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. 1940 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.
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. 1.2. 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).
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).
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 11 1970 lerdeki bir Anabilgisayar Şekil 12 Anabilgisayar Şekil 13 Minibilgisayar (İş İstasyonu) Şekil 14 Mikrobilgisayar 1.3. Mekanik Hesaplayıcılar
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).
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
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. 1800 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.
Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 8 Hesaplama makinesi yapmaya çalışan kişilerin yanında, yalnızca dokuma işi ile uğraşan bir kişi olan Joseph-Marie Jacquard ın (1752-1834) 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. 1804 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.
Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 9 Jaquard ın ürettiği ve uygulamaya koyduğu bu düzenek sayesinde, dokuma işlemleri hızlanmaya ve ucuzlamaya başladı. 1812 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). 1834 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
Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 10 Birleşik Devletler deki nüfus sayımları, hesaplama makinelerinin gelişimini hızlandırıcı bir etken olmuştur. 1880 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 36 1980 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.
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. 1.4. 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
Bilgisayarların Tarihçesi ve Gelişimi 12 Bu basit anahtarların kullanımı ile, ilk sayısal bilgisayarların yapımı yönünde ilk çalışmalar başlamıştır. 1930 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, 1936-1938 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
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. 1930 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
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
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. 1951-1958 yılları arasında 48 adet UNIVAC bilgisayar Remington-Rand firmasının müşterilerine teslim edilmiştir. Şekil 53 UNIVAC Şekil 54 UNIVAC Sistem Birimi
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. 1.5. 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 (1908-1991), Walter Brattain (1902-1987) ve William Shockley (1910-1989) 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
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
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. 1.6. 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. 1958 yılında Texas Instruments da çalışan Jack Kilby (1923-...) ve Fairchild Semiconductor da çalışan Robert Noyce un (1927-1990) 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).
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. 1965 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. 1.7. 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.
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 (1926-...), bir yonga üzerine monte edilebilen transistör sayısının her 12-18 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. 1974 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.