Bilgisayar Donanım ve Teknolojileri. Dr. Cahit Karakuş
Download "Bilgisayar Donanım ve Teknolojileri. Dr. Cahit Karakuş"
1 Bilgisayar Donanım ve Teknolojileri Dr. Cahit Karakuş
2 Categories of Computers Computers are classified based on their technology, function, physical size, performance and cost. The categories of computers include: Personal computers Handheld computers Mainframes Supercomputers Makine Dili Her donanım platformunun veya işlemci modelinin kendine has bir makine dili vardır. Makine dili, bilgisayarın doğrudan anladığı ikili programlama dilidir. Çoğu insana 0 ve 1'den oluşan makine dilinde yazılmış komutlar bir şey ifade etmez. Ancak bilgisayar bunu anlar. Makine dilindeki komutlarda 0 ve 1'ler, işlemleri ve verilerin saklandığı yerleri gösterir. Makine dilindeki ikili dil ile ASCII kodlaması arasındaki fark nedir? ASCII kodlama veriler için kullanılır. Veriler yalnız bilgisayara veri ile ne yapacağını bildiren yazılım komutları olan çalıştırılabilir programlarla işlenebilir. Bu çalıştırılabilir programlar bilgisayar tarafından makine dili biçiminde çalıştırılır. Programcılar için yalnız 0 ve 1'den oluşan makine dilinde çok karmaşık uygulama programları yazmak oldukça zordur. Bunun için programcılar C, C++ ve VisualBasicgibi insan dilini andıran özel programlama dilleri kullanırlar. Sonra bu diller, dil çevirici programlar tarafından bilgisayarın anlayabildiği makine diline çevirilir.
3 Number Systems Decimal: base 10 (digits 0-9) Binary: base 2 (digits 0-1) Hexadecimal: base16 (digits 0-9 and A-F) Each hexadecimal digit represents four binary places. Hex digit can be used as shorthand for binary notation One Hex digit four bits One byte = 8 bits two Hex digits Thus, data can be represented digitally using digits 0 and 1. 0 and 1 are called binary digits. Each binary digit is called a bit. Eight Bitsequal to one byte.
4 Complex numbers Complex numbers provide a compact way of describing amplitude and phase (and the operations that affect them, such as filtering)
5 Analog İşaret Analog İşaret: İşareti belirleyen temel özellikler genlik frekansı, faz ve bant genişliğidir. Analog işareti; genliği, frekansa ve faza bağlı olarak zamanla değişen işarettir. X(t) = A(t). sin(2πft +ɸ)
6 Metric Units 6
7 Frekans Frekans veya titreşim sayısı bir olayın birim zaman (tipik olarak 1 saniye) içinde hangi sıklıkla, kaç defa tekrarlandığının ölçümüdür, matematiksel ifadeyle periyodun çarpmaya göre tersidir. Bir olayın frekansını ölçmek için o olayın belirli bir zaman aralığında kendini kaç kere tekrar ettiği sayılır sonra bu sayı zaman aralığına bölünerek frekans elde edilir. SI birim sisteminde frekans, Hertz (Hz) ile gösterilir. Bir Hertz, bir olayın saniyede bir tekrarlandığı anlamına gelir. Olayın iki Hertzlik bir frekansa sahip olması ise, olayın saniyede kendini iki kere yinelediğini ifade eder. Katı Adı Sembol Katı Adı Sembol 10^0 Hertz Hz 10^1 dekahertz dahz 10^ 1 desihertz dhz 10^2 hectohertz hhz 10^ 2 santihertz chz 10^3 Kilohertz khz 10^ 3 milihertz mhz 10^6 megahertz MHz 10^ 6 mikrohertz µhz 10^9 Gigahertz GHz 10^ 9 nanohertz nhz 10^12 Terahertz THz 10^ 12 pikohertz phz 10^15 Petahertz PHz 10^ 15 femtohertz fhz 10^18 Egzahertz Ehz 10^ 18 attohertz ahz 10^21 zettahertz ZHz 10^ 21 zeptohertz zhz 10^24 yottahertz YHz 10^ 24 yoktohertz yhz
8 Dalga Boyu Band Genişliği -Peryod Wavelength: The distance between repeating units of the propagation wave İşaretin 1 saniyedeki tekrarlama (cycle-saykıl) sayısıdır. Birimi Hertz dir. Frekans f=1/t formülüyle hesaplanabilir. Burada: f = Frekans, T= Peryot tur. f=1 KHz=1000Hz=10^3 Hz, f=1 MHz= = 10^6 Hz, f=1ghz= =10^9 Hz λ=işık hızı / frekans = f / c (metre) Band genişliği: B=Veri hızı (bps)/(kodlama oranı x Sembol oranı x FEC ), Hz olarak bulunur. Bir işaretin alt frekansı =f1, üst frekansı=f2 ise işaretin band genişliği BW=f2-f1 dir. Peryod: Bir x(t) analogişarette x(t+t)=x(t) olacak şekilde T positifbir sayı ise Bu işaret peryodiktir. T değerine periyodve f=1/t (Hz=1/sec) peryoduntersinedefrekans denir. Frekans 1 saniyedeki peryod sayısıdır.
