve çıkış için kullanılan ana bileşenlerin oluşturulması için, sayısal mantık devreleri biraraya getirilmektedir. Bu aygıtlar, tüm bir sistemi oluşturabilmeleri için düzenli olarak biraraya getirilmek zorundadırlar. Aygıtlar arasındaki bağlantı, veriyolları ile gerçekleştirilmektedir. Veriyolları veri hatları (veri veriyolu) ve kontrol hatları (kontrol veriyolları) olmak üzere iki ana bileşene ayrılmaktadırlar. En basit mimari, tüm bileşenlerin tek bir veriyolu ile birbirlerine bağlanmalarını sağlayan, genel amaçlı veriyolu kullanımı ile oluşturulmaktadır (Şekil 161). Yaygın olarak mikrobilgisayarlarda kullanılan bu veriyolu yapısı, basit ve verimli olmasına karşın, işlemci ile bellek arasındaki veri iletimi, giriş/çıkış aygıtlarının yavaşlatması nedeniyle hızlı olamamaktadır. Birçok mimaride, verilerin taşınması için tek bir veriyolu yerine iki ayrı veriyolu içeren yapılar bulunmaktadır. Bu yapılarda Giriş/Çıkış birimleri ayrı bir veriyolu ile işlemci veya belleğe bağlanmakta, işlemci ile bellek ise kendi aralarında bulunan bir veriyolu ile birbirleri ile bilgi alışverişinde bulunmaktadırlar. Kişisel bilgisayarları da içeren mikrobilgisayar sınıfındaki veriyolu yapısında, giriş/çıkış birimleri, işlemci ile doğrudan haberleşmekte, işlemci bellek ile hızlı bir şekilde haberleşebilmesine karşın, giriş/çıkış birimlerinin yavaşlığı nedeniyle yeterli ölçüde hız elde edilememektedir. İş istasyonları ve ana bilgisayarlardaki mimaride ise, işlemci giriş/çıkış birimleri ile bellek üzerinden haberleşmekte, bu birimlerin yavaşlığı işlemciyi etkilememekte, böylece daha yüksek işlem kapasitelerine ulaşılabilmektedir.

81 Bilgisayar Donanımı 81 Şekil 157 Ortak ve tek bir veriyolu kullanılarak yapılan iletim şekli Veri iletim hızını etkileyen diğer bir faktör ise veriyolu genişliğidir. Veriyolu genişliği arttıkça, aynı anda iletilen veri miktarı artmakta, böylece daha yüksek performans sağlanmaktadır. Şekil 161 de verilen mimaride veriyolu genişliği 8 veya 16 bit olabilirken, Şekil 162 ve 163 de verilen mimarilerde ise 32 veya 64 bit olabilmektedir. Şekil 158 İki veriyolu kullanılan bir mimari Şekil 159 İki veriyolu kullanılan farklı bir mimari 4.6. İşlemci

82 Bilgisayar Donanımı 82 İşlemciler Kontrol Birimi (KB; CU: Control Unit) ile Aritmetik ve Mantık Birimi (AMB; ALU: Arithmetic and Logic Unit) olmak üzere iki ana bileşenden oluşmaktadır. Kontrol Birimi (KB) ve Aritmetik ve Mantık Birimi (AMB), işlemcide bulunan birçok ayrı bileşenle birlikte çalışmaktadırlar. İşlemciler genel olarak, verilerin ve deyimlerin depolanması için ana belleğin kontrolü, işlemlerin sıralarının kontrolünün yanında, bilgisayar sisteminin tüm bileşenlerine komutlar vermek ve işlemlerin yürütülmesini de sağlamaktadırlar. İşlemciler ayrıca, verilerin girilmesi ve bu verilerin belleğe