BİLGİ TEKNOLOJİLERİNE GİRİŞ İÇİNDEKİLER Veri, Bilgi ve Enformasyon Bilgisayar Kuşakları Bilgisayarların Sınıflandırılması Amaçlarına Göre Bilgisayarlar Hacimlerine Göre Bilgisayarlar Bilgisayarda Yapılan Temel İşlemler Bilgisayarda Kullanılan Sayı Sistemleri Bilgisayarlarda Veri Kodlama Sistemleri Saklama ve İletimde Kullanılan Ölçü Birimleri TEMEL BİLGİ TEKNOLOJİLERİ I Yrd. Doç. Dr. Serkan YILDIRIM HEDEFLER Bu üniteyi çalıştıktan sonra; Bilgi teknolojilerindeki tarihi gelişim evrelerini ifade edebilecek, Bilgisayarları sınıflandırabilecek, Bilgi teknolojileri ile ilgili temel kavramları tanımlayabilecek, Bilgisayar kuşaklarını ve özelliklerini açıklayabilecek, Veri kodlama yapılarını tanımlayabileceksiniz. ÜNİTE 1
GİRİŞ İnsanlık, yaratılışından itibaren yeni bilgiler üretmekte ve karşılaştıkları problemlere çeşitli çözüm yolları geliştirmektedir. Karşılaşılan problemlerin çözümü, gelişimi ve değişimi ortaya çıkarmaktadır. Bu süreç her an gerçekleşmekte ve aralıksız olarak devam etmektedir. Her geçen gün yeni teknolojilerin ortaya çıkması ile artan bir ivme kazanan bu süreç, teknoloji çağına ulaşmamızı ve bilgi teknolojilerini her alanda kullanmamızı sağlamıştır. Günümüzde bilgi teknolojileri, yaşamın hemen hemen her alanında insanlara hizmet etmektedir. Günlük yaşantımızda kullandığımız bir mutfak gerecinden televizyona, cep telefonundan insansız hava araçlarına kadar çok geniş bir yelpazede bilgi tekjnolojilerinin ürünlerini görmek mümkündür. Bakıldığı zaman birbirinden çok farklı olarak algılanan ve karmaşık olarak nitelendirilen bu teknolojilerin ortak bir temeli bulunmaktadır. Bu temel yapı bilgi teknolojileri olarak isimlendirilebilir. Bu kitap bilgi teknolojilerinin temel bileşenlerini, bilgisayar sistemlerini ve bu sistemleri verimli bir şekilde kullanabilmek için geliştirilmiş donanım ve yazılımların tanıtımını içermektedir. Bu bölümde temel bilgi teknolojilerinin terminolojisi, bilgisayar teknolojisi, bilgisayar kuşakları ve veri kodlama yöntemlerinden bahsedilecektir. VERİ, BİLGİ VE ENFORMASYON Bilişimde veri; olgu, kavram veya komutların iletişim, yorum ve işlem için elverişli biçimde gösterimidir. Her alanda olduğu gibi bilgi teknolojileri alanında da önemli terimler bulunmaktadır. Bilgi teknolojilerinde kullanılan terimler anlam bakımından günlük hayatta kullanılan benzerlerinden farklılıklar gösterebilmektedir. Bu nedenle bilgi teknolojilerini anlamak ve işleyişleri hakkında fikir sahibi olabilmek için temel terimler hakkında bilgi sahibi olmak gerekir. Veri; sayılar, rakamlar, sözcükler, metinler, resimler, olaylar vb. biçiminde temsil edilen ham gerçekliklerdir. Verinin belli bir amacı, hızı, sıklığı, türü, maliyeti, yoğunluğu, vb. özellikleri vardır. Sözlük anlamıyla veri; bir araştırmanın, bir tartışmanın, bir muhakemenin temeli olan ana öge, muta, donedir. Bilişimde veri (data); olgu, kavram veya komutların iletişim, yorum ve işlem için elverişli biçimde gösterimidir. Bilgi ve Enformasyon kavramları dilimizde sıklıkla kullanılan ve genel olarak eş anlamlı olarak kabul gören ifadelerdir. Aslına bakıldığında bu iki kavramın ilişkili olduğunu fakat eş anlamlı olmadığını anlamak mümkündür. Enformasyon veya Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 2
eskilerin deyimiyle malumat, herhangi bir konu ile ilgili bir bilinmeyeni (belirsizliği) giderme konusunda yardımcı olan betimleyici ifadelerdir. Örneğin, bir sinemada hangi filmin gösterildiği, havanın nasıl olacağı veya aradığımız bir kitabın hangi kütüphanede veya kitapçıda olduğu, bilgi değil, enformasyon sahibi olmaktır. Bilgi, olguları ve olayları tanıma, anlama ve özellikle açıklamaya yönelik, eğitim, gözlem, araştırma veya deneyim yoluyla elde edilen ve bütün bunların insanın zihinsel değerlendirmesi neticesinde ortaya çıkan olgular veya fikirlerdir. Bilgiye, bir çeşit işlenmiş enformasyon da diyebiliriz. Örneğin, kredi kartlarının sağladığı veriler/enformasyon analiz edilerek, kredi kart sahiplerinin hakkında cinsiyet, yaş ve gelir durumlarına göre harcama alışkanlıkları konusunda bilgi sahibi olabiliriz. Gazeteler, reklamlar, bilgisayarlar, büro araç-gereçleri bilgi sektörünün değil, enformasyon sektörünün ürünleridir. Görüldüğü gibi enformasyon ve bilgi sözcükleri arasında belirgin bir anlam farkı vardır. Örneğin, bir kullanıcının Excel'de yazdığı kod bilgi sidir. O kodun işlediği rakamlar data dır. O rakamlardan Excel'in türettiği ve kullanıcının karar vermek için kullandığı rakamlar, information dır. Bilgi elde etmek ve yeni süreçler oluşturabilmek için verilerin kullanılması gerekmektedir. Bu ihtiyaç karşımıza veri işleme kavramını çıkarmaktadır. Veri işleme mevcut verilerin bir araya getirilmesi ve belirli bir amaca hizmet edebilecek yeni bir forma kavuşturulması işlemi olarak tanımlanabilir. Zamanın teknolojisi ve ihtiyaçlar doğrultusunda gerçekleştirilen veri işleme süreci günümüzde bilgisayarlar vasıtasıyla gerçekleştirilmektedir. Veriler günümüzde en hızlı, doğru ve kolay olarak bilgisayarlar yoluyla işlenmektedirler. Tarihi süreç içerisinde çeşitli şekillerde veri işleme metotları kullanılmıştır. Veri işleme metotları ve kullanılan araçlar göz önünde bulundurularak veri işleme süreçleri 4 temel evreye ayrılabilir. Bu bölümde günümüze kadar veri işleme süreçlerinin nasıl meydana geldiğine yönelik bilgiler sunulacaktır. Veri İşlemenin Evreleri Tarihi süreç incelendiğinde veri işlemenin dört evre geçirdiği görülmektedir. Bunlar; el yordamıyla veri işleme, mekanik veri işleme, elektromekanik veri işleme ve son olarak elektronik veri işleme evreleri olarak kategorize edilmektedir. Veri işleme evrelerinin sınıflanmasında veri işleme sürecinde yapılan işlemler dikkate alınmıştır. Bu kitapta veri işleme evrelerinin özelliklerine göre bir sınıflama kullanılmıştır. Bu nedenle mevcut veri işleme süreci ile yeni veri işleme süreçlerinin eş zamanlı yürüdüğü anlar mevcuttur. Şimdi kronolojik olarak veri işleme süreçlerini ele alalım. Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 3