9 Sayısal İşaret Sayısal işaret:bit temelinde 0 ya da 1 ile tanımlanan var/yok mantığıyla çalışan işarettir. Bir işaret, farklı sinüs dalgalarının toplamından oluşur. (Genişlik ve frekans) Frekansın temeli titreşimdir. Frekans, bir saniyedeki titreşim sayısıdır. Tersi ise periyottur. Yani periyot bir tek titreşimin süresidir. Analog işaret, çok sayıda frekans bileşiminden oluştuğundan işareti işlemek zordur. O nedenle frekans domaininde işlenir. Frekans spektrumunda işaretin başladığı ve bittiği frekans aralığı bant genişliğini verir. Binary Sayıların Decimal Sayılara Dönüştürülmesi: (100011) 2 = =32+2+1=(35) 10 =(23) 16 Ondalıklı Binary Sayıların Decimal Sayılara Dönüştürülmesi: (111,101 ) 2 = = /2+1/8=7,625 Decimal Sayıların Binary Sayılara Çevrilmesi: (172) 10 =( ) 10 =( ) 10 =( ) 2 =(AC) 16 Ondalıklı Decimal Sayıların Binary Sayılara Dönüştürülmesi (10, 75) 10 =? (10) 10 =( ) 10 =(1010) 2, 2-1 =1/2=0,5 2-2 =1/4=0,25, (10, 75) 10 =(1010,11) 2 Binary Sayılarda Toplama 0+0=0, Sonuç 0, elde 0 0+1=1, Sonuç 1, elde 0 1+0=1, Sonuç 1, elde 0 1+1=10, Sonuç 0, elde =11, Sonuç 1, elde 1 A=( ) 2 =(3809) 10 =(EE1) 16, B=( ) 2 =(3139) 10 =(C43) 16 C=A+B C=( ) 2 =(6948) 10 =(1B24) 16
10 Lojik Kapılar
11 İkili (Binary) Onaltılık (Hexa) Sayı Sistemi
12 Bit, Bit/San Bit:Dijital elektronikte ve binary sayı sisteminde sadece 0 ve 1 değerleri vardır. Tüm işlemler bu iki değer üzerinden yapılır. 0 ya da 1 bilgisinin her birine bit denir. Bit 0/1 den oluşan bilgi Bits are the units used to describe an amount of data in a network 1 kilobit (Kbit) = 1 x 10 3 bits = 1,000 bits 1 megabit (Mbit) = 1 x 10 6 bits = 1,000,000 bits 1 gigabit (Gbit) = 1 x 10 9 bits = 1,000,000,000 bits Bit/Saniye: Bit/sec 1 sn. ye de bir noktadan diğer noktaya iletilen bilgi. BPS (Bit Per Second); Saniyede iletilen bit sayısına BPS denir. Seconds are the units used to measure time 1 millisecond (msec) = 1 x 10-3 seconds = seconds 1 microsecond (msec) = 1 x 10-6 seconds = seconds 1 nanosecond (nsec) = 1 x 10-9 seconds = seconds Bits per second are the units used to measure channel capacity/bandwidth and throughput bit per second (bps) kilobits per second (Kbps) megabits per second (Mbps)
13 Byte, Baud Rate Byte: Elektronik ve bilgisayar bilimlerinde genellikle 8 bitlik dizilim boyunca 1 veya 0 değerlerini bünyesine alan ve kaydedilen bilgilerin türünden bağımsız bir bellek ölçüm birimidir. Kilo Byte Kb 2^10 Byte Mega Byte Mb 2^20 Byte Giga Byte Gb 2^30 Byte Tera Byte Tb 2^40 Byte Peta Byte Pb 2^50 Byte Exa Byte Eb 2^60 Byte Zetta Byte Zb 2^70 Byte Yotta Byte Yb 2^80 Byte Bitterimi belleğin 8 bitlik bir değerini işaretleyen ya da tanımlayan en küçük birimi olarak tanımlanmıştır. Daha sonra, 1956'da, 6 Bite'tan 8 Bite geliştirilmiştir. Bite, bit ile karıştırılmaması için daha sonra Byte'a çevrilmiştir. Diğer bir kelime açıklamasına göre de, Byte, "by eight"in (Türkçe'de sekiz kez veya sekiz ile) kısaltılmış halidir. Byte bellekte 8bitlik adres gözü ya da bellek boyutu tanımlar tanımlanır. 1Gbyte=2 10 Mbyte=2 20 Kbyte=2 30 byte Baud Rate: Data iletiminde modülatör çıkışında bir saniyede meydana gelen sembol (baud) değişikliğine baud hızı denir. Baud hızı baud/sn ile gösterilir. Baud hızı sinyalin anahtarlama hızını gösterir. Örnek: Bir veri iletim hattının iletim hızı 4800 baud/sn olsun. Bu iletim her baud 4 bitle kodlanmış bilgi içeriyorsa bps olarak hızımız 4800*4=19200 bps olur. Baud Rate i kullanmadaki amaç band genişliğini daha verimli kullanmak.
14 BER BER: Bit Error Rate (Bit Hata Oranı): Sayısal bilgi iletiminde gönderilen veri içindeki bozulan ya da yanlış algılanan bit oranını ifade eder. BER=Gönderilen hatalı Bit Sayısı / Gönderilen Toplam Bit Sayı. Örnek: BER=10-6 olduğuna göre 1 milyon bit gönderildiğinde kaç bit hatalı gitmiş olur? BER=10-6=1/10^6= Gönderilin hatalı Bit Sayısı / Gönderilen Toplam Bit Sayı 1milyon bitte 1 bit hatalı gitmiştir. Örnek: bit gönderildiğinde 16 bit hata meydana geliyorsa bit-error oranı nedir? BER=Gönderilen Hatalı Bit Sayısı / Gönderilen Toplam Bit Sayı, BER=16/ =3,125 x 10-8 Bit Errors; Single bit, Multiple bit, Burst
15 ASCII ve EBCDIC Kodlama Bilgisayarda 0 ve 1'lerle karakterleri ifade etmek için ikili kodlama sistemleri kullanılır. En yaygın ikili kodlama sistemlerinden ASCII ve EBCDIC, karakterleri göstermek için sekiz bit (bir bayt) kullanır. Yeni geliştirilen Unicode ise karakterleri göstermek için onaltı bit kullanır: ASCII (American Standard Code for Information Interchange -bilgi değişimi için Amerikan standart kodlaması) EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code -genişletilmiş ikili kodlamalı onluk sistem değiştirme kodlaması): IBM şirketi tarafından ana bilgisayarlarda kullanılmak için geliştirilmiştir. Unicode: Çince ve Japonca gibi dilleri desteklemek için tasarlanmış onaltı bit kullanan kodlamadır. Bu diller sekiz bit kullanan ASCII ve EBCDIC kodlamaları ile gösterilemeyecek kadar çok sayıda karakter kullanırlar. Unicode kodlaması, IBM, Apple ve Microsoft şirketlerinin desteklediği Unicode şirketi tarafından geliştirilmiştir. Kodlama Kullanımı ASCII Kişisel bilgisayarlar EBCDIC Anabilgisayarlar Unicode Uluslararası diller Klavyede bir tuşa bastığınız zaman, tuşa karşılık gelen karakter, bilgisayarın anlayabileceği bir dizi elektronik sinyale çevirilir. Örneğin, klavyede A harfine basmak bilgisayara elektronik sinyal yollar ve bilgisayar bunu ASCII koduna çevirir. Dökümanlardeğişik bilgisayarlar veya uygulama programları tarafından paylaşıldığı zaman, aynı kodlama sistemi kullanılmalıdır. Kişisel bilgisayarların hemen hepsi ASCII kodunu kullandığı için bu paylaşım sorun çıkarmaz. Ancak, EBCDIC kullanan bir anabilgisayar ile bir kişisel bilgisayar arasında bir veri paylaşımı söz konusu olduğu zaman, bir koddan diğerine çeviri yapmak gereklidir. Sembol ASCII EBCDIC A B C Z !
16 Sıkıştırma -CODEC Codec, Compression ( sıkıştırma ) ve decompression ( açma ) kelimelerinin birleşiminden oluşur. Ayrıca codec, analog sinyali, veri ağı üzerinden taşınabilmesi için dijital hale dönüştürür. Kanalı verimli kullanma yöntemleri: Compression, Reducing, Coding, Modulation, Canstrator, Konuşurken beklenen aralığı değerlendirme, Abone meşgülü tablosu / abone yok tablosu hazırlama ve yayınlama. Sıkıştırmadaki amaç: Daha az çoğullama devresi, daha az band genişliği, daha az iletişim ortamı.