aktarılmasını, verilerin işlenmesini ve sonuçların çıktı birimlerine aktarılmalarını sağlamaktadırlar. Bu işlemlerin yürütülmesi, işlemcinin diğer birimlerle bağlantısının veriyolları aracılığı ile sağlanması ile mümkün olabilmektedir. Şekil 164 de bir işlemcinin diğer birimlerle hangi veriyolları ve birimleri kullanarak bilgi alışverişinde bulunduğu gösterilmektedir Yazmaç Şekil 160 İşlemcinin diğer birimlerle bağlantı noktaları ve veriyolları Yazmaçlar (register), işlemci veya diğer bileşenlerin içinde bulunan özel amaçlı geçici bellek yerleridir. Ana belleğe çok benzer yapıları olmalarına rağmen, ana bellekten çok farklı yerlerde bulunmaktadırlar. Değişik görevleri üstlenen yazmaçlar bulunmaktadır. Bellek Veri Yazmaçı (BVY; MDR:Memory Data Register), işlemcinin içinde bulunmaktadır. İşlemciye gelen ve giden tüm veri ve deyimler bu yazmaçtan geçmektedir. Bellek Arabellek Yazmaçı (BAY; MBR:Memory Buffer Register), ana bellek içinde bulunmakta ve MDR de olduğu gibi ana belleğe gelen ve giden tüm veri ve deyimler bu yazmaçtan geçmektedir. İşlemcide bulunan BVY ve ana bellekte bulunan BAY arasında veri aktarımı gerçekleşmeden önce, ana bellekteki verilerin kesin yeri belirlenmelidir. Bu belirleme işlemi için ise, kullanılacak verilerin adreslerinin yüklendiği Bellek Adres Yazmaçı (BADY; MAR:Memory Address Register) kulanılmaktadır. Ana bellek bu adres bilgisini adres veriyolu aracılığı ile almakta, aynı zamanda da işlemciden bu adrese bilgi yazma veya okuma ile ilgili kontrol bilgisini de kontrol veriyolu aracılığı ile almaktadır. İşlemciye bir veriyolu ile bağlanan tüm giriş/çıkış birimleri de BAY gibi davranan yazmaçlar içermektedirler. Bir mikroişlemcinin genel yapısı Şekil 165 de verilmektedir. İşlemci içinde yukarıda belirtilenlere ek olarak bazı yazmaçlar da bulunmaktadır. İşlemci içinde bir iç veriyolu bulunmakta, tüm birimler bu veriyolu üzerinden haberleşmektedir. Örnek olarak verilen işlemcide 8 adet Adres Yazmacı (AY; AR:Address Register), sekiz tane de Veri Yazmacı (VY; DR:Data Register) bulunmaktadır. Adres veriyolundan gelen bilgiler, öncelikle BADY ye aktarılmakta, buradan da iç veriyoluna aktarılmaktadır. AY ler iç veriyoluna hem bilgi gönderebilmekte, hem de iç veriyolundan bilgi alabilmektedirler. Benzer durum VY ler için de geçerlidir. İşlemcide işlenmek üzere bellekten alınan ve BVY tarafından iç veriyoluna aktarılan bir deyim, işlemciye gelmeden önce Deyim Yazmacı (DY; IR:Instruction Register) adı verilen bir yazmaçta tutulur. DY kimi zaman Yürürlükteki Deyim Yazmacı (YDY; CIR: Current Instruction Register) olarak da adlandırılmaktadır. İşlenecek olan veriler, MDR tarafından ana bellekten alınmakta ve Aritmetik ve Mantık Birimi (AMB) içinde bulunan veri yazmaçlarına aktarılmakta, işlemler böylece çabuk gerçekleştirilmektedir.