El yordamıyla veri işleme Veriler üzerinde yapılan işlemlerin el yordamı ile gerçekleştirildiği evredir. İlk veri işleme evresini kapsayan bu dönem milattan önceki tarihlere kadar uzanmaktadır. Dünyadaki en eski kanunlardan olarak bilinen Hammurabi kanunlarında, sayılar ile ifade edilen ceza ve ölçü ifadelerinin yer alması veri işlemenin ne kadar uzun bir geçmişe sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Ayrıca Mısırlıların papirüs ve parşömen adı verilen sayfalara ve Babilli tüccarların tabletler üzerlerine kayıt almaları veri saklamanın ilkel bir metodu olarak ifade edilebilir. Tarihsel olarak en eski hesaplama aracı Çin de kullanılmaya başlanan ve basit aritmetiksel işlemleri yapmakta kullanılan Abaküs tür. Tarihsel olarak en eski hesaplama aracı Çin de kullanılmaya başlanan ve basit aritmetiksel işlemleri yapmakta kullanılan Abaküs tür. Abaküs el yordamı ile veri işleme için geliştirilmiş bir araç olarak tanımlanabilir. Bu araç 2000 yıldan fazla süredir bilinmekte ve yaygın olarak kullanılmaktadır. Abaküs, günümüz okul öncesi ve ilköğretim başlangıç sınıflarında temel sayı sayma aracı olarak kullanılmaya devam edilmektedir. Mekanik veri işleme Mekanik veri işleme evresi, veri işleme sürecinde mekanik araçların kullanılmasını kapsamaktadır. Bu süreçte günümüz için basit olan hesaplamaları yapmak için mekanik cihazlar geliştirilmiştir. Veri işleme konusunda 16. yüzyıl başlarına kadar mekanik bir araç ortaya konulamamış, bu iş ilkel metotlarla yapıla gelmiştir. 1614 yılında İskoçyalı Jhon Napier adlı düşünür, Napier Kemikleri (Napier Bones) adını verdiği, logaritma prensiplerine göre çalışan bir araç geliştirmiştir (Resim 1). Napier kemikleri gibi veri işleme sürecini hızlandıracak çalışmalar devam etmiştir. Özellikle kayıt tutma teknikleri, Yunanlılar tarafından yapılan kayıt denetimleri ve Romalılar tarafından yapılan bütçeler gibi yeniliklerle yüzyıllar boyunca gelişmeye devam etmiştir. Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 4
Resim 1. Napier Bones (http://edinatuition.files.wordpress.com/2012/10/napiersbones3.jpg) İlk mekanik hesaplama cihazı 1642 yılında Fransız bilim adamı Blaise Pascal tarafından geliştirilmiştir (Resim 2). Yaklaşık 30 yıl sonra, bir Alman matematikçisi Gottfried von Leibniz, toplama, çıkarma, çarpma ve bölme yapabilen bir cihaz geliştirerek Pascal ın icadını daha da ileriye götürmüştür. İlk mekanik hesaplama cihazı 1642 yılında Fransız bilim adamı Blaise Pascal tarafından geliştirilmiştir. Resim 2. Pascal'ın Hesap Makinesi (Replica) (http://www.sciencemuseum.org.uk/images/object_images/535x535/10323187.jp g) Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 5
1820 yılında Charles Xavier Thomas, dört işlem yapabilen ilk mekanik hesap makinesini yapmıştır. Fark Makinesi olarak adlandırılan bu otomatik mekanik hesap makinesinin küçük bir modelini 1822 de tasarlamıştır (Resim 3). Charles Xavier Thomas, 1923 yılında cihazın sabit talimat programıyla kumanda edilen ve buharla çalışan tam otomatik modelini tasarlamıştır. Resim 3. Fark Makinesi (http://e-bergi.com/media/images/2009-mayisfark_makinesi.jpg) Elektromekanik veri işleme Elektromekanik veri işleme adından da anlaşılabileceği gibi veri işleme sürecinin elektromekanik cihazlar yardımı ile gerçekleştirilmesi olarak tanımlanmaktadır. Elektromekanik veri işleme sürecinde kullanılan sistemler, tek bir işlem için kullanılabilen yapılardır ve hem elektronik hem de mekanik bileşenler barındırmaktadırlar. Elektronik sistemler için herhangi bir yazılım söz konusu değildir. Bu dönemin temel teknolojileri arasında delikli kartlar ve bu kartları çalıştıran cihaz gösterilebilir. 1880 li yıllarda elektromanyetik delikli kart teçhizatı keşfedildi. Aslında delikli kartların tarihi, Joseph Marie Jacquard isimli bir Fransız dokumacının, mekanik dokuma tezgâhlarını kontrol etmek için bu kartları icat ettiği 1801 yılına kadar uzanmaktadır. Amerikan nüfus idaresinin nüfus sayımı işlemini gerçekleştirecek bir çözüm için görevlendirdiği Herman Hollerith, makine tarafından okunabilir kart kavramını geliştirdi ve nüfus sayımı makinesi diye adlandırılan bir cihaz tasarladı. Hollerith in metoduyla, nüfus sayımı için gerekli zaman sekizde bire düştü ve Hollerith bu teçhizatı ticari kullanıma sundu. Delikli kart, giriş verilerinin kartlarda delik açmak suretiyle kodlanmış bir yapıda kaydedilmesi şeklindeki bir fikre dayalı Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 6
idi. Daha sonra bu kartlar, işlem adımlarını icra eden elektromanyetik makinelerle besleniyordu. Delikli kartlarla bilgi işleme metodunun el ile icra edilen metotlardan çok daha hızlı ve elde edilen sonuçların daha iyi olmasına rağmen, bu makinelerin çalıştırılması, beslenmesi ve durdurulması için insan gücü gerekiyordu. Howard Hathaway Aiken in yönettiği bir ekip 1937 yılında Mark-1 adı verilen ilk otomatik dijital bilgisayarı yapmayı başarmıştır. Bu dönemde ortaya çıkan bir diğer veri işleme aracı Mark-1 dir (Resim 4). Mark-1 isimli ilk otomatik dijital bilgisayar, Howard Hathaway Aiken in yönettiği bir ekip tarafından 1937 yılında yapılmıştır. Elektromekanik rölelerle ve delikli kart sistemi ile çalışan bu bilgisayar, dört işlemin yanı sıra logaritmik ve trigonometrik fonksiyonları çözümleyebiliyordu. Otomatik çalışması ve uzun işlemleri tamamlayabilmesi gibi özellikleri ile Mark-1, bugünkü anlamda bilgisayar döneminin başlamasını sağlayan temel yapı olmuştur. Resim 4. Mark-1 Bilgisayar (http://archive.wired.com/images/article/full/2008/08/ibm_mark1_500px.jpg) Elektronik veri işleme Günümüzde kullanılan veri işleme sürecidir. Elektronik veri işleme elektronik ortamlarda gerçekleştirilmekte ve veri işleme sürecinde mekanik aygıtlara ihtiyaç duyulmamaktadır. Bu süreç ilk elektronik bilgisayarın icadı ile başlayıp günümüze kadar uzanmaktadır. Elektronik veri işlemenin gelişimi ve ilerleyişi, bilgisayarın gelişimi ve ilerleyişi ile paralellik göstermektedir. Bu dönemin başlarında fonksiyonları sınırlı ve oldukça fazla fiziki alan kaplayan cihazlar üretilirken günümüzde çok küçük boyutlara sahip olmalarına rağmen çok hızlı veri işleme yapabilen cihazlar bulunmaktadır. Bu bilgisayara Atanasoff-Berry Computer ya da kısaca ABC ismi verilmiştir. İlk prototip elektronik bilgisayar, Iowa State College da matematik ve fizik profesörü olan Dr. John Vincent Atanasoff tarafından tasarlanmıştır. 1937-38 yıllarını kapsayan kış ayarında geliştirilen bilgisayar, kaydetme ve aritmetik-mantık fonksiyonları için vakum tüplerini kullanmaktaydı. Simültane eşitlik sistemlerini çözmek amacıyla geliştirilmiş özel amaçlı bu bilgisayara da Atanasoff-Berry Computer ABC ismi verildi (Resim 5). Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 7
Resim 5. Atanasof Berry Computer (Replica) (http://s7.computerhistory.org/is/image/chm/500002003p-03-01?$re-storyhero$) J. W. Mauchly ve J.Presper Eckert 1940 lı yılların başlarında genel amaçlı kullanımlara hizmet edebilecek kapasiteye sahip ENIAC isimli bilgisayarı yaptılar. ENIAC genel amaçlı ilk elektronik bilgisayardı. ABD ordusu tarafından finanse edilen ENIAC gizli bir savaş projesi olarak yapıldı. 18000 vakum tüpünün kullanıldığı ENIAC ın ağırlığı 30 tondu ve yaklaşık 140 m 2 lik bir boyuta sahipti. Devasa yapısına rağmen saniyede 300 çarpma işlemi yapabilen ENIAC (Resim 6), o günün şartlarında, mevcut bilgisayarlardan 300 kez daha hızlı idi. Resim 6. ENIAC (http://mathsci.ucd.ie/~plynch/eniac/eniac.jpg) Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 8