17 İletişim ortamları Telefon line: iki tel, UTP: 4 çift burgulu tel, Koaksiyel kablo FM radyolar, TV GSM;1800/900mhz, 3G;2100 MHZ, Wi-fi /Bluetooth, Wi-Max Uydu, Radyolink Rf-ID; kimlik tanıma/ogs, GPS Fiber optik kablo Hava: RF, Radyo frekansları, Mikro dalga; İnfarared-kızıl ötesi, Termal iletişim, Optik ışık
18 Transmission Mode Simplex transmission: Only one way communication Half duplex transmission: Two ways communication, but one at a time; not simultaneously Full duplex transmission : Simultaneously in both directions Unicast, Multicast, Anycast, Broadcast
19 Bilgisayar Nedir? Giriş birimleri ile dış dünyadan aldıkları veriler üzerinde aritmetiksel ve mantıksal işlemler yaparak işleyen ve bu işlenmiş bilgileri çıkış birimleri ile bize ileten, donanım (Hardware) ve yazılım (software) dan oluşan elektronik bir makinedir. Bilgisayar Çeşitleri: 1.Main-frame bilgisayarlar: 250 den fazla kişinin aynı anda terminaller aracılığıyla kullanabildiği çok kullanıcılı büyük bilgisayar sistemleridir. İşlem gücü oldukça yüksektir. Genellikle büyük şirketlerde, bilgi işlem merkezlerinde, araştırma kurumlarında ve üniversitelerde kullanılırlar. Aynı anda yüzlerce kullanıcı tarafından kullanılabilirler 2. Midi (orta) bilgisayarlar :Main-frame bilgisayarlarla aynı işlevi gören daha küçük bilgisayar sistemleridir. Kullanıcı sayısı 250 ye kadar çıkabilmektedir. Orta boy işletmeler tarafından tercih edilirler 3. PC (Personal Computer) :Kişisel bilgisayarlar. Masa üzerine sığabilen tek kullanıcılı kişisel bilgisayarlardır. Fakat günümüzde pc'ler network adı verilen birleşik çalışma sistemiyle birbirlerine bağlanarak client (müşteri) ve server (servis sağlayıcı) olarak kullanılabilmektedir. Ofis otomasyonunda, eğitimde, yayın işlerinde, küçük işletmelerin ticari hesaplarının ve personel kayıtlarının tutulmasında etkin biçimde kullanılırlar.
20 Bilgisayarların Fonksiyonları ve Yetenekleri Aritmetik hesaplamaları gerçekleştirebilir. Verileri karşılaştırır. Verileri saklar. Verileri çok kısa zamanda arayıp bulur. Verileri yazılan program doğrultusunda işler. Büyük boyutlu problemleri kısa zamanda çözer. Eğitimde yardımcı olarak kullanılır. Bilimsel araştırmalarda kullanılır. Endüstrilerde üretim ve kontrol süreçleri için kullanılır. Oyun ve eğlence amaçlı kullanılır. Basın ve yayın işlemleri için kullanılır. Yazılı sesli ve görüntülü iletişim için kullanılır. Bilgisayarlar İki Ana Unsurdan Oluşurlar: A-Bilgisayar donanımı (hardware) Bilgisayarların fiziksel kısımlarına donanım denilmektedir. Ekran, klavye, Sabit disk (harddisk), fare, yazıcı, bellek, mikroişlemci, tarayıcı, B-Bilgisayar yazılımı (Software): Donanımı kullanmak için gerekli programlardır. İşletim sistemleri ve altında çalışan bütün programlar.
21 Basic Operations Input datais to feed information which can be supplied by any person, environment or other computer. Processing datais manipulating data by performing calculations, sorting lists of words or numbers, drawing pictures. Storing datais for future retrieval and processing. Memory holds data that is waiting to be processed, and storage areas hold data permanently until the data is deleted. Output datais the result produced by a computer, which includes reports, documents, music, graphs and pictures.
24 Two categories of input hardware: Those that deal with original data. Those that handle previously stored data. Input Devices Input hardware: Those that deal with original data. Keyboard Mouse Voice recognition hardware Scanner Digital camera Digitizing: The process of taking a visual image, or audio recording and converting it to a binary form for the computer. Used as data for programs to display, play or manipulate the digitized data. Connecting Hardware to the computer: Hardware needs access through some general input/output connection. Port: The pathway for data to go into and out of the computer from external devices such as keyboards. There are many standard ports as well as custom electronic ports designed for special purposes. Ports follow standards that define their use.» SCSI, USB: Multiple peripheral devices (chain).» RS-232, IDE: Individual peripheral devices. Peripheral device: A piece of hardware like a printer or disk drive, that is outside the main computer.
25 Input Devices Connecting Hardware to the computer: (continued) Hardware needs software on the computer that can service the device.device driver: Software addition to the operating system that will allow the computer to communicate with a particular device. Common Basic Technologies for Storing Binary Information: Electronic, Magnetic, Optical Electronic Circuits Most expensive of the three forms for storing binary information. A flip-flop circuit has either one electronic status or the other. It is said to flip-flop from one to the other. Electronic circuits come in two forms: Permanent Non-permanent Magnetic Technology Two parts to most of the magnetic forms of information storage: The medium that stores the magnetic information. Example: Floppy disk. Tiny spots on the disk are magnetized to represent 0s and 1s. The device that can read that information from the medium. The drive spins the disk. It has a magnetic sensing arm that moves over the disk. Performs nondestructive reading.