83 Bilgisayar Donanımı 83 AMB, işlemleri gerçekleştirmekte, elde ettiği sonucu ise, veriyi aldığı VY ye yerleştirmektedir. VY ler kimi zaman Birikeç (BK; AC:Accumulator) olarak da adlandırılmaktadırlar. İşlemci içinde ayrıca Durum Yazmacı (DRY; SR:Status Register) da bulunmaktadır. Bu yazmaç, kontrol biriminin, AMB tarafından işlemlerin gerçekleştirilmesi sırasında sıfıra bölme gibi matematiksel hataların oluşma durumu ile ilgili bilgiyi depolamasını sağlamaktadır. Bu yazmaç, aynı zamanda KB ye bilgisayar sistemi içindeki diğer bileşenlerden gelen durum bilgilerini de aktarmaktadır. KB, yalnızca mikroişlemcinin içindeki bilgi akışını kontrol etmemekte, aynı zamanda tüm bilgisayar sisteminin denetimini de sağlamaktadır. Bu nedenle KB, dış kontrol hatlarına da kontrol verileri göndermek üzere ayrı bir bağlantıya da sahiptir Kontrol Birimi Şekil 161 Mikroişlemcinin ayrıntıları Kontrol Birimi (KB) bir bilgisayar sisteminin sinir merkezi gibidir. KB, donanımla ilgili tüm işlemlerin kontrol ve eşgüdümünü sağlamakla yükümlüdür. Bu görevi sırasında tüm işlemleri bir getir-işle (fetchexecute) döngüsü içinde iki aşamada gerçekleştirmektedir. a) BAY ye bir sonra işlenecek deyimin bellek adresi yüklendikten sonra KB işlenecek olan deyimi BVY aracılığı ile almakta ve DY ye aktarmaktadır. Bu bilgi alım işlemi sırasında KB, anabelleğe gerekli sinyali göndermekte, bu sinyal üzerine de ana bellek BAY de belirtilen adresdeki deyimi işlemcinin BVY sine veri veriyolu üzerinden aktarmaktadır. b) DY de depolanan deyim, KB tarafından alınarak yorumlanmakta ve gerekli donanım birimlerine komut sinyalleri gönderilmektedir. KB, tüm deyimleri bellekte bulunuş sıralarına göre işlemektedir. Bu işlem sırasını belirleyebilmek için de Program Sayacı (PS; PC: Program Counter) veya Sıra Kontrol Yazmacı (SKY; SCR: Sequence Control Register) olarak adlandırılan bir yazmaç kullanılmaktadır. PS, bir sonra işlenecek olan deyimin adresini kendisinde bulundurmaktadır. Her deyimin işlenmesi öncesinde PS de bulunan bilgiler BAY ye kopyalanmaktadır. KB her deyimi getirdikten sonra PS nin değerini bir arttırmaktadır. Böylece PS çoğunlukla bir sonra getirilecek ve işlenecek olan deyimin bellek adresini içermektedir. Eğer işlenecek

84 Bilgisayar Donanımı 84 olan deyim bir döngüde işlenemeyecek kadar büyük ise, o durumda PS her iki bilgi alınışında bir kez arttırılmaktadır. Bilgisayarların 8, 16, 32 veya 64 bitlik olmaları bu durum ile doğrudan ilgili olmaktadır. 8 bitlik bir bilgisayarda bir deyimin KB tarafından alınması ve işlenmesi dört zaman dilimi gerektirirken, aynı işlem 32 bitlik bir bilgisayarda yalnızca bir zaman diliminde gerçekleştirilmektedir. Kontrol biriminin bir tek deyimi değil de, 1 den fazla deyimi arka arkaya alması da sözkonusu olmaktadır. Bu durumda işlenecek olan ardışık birkaç deyim alınmakta ve DY ye bilgi aktaracak olan bir dizi yazmaça yerleştirilmektedirler. Sırası gelen deyim işlenmekte, bu deyimin işlenmesi sırasında da DY öncesindeki boşalan yazmaçlara yeniden bilgi alınmaktadır. Bu işleme ardalama (pipelining) denilmektedir Aritmetik ve Mantık Birimi Aritmetik ve Mantık Birimi (AMB), toplama, çıkarma, çarpma ve bölme gibi matematiksel işlemler ile iki verinin karşılaştırılması gibi mantıksal işlemleri gerçekleştirmektedir. İşlenecek olan veriler, KB tarafından ana bellekten alınarak BVY aracılığı ile AMB içinde bulunan BK lere aktarılmaktadırlar. Bu aşama, ana bellekten verilerin yüklenmesi olarak adlandırılmaktadır. AMB, KB tarafından kendisine aktarılan veriler üzerinde istenen işlemleri gerçekleştirmekte, sonuçları VY içine aktarmaktadır. AMB, işlemleri gerçekleştirirken, mikroişlemci içinde bulunan İŞLENEN ve SONUÇ yazmaçlarını da kullanmaktadır. Veri yazmaçlarından alınan sonuçlar KB denetiminde ana bellekte depolanmaktadır. Bu aşama depolama olarak adlandırılmaktadır. Kelime uzunluğu, aynı anda işlenebilecek bit sayısını ifade ettiğinden, işlemlerin gerçekleştirilmesinde de önemli olmaktadır. Örneğin, 32 bit uzunluğundaki sayılar, 16 bit işlem yapabilen bir makinede iki ayrı parça halinde AMB tarafından işlenmekte, bu da işlemlerin gerçekleştirilmesinde zaman kaybına neden olmaktadır. AMB, mantıksal işlemlerin gerçekleştirilmesi sayesinde de bilgisayara karar verme yetisi kazandırmaktadır. Bu yeti, bir işlem sonucunun hangi deyimin KB tarafından yükleneceğini belirlemesi ile mümkün olabilmektedir Güncel İşlemci Mimarileri Günümüzde kullanılan 16 ve 32 bitlik mikroişlemcilerde kullanılan deyim kümeleri, 1960 lı yıllarda kullanılan deyim kümelerinden daha fazla sayıda ve daha karmaşık deyimler içermektedir. Ancak, karmaşık ve fazla sayıda deyimlerle işlem yapmak, bilgisayarların performanslarını etkilediğinden, bazı mikroişlemci üreticileri daha az deyim içeren deyim kümelerine sahip mikroişlemciler üretmeye başlamışlardır. Bu tür işlemcilerin kullanıldığı bilgisayarlar, Azaltılmış Deyim Kümeli Bilgisayar (ADKB; RISC:Reduced Instruction Set Computer) olarak adlandırılmaktadırlar. Klasik mikroişlemcilere sahip bilgisayarlar ise Karmaşık Deyim Kümeli Bilgisayar (KDKB; CISC: Complex Instruction Set Computer) olarak adlandırılmaktadırlar. RISC mimarisine sahip olan bilgisayarlar,cisc mimarisine sahip olanlara göre çok yüksek performansa sahiptirler. CISC mimarisinde yalnızca bir tek deyim ile gerçekleştirilen bir işlem, RISC mimarisinde birçok deyim ile gerçekleştirilebilmektedir. Bu nedenle, bir saniyede işlenen deyim sayısı da bir karşılaştırma faktörü olamadığı için, her iki mimariye sahip olan bilgisayarların biribirleri ile karşılaştırılmaları zor olmaktadır. Aynı zamanda, RISC makinelerdeki makine dili programları, CISC eşdeğerlerine göre daha fazla sayıda deyim içermekte ve daha fazla bellek kaplamaktadır. Günümüzde karşılaşılan RISC makinelerden bazıları, IBM tarafından üretilen IBM RS serisi, SUN SPARC ve HP tarafından üretilen ALPHA makineleridir Diğer Mimari Özellikler Açık Sistem Mimarisi, Çekirdek ve Kabuk Yazılımları Günümüzde kullanılan bilgisayar mimarisi Açık Mimari olarak adlandırılmaktadır. Açık mimari yapısında, bilgisayar sistemine bir veriyolu aracılığı ile, değişik firmalar tarafından ve belirli standartlarda üretilmiş donanımlar eklenebilmektedir. Küçük bilgisayar sistemlerinin mimarileri genelde Şekil 166 da verildiği gibi olmaktadır. Her bilgisayar sisteminde bir işlemci, bellek, disk birimi, klavye, ekran ve isteğe bağlı olarak bir de yazıcı bulunabilmektedir. Bunların dışında birçok bilgisayar donanımı da sistemlerde kullanılabilmektedir.

85 Bilgisayar Donanımı 85 Bir bilgisayar sisteminde ana bellek, Yalnızca Okunabilir Bellek (YOB; ROM: Read Only Memory) ve Rastgele Erişimli Bellek (REB; RAM:Random Access Memory) olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Bir mikrobilgisayar sistemi açılmak istendiğinde YOB içinde bulunan deyimler devreye girmektedir. Bu işlem, sistemi açma işleminin otomatik olarak gerçekleşen bir parçasıdır. Bir sistemi açma işlemi önyükleme (boot) olarak da adlandırılmaktadır. YOB içindeki deyimler, belleğin takılıp takılmadığı, işlemcinin olup olmadığı gibi basit donanım kontrollerini de gerçekleştirmektedirler. Yalnızca mikrobilgisayarlarda değil, birçok bilgisayarda, önyükleme işlemi sonucunda YOB içinde bulunan bir yükleme programı (loader), disk üzerinde bulunan işletim sistemi çekirdek programlarını da belleğe yüklemektedir. Çekirdek programları, donanım üzerindeki