1940 lı yılların ortalarında John Von Neuman, H. H. Goldstine ve A. W. Burks; Bilgisayarların inşasında ikili sayı sisteminin kullanılabileceği, Hem bilgisayar programlarının hem de verilerin bilgisayarda dahili olarak saklanabileceği fikrini ortaya attılar. Bu fikirleri temel alan, Mauchly ve Eckert tarafından geliştirilen ilk UNIVAC-1, 1951 yılı başlarında nüfus idaresinde kullanılmaya başlanmıştır. Bu temel adımın ardından bilgisayarlar hızla gelişim göstermiştir. Bugün modern bilgisayarın büyük bir bölümü Neumann ın ortaya attığı tasarım kavramlarını kullanmaya devam ettikleri için Von Neumann makineleri olarak bilinmektedir. Hızlı bir şekilde gelişen ve daha kullanılabilir hâle gelen bilgisayarlar günlük hayatımızın vazgeçilmez bir parçası hâline gelmiştir. İlk zamanlarında çok büyük boyutlara sahip olan bu cihazlar günümüzde her an yanımızda taşıyabileceğimiz farklı formlara bürünmüşlerdir. Bu bölümde bilgisayarların gelişimi ve günümüze kadar geçirdikleri değişimler üzerinde durulacaktır. BİLGİSAYAR KUŞAKLARI Bilgi-işlem ve kayıt tutma amacıyla üretilen ilk bilgisayar UNIVAC-1 dir. Ortaya çıktığı 1940 lı yıllardan bu yana sayısal bilgisayarlar, başka hiçbir teknolojide görülmeyen hızlı bir gelişim göstermiştir. Bu gelişimi, bilgisayarların potansiyeli ve getirdiği yenilikler ile ilişkilendirmek mümkündür. Günümüze kadar bilgisayarlar kapasite, işleyiş ve hacim olarak birçok değişim yaşamışlardır. Bu değişim süreçleri, 4 ana dönemde incelenebilir. Diğer bir ifade ile dört farklı Bilgisayar Kuşağından söz edilebilir. Bilgisayarların tarihsel gelişim süreçlerinin kuşaklara ayırımında ifade edilen tarihler, çeşitli kaynaklarda farklılıklar gösterebilmektedir. Bu durum bazı yazarların kuşak değişmesine neden olan teknolojinin icat edilmesini, bazılarının ise teknolojinin bilgisayarlarda kullanıldığı tarihi esas almalarından kaynaklanmaktadır. Tarihlerin farklı olabilmesine karşın ortak olan nokta, bilgisayarların 4 kuşaktan oluştuğudur. Bilgisayar kuşakları şöyledir; Birinci Kuşak Bilgisayarlar (1950-58) Yapımında, lambaların (vakumlu tüpler) kullanıldığı ilk bilgisayarlardır. İlk kuşakta yer alan bilgisayarlarda birçok lamba kullanılıyordu. Bu bilgisayarlar çok fazla yer kaplıyor ve aşırı düzeyde enerji tüketiyorlardı. Lambaların kullanımı ve aşırı enerji tüketimi bilgisayarların aşırı derecede ısınmalarına neden oluyordu. Birinci kuşak bilgisayarlar sürekli bakım gerektiriyorlar, çalıştıklarında çok fazla Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 9
Lambaların (vakumlu tüpler) kullanıldığı ilk bilgisayarlardır. Elektrik, elektronik alanındaki hızlı gelişmeler bilgisayar alanındaki çalışmaları ve gelişmeleri inanılmaz ölçüde artırmıştır. ısındıkları için pahalı soğutma sistemlerine ihtiyaç duyuyorlardı. Ayrıca bu bilgisayarları, sadece makinenin yapısını ve işleyişini çok iyi bilen uzmanlar kullanabiliyordu. Oldukları yerde inşa edildikleri için her modelinden bir adet üretilebilen bu bilgisayarların yapımı çok zor, uzun süreli ve pahalı oluyordu. Bu tür bilgisayarlar devlet kurumları için, özellikle de askerî amaçlar için kullanılmak üzere yapılmışlardı. Örneğin bu bilgisayarlar, askerî bir uçaktan atılacak bombanın yörüngesinin hesaplanmasında kullanılmıştır. Üretimleri gibi bu tür bilgisayarların kullandığı programlar ve programlama dilleri de makineye özel idi. Örneğin bir bilgisayar için geliştirilen bir yazılım diğer bir bilgisayarda çalışmıyordu. Tamamen makine dili ile yapılan programlama işlemi oldukça güç ve karmaşık süreçleri gerektiriyordu. Ayrıca bazı durumlarda programlama süreci esnasında tüm sistemin kablo bağlantıları değiştiriliyordu. İlk ticari amaçlı birinci kuşak bilgisayar, UNIVAC-1 adıyla 1952 yılında piyasaya sürüldü. Birinci kuşak bilgisayarların kullanımı, yüksek maliyetleri ve kullanımlarındaki karmaşık işlemlerinden dolayı kamu kurumları ve üniversiteler ile sınırlı kaldı. Ayrıca bu bilgisayarlar ticari işletmelerin muhasebe işlemleri için kullanılmışlardır. İkinci Kuşak (1958-64) İlk ticari amaçlı birinci kuşak bilgisayar, UNIVAC-1 adıyla 1952 yılında piyasaya sürüldü. İkinci kuşak bilgisayarlar birçok teknolojik gelişim ile ortaya çıkmışlardır. Yarı iletken maddelerin üretimi ile vakumlu lambaların yaptığı işleri yapabilen, ısı problemi oluşturmayan, hacim olarak oldukça az yer tutan Transistör bulundu. Transistörler yardımıyla, vakum tüplerinin kullanıldığı bilgisayarlardan çok daha hızlı ve güvenilir bilgisayarlar yapmak mümkün oldu. Bu büyük değişim ikinci kuşak bilgisayarların oluşmasını sağladı. Ayrıca ikinci kuşak bilgisayarların gelişimine paralel olarak, transistörler, küçük silikon yongalar (chip) ve bilgisayarlarda kullanılan diğer bileşenleri üreten bilgisayar endüstrisi de ivme kazandı. İkinci kuşak bilgisayarlarda verileri saklaması için yeni ortamlar kullanılmıştır. Bu kuşaktaki bilgisayarlarda manyetik ortamlar kullanılmıştır. Temel saklama işlemi için Çekirdek Bellek adı verilen manyetik ortamlar, yardımcı bellek için de manyetik teypler kullanılmıştır. Veri saklama teknolojilerindeki gelişmeler devam edip manyetik diskler üretildikten sonra bu kuşaktaki bilgisayarlarda daha kullanışlı ve güvenilir bir ortam olduğu için manyetik diskler tercih edilmiştir. İkinci kuşak bilgisayarlar atalarına göre daha küçük, hızlı ve yüksek kapasiteye sahiptiler. Makine dilinde program yazma pratiği bu kuşağı kapsayan sürede yüksek seviyeli programlama dillerinin kullanımı yolunu açmıştır. Bu durum daha etkili ve yetenekli bilgisayarların oluşmasını sağlamıştır. Önceleri, bilgisayar Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 10
programlama süreci makinenin yapısına bağımlı iken, ikinci kuşak bilgisayarlarla birlikte makinenin donanımından bağımsız kavramsal programlama dilleri ortaya çıkmıştır. Programcının, makinenin yapısını bilmek zorunda kalmadan program yazabilmesine imkân sağlayan üst düzey programlama dilleri ve donanımlar arasında iletişim kuran İşletim Sistemi bu dönemde geliştirilmiştir. Üçüncü Kuşak (1965-71) Üçüncü kuşağın, transistörlerin yerine yüzlerce transistörün işlevini yerine getirebilen Entegre devrelerin kullanılmasıyla başladığı kabul edilir. Transistörlerin yerine yüzlerce transistörün işlevini yerine getirebilen Entegre devrelerin kullanılmasıyla bilgisayarlarda üçüncü kuşağın başladığı kabul edilir. Önceleri programcılar kendi veri ve programlarını hazırlar ve işlem için bilgisayar merkezine teslim ederlerdi. Bilgisayar merkezi bu işleri bir araya getirir ve daha önceden planlanmış aralıklarla yığınlar hâlinde bilgisayara verirlerdi. Bu yığın işlem yaklaşımından ortaya çıkan kaçınılmaz gecikme kullanıcılar için rahatsızlık verici bir durumdu. Bu duruma çare bulmak için, Dartmouth College da profesör olarak görev yapan John Kemeny ve Thomas Kurtz isimli araştırmacılar zaman paylaşımı (timesharing) kavramı üzerinde çalışmaya başladılar. Zaman paylaşımı, bir sistemin nispeten düşük hızlı da olsa on-line, birbirinden bağımsız ve aynı anda kullanılabilen istasyonlarla işletimini ifade etmek için kullanılan bir terimdir. Bu tür sistemlerde her bir istasyon, kullanıcıların merkezi işlemciye doğrudan erişimini sağlar. Kemeny ve Kurtz, işlemci desteğinin bir kullanıcının istasyonundan diğerininkine değişmesine ve tüm işlem tamamlanıncaya kadar belirlenmiş bir zaman aralığı içinde her bir işin bir kısmının yapılmasına imkân veren özel programlar geliştirdiler. Üzerinde çalıştıkları etkileşimli bilgisayar çevresini daha iyi bir hâle getirebilmek için, tüm bilim dallarındaki öğrencilerin kolay öğrenebilecekleri bir programlama dili geliştirdiler. Bu dil BASIC (Beginner s All-Purpose Symbolic Instruction Code) programlama dilidir. 1960 lı yılların ikinci yarısının sonlarına kadar bilgisayar imalatçıları bilgisayar donanımını ya satıyor ya da kiraya veriyorlardı. Ancak yazılımlar için para almıyorlardı. Bilgisayar imalatçılarının ürettiği yazılımlardan daha iyi ve etkin yazılımlar üretebilen çok az sayıda bağımsız yazılım üreticisi firma vardı. Fakat 1969 yılında bu durum değişti ve IBM donanım ve yazılım fiyatlarını ayrı ayrı belirlemeye başladı. Bu durum, kullanıcıları piyasadaki en iyi yazılımları araştırmaya teşvik etti. Böylece çok sayıda yeni yazılım şirketi ortaya çıkmış, daha kaliteli ve ileri seviyeli yazılımlar üretilmeye başlanmıştır. Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 11