26 Input Devices Optical Uses lasers to read the binary information from the medium, usually a disc. Millions of tiny holes are burned into the surface of the disc. The holes are interpreted as 1s. The absence of holes are interpreted as 0s. Secondary Memory Input Devices These input devices are used by a computer to store information and then to retrieve that information as needed. External to the computer. Commonly consists of floppy disks, hard disk drives, or CD-ROMs. Secondary memory uses binary. The usual measurement is the byte. A byte consists of 8 binary digits (bits). The byte is a standard unit. Bellek ya da depolama cihazlarının ya da birimlerinin sağlaması gereken 4 özellik; Hız ve erişim zamanı Fiyat ve değiştirilebilme yeteneği Kapasite Erişim metotları
27 Software System Users Two categories: operating system (OS) software and application software. İşletim Sistemi Yazılımı,Bilgisayarın donanımsal parçalarının yönetilmesini sağlar. Examples of OS software: Microsoft Windows Unix Mac OS Application softwareis a set of one or more computer programs that helps a person carry out a task Examples of application software: Microsoft Office Yazılımı Internet Explorer Macromedia Dreamweaver Adobe Acrobat Reader Application Software Operating System Software Hardware System
28 Bilgisayarların Kapasitesi Bilgisayarların belleklerinde saklayabildiği 0 veya 1 sayısı kapasitelerini belirtir. Bunun için çeşitli birimler kullanılır: Bit: İkili sistemdeki en küçük birimdir. Bir adet 0 veya 1 için kullanılır. Bayt: Bir karakter göstermek için kullanılan sekiz bitlik gruba bayt adı verilir. Disk ve bellek kapasiteleri bayt biriminde veya genellikle baytın katları biçiminde verilir. Kilobayt: Bir kilobayt (KB) yaklaşık olarak 1000 (tam olarak 1024) bayttır. İlk çıkan kişisel bilgisayarların bellekleri kilobayt biriminde verilirdi. Megabayt: Bir megabayt(mb) yaklaşık olarak 1 milyon(tam olarak 1,048,576) bayttır. Günümüzde kişisel bilgisayarların bellekleri bu birimdedir. Gigabayt: Bir gigabayt (GB) yaklaşık 1 milyar (tam olarak 1,073,741,824) bayttır. Günümüzdeki kişisel bilgisayarların diskleri ve anabilgisayar ve süper bilgisayarların bellekleri bu birimdedir. Terabayt: Bir terabayt(tb) yaklaşık 1 trilyon(tam olarak 1,009,511,627,776) bayttır. Bu birim günümüzde anabilgisayarlarda kullanılan disk sistemleri için kullanılır. 28
29 Bilgisayarın Gücü Bilgisayar güçleri genellikler üç birim ile ölçülür: RAM kapasitesi, kelime boyutu ve işlemci hızı. RAM Kapasitesi. Günümüzde anabilgisayarların ve süper bilgisayarların bellekleri GB ve hatta TB seviyesindedir. Kelime Boyutu İşlemci kapasitesi, kelime boyutu yazaçlarda saklanabilen, bir defada işlenebilen ve merkezi işlem birimi, bellek ve yazaçları birbirine bağlayan iç (yerel) veriyolundan bir defada gönderilebilen bit sayısıdır. 32 bit kelime boyutlu bir bilgisayar bir defada 4 bayt işleyebilir. Bu da, 32 bit bilgisayarın 8 bit bilgisayardan yaklaşık 4 kat daha hızlı olması anlamına gelir. İşlemci Hızı; Transistörlerin saniyede milyonlarca ve hatta milyarlarca kez açılıp kapanması dolayısıyla, makine çevrimi tekrarları baş döndürücü bir hızla gerçekleşir. İşlemci hızlarının üç çeşit ölçüm yolu vardır. Kişisel bilgisayarlar: Her bilgisayarın bir sistem saati vardır. Kişisel bilgisayar hızları genellikle megahertz (MHz) veya gigahertz (GHz) cinsinden ifade edilir. Bir komut çevrimi, işlenen komutların karmaşıklığına göre bir kaç saat çevriminde tamamlanır. Orta boy bilgisayarlar ve anabilgisayarlar: İşleme hızları, günümüzde milyonlar düzeyinde olan, saniyede işlenen komut sayısına göre de ölçülebilir. MIPS (Millions of Instructions Per Second saniyedeki milyon komut sayısı) bilgisayar işleme hız ölçüsüdür. Günümüz ana bilgisayarlar ve üstünde MIPs hızlarında çalışmaktadır. Süper bilgisayarlar: Süper bilgisayar işleme hızları flops (floating-point operations per second saniyedeki ondalık sayı işlemi) birimiyle ölçülür. Ondalıklı sayı işlemleri özel bir matematik hesaplama çeşididir ve tam sayı işlemlerinden daha uzun sürede yapılırlar. Bu birim mflops (mega-milyon), gflops (giga-milyar) veya tflops (tera -trilyon) biçimlerinde kullanılır. Günümüz süper bilgisayarları tflops hızlarında çalışırlarken, kişisel bilgisayarlar gflops hızına yeni ulaşmıştır. Bu üç ölçü birimi arasında genel bir matematiksel ilişki kurmak zordur. Günümüzde paralel işleme teknolojilerindeki gelişmelerle P4 1.5 GHz işlemci, 1,5 milyar saat hızıyla çalışırken 2866 MIPS başarımıyla saniyede yaklaşık 2,9 milyar komut ve 882 mflops başarımıyla saniyede yaklaşık 900 milyon ondalık sayı komutu işlemektedir. Yani her saat vuruşunda yaklaşık iki komut ve her iki saat vuruşunda bir ondalık sayı komutu işlemektedir. 29
30 CPU -The Central Processing Unit The Central Processing Unit ( CPU) Often referred to as the brain of the computer. (EU) Execution Unit Responsible for controlling all activities of the computer system. The three major components of the CPU are: 1. Arithmetic Unit(Computations performed) Flag register ALU DI SI BP SP DH DL CH CL BH BL AH AL Accumulator (Results of computations kept here) 2. Control Unit (Has two locations where numbers are kept) Instruction Register(Instruction placed here for analysis) Program Counter(Which instruction will be performed next?) 3. Instruction Decoding Unit(Decodes the instruction) Motherboard: The place where most of the electronics including the CPU are mounted. contro l Bus Interface Unit (BIU) EU Instruction Queue contro l External bus Bus (16 bits) ALU Data bus ES IP Segment register CS DS SS Data bus (16 bits) register Σ General purpose Address bus (20 bits)
31 CPU (CENTRAL PROCESSING UNIT) MERKEZİ İŞLEM BİRİMİ Günümüzde kullanılan mikro işlemciler; Mototola, İNTEL, AMD, NVİDA, SİB, ATİ, VİA,% 90 Intel tercih edilir. İntel in çıkardığı işlemciler teknolojik sıralamaya göre;8088, 8086, 80286, 80386, 80486,Pentium, Pentium pro, Pentium mmx,(166mhz),pentium 2(400 mhz), Pentium celeron ve Pentium 3(1000 mhz) ve Pentium 4(3800 mhz) dir. CPU Bilgisayarın beyni olarak adlandırılır. İki bölümden oluşur. Aritmetik ve Mantık Birimi (Arithmetic & Logic Unit -ALU) : Dört işlem, verilerin karşılaştırmak, karalılık Kontrol Ünitesi ( Control Unit -CU) : Işlem akışını düzenler, komutları yorumlar ve bu komutların yerine getirilmesini sağlar. İlk işlemci intel 4004 chip dir. Mikro işlemcide temel parametre clock hızıdır. Clock speed(hızı):sayısal veri işlemede veriler 1 ve 0 dan oluşur. Verilerin işlemesinde clock a ihtiyaç vardır. Clock un periyodu veri uzunluğunda olmalıdır. Clock süreklidir. Data width (veri genişliği):8,16,32,64 bit olarak karşımıza çıkar. Belekler 8 bittir. Bu nedenle ALU veri genişliği 8 bittir. MIPS (millions of instructions per second):saniyede yapılan işlem sayısını ifade etmektedir ve CPU ların performansını ölçmek için kullanılan bir birimdir. Assembler: doğrudan doğruya CPU nun yönetildiği yazılımdır.
32 CPU-MERKEZİ İŞLEM BİRİMİ Bir bilgisayarın beynidir. Merkezi işlemci birimidir. Aritmetiksel ve mantıksal işlemlerin hepsi burada gerçekleşir. Bütün birimler buradan yönetilir. Bütün üniteler bu birimden çıkacak sonuca göre hareket ederler. Günümüz işlemcilerinde saniyenin 1/1000(nanosaniye) süresinde milyarlarca işlem yapılmaktadır. Modelleri: 8086, 8088, 80286,80386 sx, 80486(sx-33, dx-33, dx2-66, dx4-100) Pentium(75,100,120,133,150,166,200) Pentium MMx(166,200,233) Pentium II celeron (266, 300, 333, 366, 400) Pentium II-III-IV(300, 333, 350, 400, 450, 500, 550, 600,1600,2400) Şu anda Pentium 4 işlemciler yaygındır. İşlemciler de en büyük sorun ısınma sorunudur. Bunun için üstlerine fan ve soğutucu takılıdır. Eğer fan görevini iyi yerine getiremezse işlemci yanabilir.