temel kontrol işlemlerini gerçekleştirmekte ve daha üst seviyeli yazılımların bu donanımı kullanmalarını sağlamaktadırlar Önbellek Birimleri Şekil 162 Bir mikrobilgisayar sisteminin genel mimarisi Bilgisayarlarda sık kullanılan bilgilere hızlı erişimi sağlamak için, özel bir bellek türü olan önbellek (cache) bellekler kullanılmaktadır. Bu bellekler Yüksek Hızlı Rasgele Erişimli Bellek (High Speed Random Access Memory) olarak da adlandırılmakta ve işlemci ile uyum içinde olacak kadar yüksek hızlara sahip olmaktadırlar. Bu belleklerde, diskten en son okunan bilgiler tutulmakta, ileride bunlara yeniden erişilmesi gerektiğinde, disk erişimi olmaksızın erişimi sağlamaktadır. Önbellekler işlemcilerde, disklerde ve bilgisayar sistemi üzerinde ayrı ayrı bulunabilmektedirler Çok İşlemcili Sistemler Günümüzde 1 den fazla işlemciye sahip olan sistemler yalnızca iş ortamlarında değil, artık ev ortamlarında da kullanılabilir hale gelmiştir. Bu tür sistemlerde, sistem üzerinde iki veya daha fazla işlemci bulunmakta, bu sayede gerek sistem performansı artmakta, gerekse de herhangi bir arıza durumunda sistemin hizmet dışı kalması önlenmiş olmaktadır. Ayrıca, işlemciler arasında yük paylaşımı yapılabilmekte, gerektiğinde de belirli işlemlerin belirli işlemciler tarafından yapılmaları da mümkün olmaktadır (Şekil 167). Çok işlemcili sistemlerde, işlemcilerin kullanımı iki şekilde mümkün olabilmektedir. Bakışımsız (asymmetric) sistemlerde işlemcilerin bir tanesi ana işlemci olmakta, diğerleri ise yardımcı işlemci olarak hizmet vermektedirler. Ana işlemci, işletim sistemi üzerinde çekirdek işlemlerini yürütmek, sistemi denetlemek gibi özel görevlere de sahipken, yardımcı işlemciler işletim sistemi ile ilgili herhangi bir iş yapmamakta, yalnızca uygulama yazılımları ile ilgili işlemleri gerçekleştirmektedirler. Yardımcı işlemciler herhangi bir şekilde işletim sistemi ile ilgili işlemler yapmak durumunda kaldıklarında ana işlemciyi beklemekte, ana işlemciye isteklerini aktarmakta ve ana işlemci tarafından gerçekleştirilen işlem sonuçlarını almaktadırlar. Bu durum da ana işlemcide bir işlem darboğazı yaratabilmektedir.

86 Bilgisayar Donanımı 86 Şekil 163 Çok işlemcili bir sistemin genel yapısı Bakışımlı (symmetric) sistemlerde, tüm işlemciler eşit konumda olup, hepsinin de işletim sistemi ile ilgili işlemleri yürütmek yetkileri bulunmaktadır. Bu yöntem bakışımsız sistemlerde sözkonusu olan darboğazın aşılmasını sağlamaktadır. Bakışımlı sistemlerin uygulanması teknik olarak daha zor olsa da, darboğaz olmayışı ve yüksek performans değerlerine erişilebilinmesi bu sistemlerin kullanımını yaygınlaştırmaktadır Alternatif Mimariler Değişik uygulamalar için kullanılan ve değişik özelliklere sahip bilgisayarlar bulunmasına rağmen, özellikle yüksek hız ve hesaplama kapasitesi sağlamak amacıyla alternatif mimariler geliştirilmektedir. Bu mimarilerden başta gelenleri: dır. Ardışık Makineler (Pipeline Machines) Dizi İşlemciler (Array Processors) Koşut Makineler (Parallel Machines) Ardışık Makinelerde, bilgi alma-işleme aşamasının her bir basamağı ayrı bir donanım parçası tarafından yerine getirilmektedir. Bu yöntemde, işlemcide aynı zaman diliminde 1 den daha fazla deyim işlenmektedir. Dizin işlemcilerde, bir tane Kontrol Birimi olmasına karşın, koşut çalışabilen 1 den fazla Aritmetik ve Mantıksal Birim bulunmaktadır. Bu türdeki bilgisayarlar, farklı bilgilerin aynı türde işlemlere tabi tutulduğu uygulamalar için kullanışlıdırlar. Koşut Makineler, dizin işlemcilere bir alternatif olarak ortaya çıkmışlardır. Bu makinelerde 1 den fazla işlemciye sahip olan bir makine, bir program içinde bulunan değişik işlemleri aynı anda gerçekleştirmektedir.