Dördüncü Kuşak (1971 ve sonrası) Mikroişlemciler bilgisayarın gerçekleştirmesi gereken işlemleri organize eden parçadır. Mikroişlemciye dayalı ilk kişisel bilgisayar (Personal Computer- PC) reklamı QST dergisinin Mart 1974 sayısında çıkmıştır. Microsoft firması tarafından PC lerde kullanılmak üzere DOS (Disk Operating System) isimli bir işletim sistemi geliştirilmiştir. Dördüncü kuşak, mikroişlemcilerin üretilmesiyle başlamıştır. Mikroişlemciler bilgisayarın gerçekleştirmesi gereken işlemleri yerine getiren parçalardır. Mikroişlemciler bilgisayarları daha programlanabilir hâle getirdiler. Bu sayede bilgisayarlar önceki modellere oranla daha hızlı, etkili ve işlevsel hâle gelmiş oldu. Bu kuşaktaki bilgisayarlar mikroişlemcilerin ve diğer çevre birimlerinin eklenmesi ile geniş yelpazede kullanılmaya başlandı. Bilgisayarların boyutları küçülürken işlem kapasiteleri giderek arttı. Ayrıca özel ihtiyaçlara yönelik hizmet veren farklı yapılarda birçok bilgisayar üretildi. Mikroişlemcilerin geçmişi 1960 lı yılların ikinci yarısının sonlarına dayanır. O zamanlar Datapoint şirketinde elektronik mühendisi olarak çalışan Victor Poor, bilgisayarın aritmetik-mantık ve kontrol birimlerinin tek bir silikon yonga üzerine yerleştirilebileceğini ve bu parçanın istenilen görevler yerine getirebilmek için farklı şekillerde programlanabileceğini düşünüyordu. Bu düşünceyle, Poor ve Harry Pyle bir mikroişlemci modeli geliştirdiler. Datapoint şirketi elektronik parçalar üretmediği için Poor, yonga işlemci modelini, Datapoint şirketi için üretebilecekleri umuduyla Texas Instruments ve Intel şirketlerine götürdü. Görüşmelerden netice alınamadı fakat söz konusu şirketler mikroişlemci yonga kavramını kullanmak konusunda serbest bırakıldılar ve kendi tasarım çalışmalarını yürüttüler. 1969 yılının sonlarında Intel de çalışan Marcian Ted Hoff isimli mühendisin mikroişlemci tasarımı Japon bir şirket tarafından değerlendirildi. Çalışmalar neticesinde The Intel 4004 isimli ilk mikroişlemci üretildi. Bu işlemci bir kaç işlemi icra edebiliyor ve aynı anda çok az miktarda veriyi işleyebiliyordu. Fakat bu bir başlangıç oldu çok daha güçlü işlemciler üretilmeye başlandı. 1974 yılında mikroişlemci ile çalışan ilk kişisel bilgisayar (Personal Computer-PC) Scelbi-8H satışa sunuldu ve bu bilgisayar 200 adet satıldı. Scelbi nin ardından Altair 8800 geldi. 1976 yılında genç bir Hewlett-Packard teknisyeni olan Steve Wozniak, Apple- I isimli bir bilgisayar yaptı. Bunu Apple-II takip etti ve bir anda bilgisayar endüstrisinde önemli bir yer elde etti. 1977 yılı sonuna kadar piyasada baskın olan makineler Apple-II ve TRS-80 idi. Mikroişlemcilerin üretimiyle paralel bir şekilde yazılım sektöründe de yeni gelişmeler hızla gerçekleşmekteydi. Bu dönemde Microsoft firması tarafından PC lerde kullanılmak üzere DOS (Disk Operating System) isimli bir işletim sistemi geliştirildi. MS-DOS işletim sistemi de denen bu sistem PC lerde standart hâle geldi. İşletim sistemleri ile bilgisayarların kullanımı daha kolay bir hâl aldı. İlk olarak MS- DOS gibi metin tabanlı işletim sistemleri PC lerdeki yerlerini aldılar. Bu işletim Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 12
sistemleri belirli komutları yazarak bilgisayarı kullanmaya imkân tanıyordu. İlerleyen zamanlarda grafik arayüzü bulanan işletim sistemleri geliştirildi. Günümüzde de bu işletim sistemleri kullanılmaya devam edilmektedir. Bu dönemde yazılım sektörü işletim sistemlerinin yanında kullanıcıların ihtiyaçlarını karşılayacak farklı programların geliştirilmesine de odaklandılar. Örneğin 1978 yılının sonbaharında VisiCalc isimli önemli bir yazılım piyasaya çıktı. İşlem tablosu yazılımlarının ilki olan VisiCalc satırlar ve sütunlar hâlinde organize edilen verileri işlemek ve analiz etmek için geliştirilmiş bir yazılımdı. VisiCalc ın Apple-II için yazılmış versiyonuyla Apple binlerce bilgisayar sattı. VisiCalc ın başarısıyla birlikte yeni yazılım oluşturma alanında büyük gelişimler yaşandı. 1970 li yılların son dönemlerinde PC ler evlerde, okullarda ve iş yerlerinde kullanılmaya başlanmıştır. 1970 li yılların son dönemlerinde PC ler evlerde, okullarda ve iş yerlerinde kullanılmaya başlandı. 1980 li yıllar başladığında evlerde kullanım için Atari ve Commodore şirketleri tarafından düşük maliyetli sistemler üretildi. IBM şirketi, IBM-PC ailesi bilgisayarlarla piyasaya girdi ve büyük bir başarı elde etti. 1980 li yıllarda birçok uygulamayı tek bir paket içerisinde birleştiren yeni ürünler ortaya çıktı. Özellikle Windows ve MAC OS işletim sistemlerinin geliştirilmesiyle birlikte bilgisayarlar hem grafik ara yüzüne kavuştu hem de kullanımı çok daha kolay bir hale geldi. İnternet ve mobil teknolojilerin gelişmesi ile bilgisayarlar istenilen her yerde kullanılabilen bir forma kavuştular. Günümüzde, bilgisayar yazılım ve donanımındaki gelişmeler çok büyük bir hızla devam etmektedir. Bilgisayar donanımının maliyetleri gittikçe düşme eğilimi gösterirken, her geçen gün daha kabiliyetli bir hâl alıp büyüyen yazılımların maliyetleri ise artmaktadır. Bilgisayar teknolojisindeki gelişmeler o denli hızlı gerçekleşmektedir ki hem yeni yazılımları hem de donanımları takip etmek günden güne güçleşmektedir. BİLGİSAYARLARIN SINIFLANDIRILMASI Günümüzde bilgisayarlar çok farklı özelliklere, kapasiteye ve fiziki boyutlara sahiptirler. Bu özellikler göz önünde bulundurulduğu zaman bilgisayarlar farklı şekillerde sınıflandırılabilirler. Örneğin kullanım amaçları, boyutları, kapasiteleri, sahip oldukları donanım birimleri sınıflandırma için kullanılabilir. Bu bölümde bilgisayarlar kullanım amaçlarına ve hacimlerine göre sınıflandırılmıştır. Amaçlarına Göre Bilgisayarlar Bilgisayar denilince ilk olarak aklımıza PC ler gelmektedir. Fakat bilgisayarlar sadece PC vb. formdaki makinalardan oluşmamaktadır. Farklı donanımları kullanan ve mekanik bileşenleri bulunan bilgisayarlarda bulunmaktadır. Bu açıdan bakıldığı Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 13