33 İşlemci Bilgisayarda veri işleyen devreye işlemci adı verilir. Anabilgisayarlarda ana bellek ve diğer devrelerle birlikte bu aygıt merkezi işlem birimi; kişisel bilgisayarlarda ise mikroişlemci olarak adlandırılır. İşlemci veri işlerken ana bellek ve yazaç adlı devrelerle birlikte çalışır. İşlemci, veriyi enformasyona çevirirken yazılım komutlarını yürütür. İşlemci iki kısındanoluşur: kontrol birimi ve aritmetik/mantık birimi. Bu iki bileşen veriyoluadı verilen bir çeşit elektronik bağ ile birleştirilir. Veriyolu aynı zamanda bu bileşenleri bilgisayarın diğer parçalarıyla da birleştirir. Kontrol birimi: Kontrol birimi bilgisayar sisteminin diğer bileşenlerine program komutlarını nasıl yürütmesi gerektiğini belirtir. Ana bellek ve aritmetik/mantık birimi arasındaki elektronik sinyallerin hareketini yönetir. Ayrıca, ana bellek ile giriş/çıkış aygıtları arasındaki elektronik sinyalleri de yönetir. Aritmetik/mantık birimi: Aritmetik/kontrol birimi, aritmetik işlemleri ve mantık işlemlerini yapar ve bu işlemlerin hızını kontrol eder. Aritmetik işlemler, toplama, çıkarma, çarpma ve bölme gibi temel matematiksel işlemlerdir. Mantık işlemleri karşılaştırmalardır. Bu birim, iki veriyi karşılaştırarak birbirine eşit, birinin diğerinden büyük ya da küçük olmasını kontrol eder. Bu karşılaştırmalar birleştirilerek büyük eşit veya küçük eşit olarak kullanılabilir. Güçlü bilgisayarlarda merkezi işlem birimi bir kaç büyük baskılı devre kartının üstünde bulunur. Kişisel bilgisayarlarda işlemci devresi, baş parmak tırnağı büyüklüğünde veya biraz daha büyük silikon yonga üzerine basılmıştır. Bu yonga, sistem kartı olarak adlandırılan bilgisayarın ana devre kartının üstündeki sokete, pin adı verilen metal ayaklarla yerleştirilir. Elektronik devrelerde silikon adı verilen kil ve toprakta çok bulunan ucuz bir element kullanılır. Bu element yarı iletkendir ve iyi iletkenlerle beraber kullanıldığında elektronik tümleşik devreler yaratılır. Bütün işlemciler aynı şekilde tasarlanmamıştır. Bu tasarım mimarisi bilgisayarın hızını da etkiler. CISC (ComplexInstructionSet Computer-karmaşık komut kümesi bilgisayarı): Anabilgisayarlar ve IBM uyumlu kişisel bilgisayarlarda kullanılan bu tasarım, çok sayıda komut destekler. Ancak bu çok sayıdaki komut, işleme hızını yavaşlatır. 33
34 İşlemci RISC (Reduced Instruction Set Computer -azaltılmış komut kümesi bilgisayarı): Bu tasarımda gerekli komut sayısı azaltılarak donanım yükü yazılıma kaydırılmıştır. Yani CISC bilgisayarlarda tek makine dili komutu ile yapılabilecek işlem, RISC bilgisayarlarda bir kaç makine dili komutu ile yapılır. Daha hızlı çalışan RISC yongaları, Macintosh bilgisayarları ve bazı iş istasyonlarında kullanılmaktadır. Paralel işlemciler: CISC ve RISC işlemciler komutları birer birer sırayla işlerler. Bazı anabilgisayarlarda, süperbilgisayarlarda ve hatta günümüzde bazı kişisel bilgisayarlarda birden çok mikroişlemci paralel olarak veri işleyerek olağanüstü hızlarda çalışmaktadır. Paralel çalışan işlemci sayıları kişisel bilgisayarlarda 4, süperbilgisayarlarda on binleri bulmaktadır. Bazı özel amaçlı küçük mikroişlemciler kredi kartı büyüklüğündeki akıllı kartlara gömülü kullanılmaktadır. Bunlar kredi kartında biriken bonus miktarı, personel kişisel bilgisi, karayollarında kullanılan otomatik geçiş sistemi (OGS) gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. Kişisel bilgisayarlarda kullanılan işlemciler iki tiptir: Intel ve Motorola şirketlerinin ürettiği yongalar. Intel yongaları: IBM ve IBM uyumlu kişisel bilgisayarlar için üretilen yongalardır. Intel yongalarının benzerleri AMD ve Cyrix adlı şirketler tarafından da üretilmektedir. Intel şirketi 1981 yılından beri