zaman kullanım amaçlarına göre bilgisayarlar Dijital, Analog ve Hibrit olarak üç kategoriye ayrılabilir. Dijital (sayısal) bilgisayarlar Dijital bilgisayarlar özel amaçlı (Ör: Otomatik park sistemi) ve genel amaçlı (Ör: PC) olmak üzere iki gruba ayrılır. Dijital bilgisayarlar iki tabanlı sayı sistemine göre çalışan bilgisayarlardır. Bu bilgisayarlar 0 ve 1 dijitleriyle işlem yapar ve sonuçları rakamlar, harfler ve diğer sembollerle görüntülerler. Evlerimizde kullandığımız PC ler dijital bilgisayara en güzel örneği oluşturur. Dijital bilgisayarlar da kendi içerisinde özel amaçlı ve genel amaçlı olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Özel amaçlı dijital bilgisayarlar: Özel amaçlı dijital bilgisayarlar tek bir işlemi gerçekleştirmek için tasarlanmış cihazlardır. Bu tür bilgisayarların gerçekleştireceği işlemler, hafızalarına kalıcı olacak şekilde kaydedilir. Örneğin; otomobillerdeki yakıt ve ateşleme sistemini kontrol etmek üzere kullanılan cihazlar bu tür bilgisayarlardır. Genel amaçlı dijital bilgisayarlar: Genel amaçlı dijital bilgisayarlar, farklı programları saklayabilen ve çok farklı amaçlara hizmet edebilen bir yapıya sahiptir. Günümüzde evlerimizde, okullarda, devlet dairelerinde ve diğer kurum ve kuruluşlarda sıklıkla gördüğümüz bilgisayarlar, genel amaçlı dijital bilgisayarlardır. Bu bilgisayarlar ile oyun oynamaktan ders çalışmaya, üç boyutlu filmler oluşturmaktan yakınlarımızla sohbet etmeye kadar çok farklı uygulamalar yapılabilir. Bu kitaptaki gelecek bölümlerde yer alacak bilgisayar ifadesi genel amaçlı dijital bilgisayarları kastekmektedir. Analog (örneksel) bilgisayarlar Hibrid bilgisayarlar analog ve dijital bilgisayarların özelliklerinin bir araya getirildiği bilgisayarlardır. Analog bilgisayarlar fiziksel değerleri ölçen bilgisayarlardır. Örneğin, bir akaryakıt istasyonundaki yakıt pompası yakıt akışını miktar ve fiyat cinsinden değerlere dönüştüren bir analog işlemciye (analog bilgisayar) sahiptir. Bir postanede gönderilecek paketleri tartarak bu paketlerin ağırlıklarını ve gönderme ücretini hesaplayan cihazlar ise bir başka analog bilgisayar örneğidir. Hibrid (melez) bilgisayarlar Hibrid bilgisayarlar hem analog hem de dijital bilgisayarların özelliklerini barındırırlar. Örneğin, hastanelerin yoğun bakım ünitelerinde hastalara bağlanan analog cihazlarla bir hastanın kalp atışı, ateşi veya tansiyonu gibi hayati fonksiyonları ölçülmekte, bu değerler rakamlara dönüştürülmekte ve dijital bir cihazda görüntülenmektedir. Bu işlemler için hibrid bilgisayarlar kullanılmaktadır. Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 14
Hacimlerine Göre Bilgisayarlar Bilgisayarlar hacimlerine göre kategorize edilebilmektedir. Hacimlerine göre bilgisayarlar üç kategoriye ayrılabilir. Bunlar; merkezi bilgisayar sitemleri, mikrobilgisayarlar ve ağ (network) sistemleridir. Merkezî bilgisayar sistemleri Akıllı terminaller kendi başlarına bazı işlemleri gerçekleştirebilecekle ri işlemcilere sahiptir. Bu sistemlerde yapılması gereken işlemler tek bir merkezî bilgisayarla gerçekleştirilir. Genel olarak birden fazla istemci cihaz (terminal/client) yapmak istenilen işlemler için ana bilgisayara (mainframe) başvurmakta ve işlem anabilgisayarda gerçekleştirilmektedir (Resim 7). İşlem sonuçları ise istemci bilgisayarlar üzerinden görüntülenmektedir. Merkezî bilgisayar sistemlerinde kullanılan istemci bilgisayarlar genel olarak akılsız (dumb) bilgisayarlardan oluşur. Bunun nedeni istemci bilgisayarlar üzerinde işlem gerçekleştirilmemesinden kaynaklanır. Akılsız istemci bilgisayarlar sadece ana bilgisayara bağlanmak için gerekli donanımlara sahiptirler. Bununla birlikte merkezi bilgisayar sistemlerinde PC ler gibi kendi başlarına işlem yapabilme becerisine sahip bilgisayarlar da kullanılmaktadır. Bu yapılar hem isemcide hem de ana bilgisayarda işlem yapabilme kabiliyetine sahip yapıların oluşmasını sağlamaktadır. Geçmişte akılsız terminallerden oluşan sistemler tercih edilirken günümüzde akıllı (inteligent) terminallerin kullanımı çok daha yaygındır. Merkezî sistemlerin ortak çalışma, tutarlılık sağlama, düşük maliyet gibi bazı avantajları bulunmaktadır. Bununla birlikte bu sistemlerin bazı dezavantajları bulunmaktadır. Bunlar; Ana bilgisayar arızalarında tüm sistemin kullanılamaz hâle gelmesi, Ana bilgisayar ile istemci arasındaki iletişimi sağlayan hatta problemlerin oluşabilmesi, İstemci bilgisayardan kaynaklanan problemler, Aşırı kullanımdan kaynaklanan yavaşlamalar şeklinde ifade edilebilir. Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 15
Resim 7. Ana Bilgisayar ve İstemci Bilgisayar Yapısı (http://www.ibm.com/developerworks/cloud/library/clcloudservices3saas/figure1.gif) Mikrobilgisayar sistemleri Bilgisayar ağı en az bir sunucu bilgisayar, buna bağlı istemci bilgisayarlar, anahtarlama cihazı veya router benzeri iletişim araçlarını bünyesinde bulundurur. Mikrobilgisayar sistemleri ilk olarak 1970 li yıllarda üretilmiş, fakat kullanımları 1980 li yıllarda yaygınlaşmıştır. Mikrobilgisayar kavramı farklı bir bilgisayar türü olarak algılanmamalıdır. Mikrobilgisayar ifadesi şuan kullanılan PC leri tanımlamaktadır. Bu nedenle PC ve mikrobilgisayar ifadesi birbirlerinin yerlerine kullanılabilir. Mikrobilgisayarların ardındaki felsefe, kullanıcının işini istediği anda icra etmesine yardım etmek üzere bir bilgisayarın hazır bulundurulmasıdır. Örneğin, bir yazının yazılması, grafikler hazırlanması, hesaplamalar yapılması ve kişisel takvimler tutulması gibi birçok iş, yapıları itibarıyla bireyseldir. Bu işleri yerine getirebilecek yazılımsal ve donanımsal yapıya sahip bilgisayarlar mikrobilgisayar olarak ifade edilmektedir. Günümüzde evlerde, kurum ve kuruluşlarda mikrobilgisayarlar kullanılmaktadır. Bu cihazalar hem tek başlarına hem de bir ağ üzerinde çalışabilmekte, büyük sistemlerin oluşmasını sağlayabilmekte ve kullanıcıların isteklerini rahatlıkla karşılayabilmektedirler. Ağ Sistemleri Bir bilgisayar ağı, iki veya daha fazla bilgisayarın veya yazıcı, router vb. aygıtların bir iletişim aracı üzerinden birbirlerine bağlanmasıyla oluşur. Bilgisayar ağı en az bir sunucu bilgisayar, buna bağlı istemci bilgisayarlar, anahtarlama cihazı veya router benzeri iletişim araçlarını bünyesinde bulundurur. Böyle bir ortamda kullanıcılar birçok yazılım ve donanımı paylaşabilirler. Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 16
Ağ sistemlerinde bilgisayarlar ve diğer ağ donanımları iletişim kurmaktadırlar. Ağ sistemleri kapsadıkları alanlara göre kategorize edilmekte ve büyüklüklerine göre isimlendirilmektedirler. En küçük ağ sistemi Yerel alan ağı (Local Area Network-LAN) olarak tanımlanmaktadır. Bu sistemde ağı oluşturan bileşenler, küçük bir coğrafik alanla sınırlıdır. Yerel alan ağları genel olarak bir bina veya bir bina kompleksi içerisinde kurulmaktadırlar. Bu sistemlerin hızlı veri iletimine imkan tanıyan yapıları vardır. Günümüzde yerel alan ağlarının hızları 10/100/1000 Mbps düzeyindedir. WAN, çok büyük bir coğrafi alanı içine alabileceği gibi küçük bir alanı kapsayacak şekilde de kurulabilir. Günümüzde ağ sistemleri sadece binalarla sınırlı değildir. Çok daha büyük coğrafi alanları kapsayan ağ yapıları mevcuttur. Bu ağ yapılarından biri geniş alan ağlarıdır (Wide Area Networks-WAN). Geniş alan ağları geniş bir alana hizmet eden, telefon hatlarını, uydu sistemleri, kablosuz iletişim ortamları veya bu iletişim kanallarının bir kombinasyonunu kullanan büyük ağlardır. Geniş alan ağlarını yerel alan ağlarından ayıran temel özellikler aşağıdaki gibidir; Mesafe Hız Ağ donanımları Ağ mimarisi Geniş alan ağları oldukça büyük bir coğrafi alanı kapsamalarına rağmen en büyük ölçekli ağ yapıları bunlar değildir. İçerisinde birden fazla WAN barındırabilen büyük ölçekli ağ yapılarına Metropol alan ağları (Metropolitan Area Networks- MAN) adı verilmektedir. Bu ağyapıları WAN yapılarıyla aynı özelliklere sahip olmakla birlikte çok daha geniş alanları kapsamaktadırlar. Resim 8 de üç ağ yapısının ölçüleri yer almaktadır. Resim 8. LAN, MAN ve WAN Ağ Sistemleri (http://www.intuit.ru/edi/12_08_14_3/1407852794-22209/tutorial/161/objects/1/files/01_09.jpg) Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 17
BİLGİSAYARDA YAPILAN TEMEL İŞLEMLER Bilgisayar çeşitli giriş ve çıkış cihazları vasıtasıyla toplanan verileri alma, işleme ve farklı formlarda sunma kabiliyetine sahiptir. Günümüzde bilgisayalar, üzerilerinde yer alan işletim sistemleri, haricî-dâhili donamım aygıtları ve çeşitli yazılımlar sayesinde çok farklı alanlarda sayılamayacak kadar fazla iş için kullanılabilmektedir. Bununla birlikte bilgisayarlar kullanılarak yapılan işler oldukça fazla olmasına rağmen bilgisayarın çalışma yapısında gerçekleştirlen işlemler oldukça azdır. Aslında bir bilgisayarla yapılan işlemler üç temel faaliyetten ibarettir. Bunlar; Giriş/çıkış işlemleri, veriler üzerinde yapılan işlemler ile veri ya da bilgilerin saklanması ve transfer edilmesi işlemleridir. Bilgisayar üzerinde yapılan temel işlemleri kısaca açıklayalım. Giriş/Çıkış İşlemleri Bir bilgisayar çeşitli giriş ve çıkış cihazları vasıtasıyla toplanan verileri alma ve işlenen verileri de sunma kabiliyetine sahiptir. Giriş işleminde bilgisayar siteminde kullanılabilecek bir veri sürece dâhil edilir. Çıkış işleminde ise veri işleme sürecinin neticeleri farklı formlarda görüntülenir. Klavye, fare ve yazıcı gibi yaygın giriş/çıkış cihazları insan-bilgisayar iletişimini mümkün kılar. Örneğin; bir web sayfası üzerinden müzik dinlemek için sayfaya istenilen şarkıcının adını yazmak giriş işlemi, istenilen şarkının dinlenmesi ise bir çıkış işlemidir. Veriler Üzerinde Yapılan İşlemler Bilgisayar sistemleri veriler üzerinde çeşitli işlemleri gerçekleştirmektedir. Örneğin veriler, belirli bir kritere göre sınıflandırılabilir, sıralanabilir, özetlenebilir veya üzerlerinde birtakım aritmetiksel ve mantıksal işlemler gerçekleştirilebilir. Aşağıda bilgisayar tarafından veriler üzerinde yapılabilecek işlemler sıralanmıştır. Bunlar; Sınıflandırma Sınıflandırma, birbirine benzerlik gösteren verilerin gruplara veya sınıflara bölünmesi işlemidir. Sınıflandırma ölçütüne uyan veriler ilgili sınıfın içerisine alınmaktadır. Sınıflandırma genellikle veriler için önceden tespit edilmiş kısaltma veya kodlar vasıtasıyla yapılır. Kod türleri nümerik (111, 112, 113 gibi), alfabetik (A,B,C gibi) ya da alfanümerik (A1, B1, C1 gibi rakam ve harflerin birlikte kullanımı) şeklinde olabilir. Örneğin ülkemizde kullanılan otomobillerin motor hacimlerine göre taşıt sahiplerinin ödemesi gereken motorlu taşıt vergisi bulunmaktadır. Bu açıdan hangi otomobilin motor hacmine göre hangi vergi dilimine gireceğinin belirlenmesi sınıflama işlemine örnek verilebilir. Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 18
Sıralama Bilgisayarların mantıksal karşılaştırmalar yaparak verileri belirli bir düzende sıralama denir. Örneğin; nümerik veriler küçükten büyüğe (1 den 9 a) veya büyükten küçüğe (9 dan 1 e), alfanümerik veriler ise A dan Z ye veya Z den A ya şeklinde düzenlenebilir. Örneğin; bir sınıftaki öğrencilerin uzundan kısaya doğru boy sırasına koyulması bir sıralama işlemidir. Özetleme Veri yığınlarının daha organize ve kullanılabilir bir forma dönüştürülmesine özetleme adı verilir. Özetleme çok fazla verinin tek seferde görülebilecek hâle getirilmesini sağlar. Bu işleme en güzel örnek, grafiklerdir. Bilgisayarın çeşitli grafik programları yardımıyla verilerden pasta, sütun vb. grafikler oluşturması özetleme işleminin bir ürünüdür. Aritmetik ve mantıksal işlemler Bilgisayarlar hesaplama ve karşılaştırma işlemlerini gerçekleştirebilmektedirler. Bu işlemler temel olarak aritmetiksel ve mantıksal işlemler olarak isimlendirilmektedirler. Aritmetik işlemler; verilerin toplama, çıkarma, çarpma ve bölme gibi işlemlere tabi tutulmasıdır. Aritmetik ve mantıksal işlemlerin gerçekleştirilmesi hesaplamaların yapılması ve karmaşık problemlerin çözülmesi için oldukça önemlidir. Mantıksal işlemler ise karşılaştırma süreçlerini kapsamaktadır. Örneğin, A ve B şeklinde ifade edilen iki veri birimi karşılaştırılma sürecinde üç muhtemel sonuç ortaya çıkar. Bunlar; A, B den küçüktür (A<B) A, B ye eşittir (A=B) A, B den büyüktür (A>B) Saklama Ve Transfer İşlemleri Saklama, veri ve bilgilerin daha sonraki kullanımlar için CD, DVD, USB bellek, harici hard disk vb. gibi harici bir cihazda kalıcı hâle getirilmesidir. İstenildiğinde saklanan verilere veya bilgilere çabucak ulaşılabilir ve yeni işlemler için kullanılabilir. Ayrıca, bilgisayarlar veri veya bilgileri bir yerden başka bir yere transfer etme kabiliyetine sahiptir. Bu transfer işleminde farklı ortamlar kullanılabilir. Transfer işlemi, herhangi bir elektronik iletişim aracı ile yapılabilir. Böylece bilgisayarlar veya bilgisayarlar ile diğer elektronik cihazlar arasında iletişim sağlanabilmektedir. Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 19
BİLGİSAYARDA KULLANILAN SAYI SİSTEMLERİ Her bilgisayar, sayıları harfleri ve diğer özel karakterleri kodlanmış bir şekilde saklar. Bilgi depolama kapasiteleri bilgisayardan bilgisayara göre değişiklik arz etmesine rağmen her bilgisayar; sayıları, harfleri ve diğer özel karakterleri kodlanmış bir şekilde işler ve saklar. Bu saklama işleminde her karakter 0 lar ve 1 lerden oluşan kodlarla temsil edilir. Bu bölümde bilgisayarda kullanılan sayı sistemlerine değinilecektir. İki Tabanlı Sayı Sistemi Sayı sistemlerini ifade eden sembollerin adedi, sayı sisteminin adını oluşturur. Onlu sayı sisteminde 0 dan 9 a kadar 10 farklı sembol, sekizli sayı sisteminde 0 dan 7 ye kadar sekiz sembol, on altılı sayı sisteminde de 0 dan 9 a kadar 10 rakam ve A (10), B (11), C (12), D (13), E (14)ve F (15) sembolleri olmak üzere on altı sembol kullanılmaktadır. İkili sayı sistemi de bilindiği gibi 0 ve 1 sembollerinden oluşmaktadır. Sayı sistemleri arasında dönüşümler yapılabilmektedir. Böylece bir sayı sistemindeki ifade diğer sayı sisteminde karşılığının ne olduğunu bulmak mümkün olmaktadır. Örneğin ikili sayı sitemindeki (1111) 2 sayısının karşılığı onluk sistemde (15) 10 tir. Sayı sistemlerinin birbirine dönüşümü oldukça kolaydır. Örneğin; herhangi bir sayı sistemindeki sayının onluk sayı sistemine çevrilmesinin temel mantığı şu şekildedir (Resim 9). Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 20