kişisel bilgisayarlarda kullanılan 8086, 8088, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III ve Pentium 4 yonga ailelerini çıkarmıştır. Motorola yongaları: Apple Macintosh bilgisayarları için üretilen yongalardır. Motorola şirketi 68000, 68020, 68030, yongalarını çıkarmıştır. Daha sonra Motorola, IBM ve Apple şirketleri ile birlikte PowerPC yonga ailesini çıkarmaya başlamıştır. Her işlemci yonganın kendi makine dili vardır. Bu yüzden, bir işlemci için hazırlanmış uygulama yazılımının, diğer işlemcilerde çalışması için ek donanım ya da yazılım desteği gerekir. Ancak aynı şirketin ürettiği yeni işlemciler, geriye doğru uyumlu üretilirler. Yani, eski işlemci için hazırlanmış yazılım, yeni çıkarılan işlemciler tarafından da çalıştırılabilir. Ancak yazılımların yeni çıkan işlemcilerin veriminden tam olarak yararlanabilmesi için, yeni işlemci için yeni sürümünün çıkarılması gerekir. 34
35 Mikroişlemci Adres Haritası 64Kbyte bellek alanını indeksleyin; 64x 2 10 =2 6 x 2 10 =2 16 byte A15 A14 A1 A0
36 Mikroişlemci Adres Haritası Aşağıdaki tabloda başlangıç ve bitiş adresleri verilen belleklerin
37 Boyutlarını bulunuz Mikroişlemci Adres Haritası
38 Mikroişlemci Adres Haritası Toplam Bellek uzunluğunu bulunuz. Bellek=U0+U1+U2+U3+U4+U5=8Kbyte+4Kbyte+20Kbyte+16Kbyte+4Kbyte+12Kbyte=64Kbyte Toplam Eleman sayısını bulunuz. 6 adet, 2 2 <6<=2 3 Adres Çoğullama için CPU dan gerekli adres hat sayısı=3 dür. Bellek haritasını çizin.
39 Veriyolları ISA veri yolu: Eski bir mimari olan ISA, yeni nesil birçok anakartta bulunmamaktadır. ISA standartına sahip kartların bulunması da hızlı ve sonsuz PCI modellerin tercih edilmesi sebebiyle gün geçtikçe zorlaşmaktadır. PCI veri yolu: PCI da, ISA gibi standart bir kart yuvasıdır. Veri taşıma hızları 33 ya da 66 MHz dir.pci yuvaları da ISA gibi plug&play (tak ve çalıştır özelliği) desteğine sahiptir. Günümüzde ses kartları, modemler, tv kartları vs. bilgisayar veriyolunu ve slotlarını kullanırlar. AGP veri yolu: Gelişmiş Grafik Portu. Sadece ekran kartları için tasarlanmış özel bir veri yolu mimarisidir. Grafik uygulamalarının gitgide artması, işlemci ile ekran kartları arasındaki iletişimin giderek daha hızlı olması gerekliliğini doğurmuştur.
41 Veriyolları Veriyolları, işlemci içinde veya işlemci ve sistem birimi içindeki diğer aygıtlar arasında bit aktarımını sağlayan yollardır. İşlemci içindeki veriyolu, yerel veriyolu veya iç veriyolu olarak adlandırılır. Diğer veriyolları, genişleme veriyolu olarak adlandırılır. Veriyolları, paralel veri aktarımı sağlar. Yani, 16 bit veriyolu 16 tel üzerinden bir defada 2 bayt aktarır. Her veriyolunun iki kısmı vardır: adres ve veri. Adres, veriyoluna bağlı yer veya aygıtı seçmek için; veri, gönderilmek istenen bitleri yollamak için kullanılır. Günümüzde çeşitli standart veriyolu tasarımları veya mimarileri kullanılmaktadır: ISA (Industry Standard Architecture -endüstri standart mimarisi): IBM kişisel bilgisayarları için geliştirilmiş ilk mimari standarttır. Önceleri 8 bit, daha sonra 16 bit çeşidi çıkarılmıştır. Günümüzde üretilen bilgisayarlarda bulunmamaktadır. PCI (Peripheral Component Interconnect -çevre bileşen birleştirme): ISA'dan 20 kat daha hızlı 32 veya 64 bit veriyollarıdır. İlk olarak görüntü kartlarının yüksek veri aktarım hızlarını karşılamak için geliştirilmiştir. Günümüzde, genişleme kartlarını sistem birimine bağlamak için en çok kullanılan ve artık standart hale gelmiş veriyoludur. 41
Bilgisayar Donanım. Dr. Cahit Karakuş
Bilgisayar Donanım Dr. Cahit Karakuş Bilgisayar Nedir? Giriş birimleri ile dış dünyadan aldıkları veriler üzerinde aritmetiksel ve mantıksal işlemler yaparak işleyen ve bu işlenmiş bilgileri çıkış birimleri