Resim 9. Tüm Sayı Sistemlerinin Onluk Sayı Sistemine Dönüştürülmesi (25613) 10 sayısının onlu sayı sisteminin yapısına göre çözümlenmesi taban değiştirme mantığını daha iyi anlamamızı sağlayacaktır. 2 x 10 4 + 5 x 10 3 + 6 x 10 2 + 1 x 10 1 + 3 x 10 0 20000 + 5000 + 600 + 10 + 3 =25613 (10) (10101) 2 sayısını kullanarak ikili sayı sisteminin onluk sayı sistemine çevrilmesine birer örnek yapalım. 1 x 2 4 + 0 x 2 3 + 1 x 2 2 + 0 x 2 1 + 1 x 2 0 16 + 0 + 4 + 0 + 1 = 21 (10) Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 21
Sayı sistemlerinin kesirli olması durumunda kesir işaretinden sağa doğru taban, 1 den başlayarak negatif üs alarak devam eder. Onluk sistemdeki bir sayının, ikili sisteme çevrilmesi ise, sayının sürekli ikiye bölümünden kalan sayıların sondan başa doğru yazılmasıyla yapılır (Resim 10). Resim 10. Onluk Sayı Sistemindeki Bir Sayın İkilik Sayı Sistemine Dönüştürülmesi Daha pratik bir yol, ikili sayı sisteminin düzenli yapısından hareketle, onlu sayıyı elde edecek sayı kombinasyonunu, toplama işlemi yaparak sağlamaktır. Kullanılan sayılara 1, kullanılmayanlara 0 verilerek, büyük sayıdan küçük sayıya doğru sıralanmalarıyla elde edilir. Bu yol ile onluk sistemdeki 117 (10) sayısının ikili sayıya çevrilmesi aşağıdaki gibidir (Resim 11): Resim 11. Onluk Sayı Sistemindeki Bir Sayın İkilik Sayı Sistemine Dönüştürülmesi Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 22
On Altı Tabanlı Sayı Sistemi Bilgisayarlar üzerinde yaygın olarak kullanılan diğer bir sayı sistemi on altı tabanlı (hexadecimal) sayı sistemidir. Bu sistemde sıfırdan onbeşe kadar farklı sembol kullanılır. Bu sistemde rakamlar ve harfler bir arada kullanılmaktadır. On tabanlı sistemde bulunan sembollere ilave olarak on altı tabanlı sistemde aşağıdaki semboller kullanılır. 10 A 11 B 12 C 13 D 14 E 15 F Örnek: (A3F.2C) 16 sayısının on tabanlı sistemdeki karşılığı aşağıdaki gibi hesaplanır (Resim 12). İki tabanlı bir sayının her dört basamağı on altı tabanlı tek bir basamağa yerleştirilebilir. (2623.171875) 10 Resim 12. On Altılık Sayı Sistemindeki Bir Sayının Onluk Sayı Sistemine Dönüştürülmesi Tablo 1 de sıfırdan on beşe kadar olan on tabanınındaki sayıların ikilik ve on altılık tabandaki karşılıkları gösterilmiştir. Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 23
Tablo 1. Onluk Tabandaki Sayılıların İkilik ve On Altılık Tabandaki Karşılıkları Taban Türü Onluk İkilik Onaltılık 0 0000 0 1 0001 1 2 0010 2 3 0011 3 4 0100 4 5 0101 5 6 0110 6 7 0111 7 8 1000 8 9 1001 9 10 1010 A 11 1011 B 12 1100 C 13 1101 D 14 1110 E 15 1111 F BİLGİSAYARLARDA VERİ KODLAMA SİSTEMLERİ Bilgisayarlar, tüm sayısal ve sayısal olmayan karakterleri ikili sayı sistemine göre kodlanmış bir şekilde kullanırlar. Bilgisayarlar, tüm sayısal ve sayısal olmayan karakterleri ikili sayı sistemine göre kodlanmış bir şekilde kullanırlar. Bu sayede görüntülenebilecek olan tüm karakterler sayısal olarak ifade edilebilmektedir. Bilgisayarlar üzerinde çalışan farklı kodlama sistemleri bulunmaktadır. BCD, EBCDIC ve ASCII yaygın olarak kullanılan bilgisayar kodlama sistemleridir. Diğer bir kodlama sistemi olan UNICODE artık bütün dünyada yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, ikili sistemdeki 1000001 ifadesi ASCII kodlama sisteminde A karakterine karşılık gelmektedir. Bu şekilde tüm karakterlerin karşılıkları mevcuttur. Bununla birlikte bir bilgisayarın dünya üzerindeki bütün kullanıcıların ihtiyaçlarına karşılık verecek şekilde tüm karakterleri görüntüleyebilmesi için farklı kodlama sistemleri geliştirilmiştir. Bu bölümde bilgisayarlar üzerinde kullanılan kodlama sistemlerine değinilecektir. Bilgisayarların, kullanıcıların ihtiyaçlarını karşılayabilmeleri için dünya üzerinde kullanılan tüm karakterleri görüntüleyebilmesi grekmektedir. Bilgisayarın 0 ve 1 e karşılık gelen iki fiziksel durumu kullandığı gerçeği dikkate alındığı zaman tüm karakterlerin 0 ve 1 sembollerinden oluşan karşılıklarına ihtiyaç duyulmaktadır. Örneğin, Türk alfabesindeki 29 harfi temsil edecek olan bir kodlama yapısına ihtiyaç duyulduğunu farz edelim. Bunun için öncelikle 0 ve 1 lerden oluşan sembol Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 24
gruplarına ihtiyaç duyulmaktadır. Her bir 0 veya 1 sembolü bir bit olarak değerlendirilmektedir. Alfabedeki harfleri temsil etmek için en az 29 farklı ifadeye ihtiyaç duyulmaktadır. Bu noktada kaç bit kullanarak birbirinden farklı olan ve istediğimiz karakterlerin tamamını temsil edecek bir yapı kullanılacağını bilmemiz gerekmektedir. Oluşturulacak yapının kaç karakteri temsil edeceğini belirlemek için matematikte kullanılan üs alma işlemini yapmamız yeterli olacaktır. İkilik tabanda bir kodlama yapacağımıza göre; 2 sayısının üssü olarak kullanılacak bit sayısı yazılır, üs alma işlemi yapılır ve sonuç kaç karakteri temsil edebilecek bir kodlama sistemi oluşturduğumuzu görmemizi sağlar. Dört bitlik bir yapı; 16 (2 4 ) değişik karakter temsil edilebilir. Fakat bu, alfabedeki tüm karakterleri temsil etmek için yeterli değildir. Beş bit kullanıldığında ise 32 (2 5 ) değişik karakter temsil edilebilir. Bu hesaplama bize bilgisayarlarda kullanılan tüm karakterleri temsil etmek için altı, yedi, sekiz ve hatta on altı bitlik kodlama sistemlerine ihtiyaç duyulabileceğini göstermektedir. ASCII Kodlama Sistemi ASCII (American Standart Code for Information Interchange) en yaygın olarak kullanılan kodlama şemasıdır. ASCII (American Standart Code for Information Interchange) bilgisayarlarda en yaygın olarak kullanılan kodlama şemasıdır. ASCII kodlama şemasının 7 ve 8 bitlik olmak üzere iki versiyonu bulunmaktadır. Bugün yaygın olarak kullanılan kodlama şeması ASCII-8 dir. Sekiz bit ASCII de toplam 256 (2 8 ) değişik karakter temsil edilebilmektedir. ASCII kodlama tablosu kitabın sonunda ek olarak verilmiştir. EBCDIC Kodlama Sistemi EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) IBM firmasının kendi ürettiği ana bilgisayarlarında kullanılmak üzere geliştirmiş olduğu bir kodlama sistemidir. EBCDIC, ASCII ile aynı kodlama yapısını kullanmaz. Aynı karakterin ikilik sistemde temsil edilen değerleri birbirinden farklıdır. Örneğin EBCDIC kodlama sisteminde a harfi 10000001 ifadesi ile gösterilirken ASCII kodlama sisteminde bu sembol 01100001 ile gösterilir. Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 25
UNICODE Kodlama Sistemi Unicode-UTF16 ifadesi, Unicode kodlama sisteminin 16 bitlik versiyonunu temsil eder. Bilgisayarlar ve yazılımlar günden güne geliştikçe kullanılan mevcut kod şemaları ihtiyaçlara cevap veremeyecek duruma gelmektedir. Örneğin; İbranice, Arapça ve Slav kökenli diller mevcut kodlama şemalarıyla temsil edilememektedir. Buna ilaveten, bu kod şemaları Japonca ve Çince gibi dillerde bulunan binlerce harf ve sembolü desteklememektedir. Unicode kodlama sistemi, bu eksikliği giderecek çeşitli kodlama şemalarını barındırır ve her bir kodlama yapısı Unicode ifadesinin ardına eklenen UTF ekiyle tanımlanır. Örneğin Unicode-UTF16 ifadesi, Unicode kodlama sisteminin 16 bitlik versiyonunu temsil eder ve bu versiyon 65536 (216) değişik karakteri temsil eden on altı bitlik bir kodlama şemasıdır. Teorik olarak Unicode bugün kullanılan tüm dillerdeki tüm karakterleri hatta artık kullanımda olmayan dillerdeki karakterleri bile temsil edebilir. Böyle bir kod, bir dokümanın Türkçe, Japonca, İngilizce veya Arapça metinleri ihtiva etmesi gerekli olduğu uluslararası iletişimlerde faydalı olabilir. Ayrıca yazılım üreticisi firmalar, ürettikleri yazılımlar için her ülkenin dilinde menüler, yardımlar veya hata mesajları hazırlayabilirler. Bilgisayarlar farklı kodlama sistemlerini kullanmaktadırlar ve günümüz teknolojileri ile sürekli olarak birbirleri ile iletişim kurabilmektedirler. Bu açıdan farklı kodlama sistemleri kullanan bilgisayarlar arasındaki iletişim sürecinde çeşitli problemler olabilir. Örneğin ASCII sistemini kullanan bir bilgisayardan EBCDIC kodlama sistemini kullanan bir bilgisayara metin tabanlı bir dosya gönderilmiş olsun. Bu dosyadaki k harfi ASCII formatında 01101011 ile gösterilirken, aynı kodlama EBCDIC deki virgül (,) sembolüne karşılık gelmektedir. Bu durumda iki bilgisayar arasında uyumsuzluk olacaktır. Bu problemi ortadan kaldırmak için gönderici veya alıcı bilgisayardaki yazılımlar vasıtasıyla semboller ASCII den EBCDIC e veya EBCDIC den ASCII ye dönüştürülür. Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 26
SAKLAMADA VE İLETİMDE KULLANILAN ÖLÇÜ BİRİMLERİ Bilgisayarlar veriler üzerinde işlem yaparken verilerin büyüklüklerini ikinin katları şeklinde hesaplarlar. Bilgisayarlar üzerindeki veriler çeşitli kodlama sistemleri ile kodlanmakta ve hafızada saklanmaktadır. Verilerin saklanırken bilgisayarın hafızasında belirli bir alanı işgal ederler. Bu alan verinin büyüklüğüne göre değişmektedir ve verilerin büyüklüklerini ikinin katları kullanılarak hesaplamaktadırlar. Bilgisayarda kullanılan en küçük veri birimi bit denilen ve 0 veya 1 değeri alabilen işarettir. Ancak bir veri biriminin anlamlı olabilmesi için bir bitten fazlası gerekmektedir. Bunun için anlamlı en küçük veri saklama birimi olarak sekiz bitten oluşan byte kullanılır (Şekil 13). Verilerin büyüklükleri de 1 byte ın katları olarak ifade edilir. Ancak bilgisayar sistemlerinde büyüklüklerin katlar alınırken diğer ölçü birimlerinden farklı olarak 2 10 =1024 ölçüsü kullanılmaktadır. Şekil 13. Bit ve Byte Kavramları Bilgisayar sisteminde kullanılan veri ölçüleri ve bu ölçülerin büyüklükleri şu şekilde gösterilebilir; 8 bit (b) = 1 Byte (B) 1024 Byte (B) = 1 Kilobyte (KB), 1024 Kilobyte (KB) = 1 Megabyte (MB), 1024 Megabyte (MB) = 1 Gigabyte (GB), 1024 Gigabyte (GB) = 1 Terabyte (TB), 1024 Terabyte ise (TB) = 1 Petabyte (PB) Veri ölçüleri birbirleri arasında dönüştürülebilir. Örneğin; 2048 KB yerine 2 MB denebilir. Bu dönüşümler sıklıkla kullanılmaktadır. Veri ölçüleri arasındaki dönüşümleri daha iyi anlamak için aşağıdaki soru ve cevapları dikkatle inceleyiniz. Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 27
Soru: 5GB büyüklüğündeki bir dosya her biri 700MB kapasiteli CD lere yedeklenmek isteniyor. Bunun için kaç adet CD kullanılmalıdır? Cevap: 5GB= 5*1024MB= 5120MB 5120MB/700MB= 7,314 8 CD gereklidir. Soru: 15GB büyüklüğündeki bir dosya her biri 700MB kapasiteli CD lere ½ oranında sıkıştırılarak yedeklenmek isteniyor. Bunun için kaç adet CD kullanılmalıdır? Cevap: 15GB= 15*1024MB= 15360MB 15360MB/700MB= 21,942 21,942/2=10,971 11 CD gereklidir. Veriler günümüz bilgisayar sistemlerinde çok farklı aygıtlar kullanılarak saklanabilmektedir. Herbir aygıtın kendine özgü bir yapısı ve kapasitesi bulunmaktadır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan saklama ünitelerinin kapasiteleri aşağıdaki gibidir. Hard disk CD-ROM CD-R CD-RW DVD-ROM DVD-R DVD-RW : 40 GB (Gigabyte), 100 GB, 200 GB, 500 GB, 2 TB, : 650 MB, 700 MB : 650 MB, 700 MB : 650 MB, 700 MB : 4.7 GB, 8.5 GB, 9.4 GB, 17.0 GB : 4.7 GB, 8.5 GB, 9.4 GB, 17.0 GB : 4.7 GB, 8.5 GB, 9.4 GB, 17.0 GB Multimedya Kart: 64 MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB, 1GB, Flash Bellek Blue-Ray Disk : 1GB, 4GB, 8GB, 16GB, 32GB, 64GB, : 25 GB, 50 GB Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 28
İletilen verilerin ölçümünde en küçük birim olarak bit kullanılır. İletişim hızı ise saniyede aktarılan bilgi miktarı cinsinden ölçülür. Veriler kayıt altına alınırken anlamlı bir biçimde saklanması gerekmektedir. Bununla birlikte bir veri bir yerden başka bir yere iletilirken aynı zorumluluk yoktur. Yani veriler bir yerden başka bir yere iletilirken anlamlılık şartı olmadığından, verileri taşıyan paketlerin büyüklüğünün sekizin katları olma zorunluluğu da yoktur. Bu nedenle iletilen verilerin ölçümünde en küçük birim olarak bit kullanılır. Bir saniyede bir yerden başka bir yere iletilen bit miktarı da iletişim hızını oluşturur. İletişim hızı ise saniyede aktarılan bilgi miktarı cinsinden ölçülür ve Kbps (Kilobit per second-bir saniyede aktarılan kilo bit) veya Mbps (Megabit per second-bir saniyede aktarılan mega bit) şeklinde ifade edilir. Bu ölçümde bit yerine Byte kullanılır ise ifadelerde B kullanılır (MBps). Veri iletiminde kullanılan büyüklük ölçüleri şu şekildedir; 1024 bit (b) = 1 Kilobit (Kb) 1024 Kilobit (Kb) 1 Megabit (Mb) 1024 Megabit (Mb) = 1 Gigabit (Gb) Veri saklama birimlerinde olduğu gibi veri iletim hızlarını ifade eden birimler arasında da dönüşümler yapılabilmektedir. Bu dönüşümleri anlamak için aşağıdaki soru ve cevabı dikkatlice inceleyiniz. Soru: 1,2 GB büyüklüğündeki bir dosyayı internet ten 512Kbps hızındaki bir ADSL bağlantıyla kaç dakikada indirebiliriz? Cevap: 512Kbps/8=64KBps 1.2GB= 1.2*1024*1024= 1258291,2KB 1258291,2KB/64KBps= 19660,8sn 19660,8sn/60=327,68dk. Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 29
Özet Bilgi teknolojileri geçmişten günümüze kadar çeşitli evreler geçirmiştir. Kullanılan veriler birçok amaca hizmet etmekte ve işlenerek istenilen formlara sokulabilmektedir. Bu noktada geçmişten günümüze kadar çeşitli yöntemler izlenmiştir (El yordamı, Mekanik, Elektromekanik, Elektronik). Verinin işlenme türleri ile bilgisayarların gelişim evreleri paralellik göstermektedir. Günümüze kadar bilgisayarlar 4 farklı kuşakta gelişimlerini devam ettirmişlerdir. Hız, güvenilirlik, bilgi saklama kabiliyeti vb. unsurlar kişilerin bilgisayar tercihlerini etkileyen unsurlar arasında yer almaktadır. Ayrıca bilgisayarlar amaçlarına ve hacimlerine göre sınıflandırılmakta ve hedef kitlelerine hizmet vermektedirler. Veriler, çeşitli sayı sistemlerine göre organize edilmekte (İkilik, Onluk, Onaltılık vb.) ve bilgisayarlarda çeşitli kodlama sistemlerine göre kodlanmaktadır (ASCII, EBCDIC, UNICODE v.b). Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi 30