Bilgisayarlar nasıl çalışır

Çoğu insan bilgisayara elektronik bir harika gözüyle bakar; oysa bilgisayarın çalışma ilkesi oldukça basittir. Bilgisayarın kalbi, aritmetik ve mantık birimleriyle (burada toplama, çıkarma, çarpma, bölme ve sayıların karşılaştırılmaları elektronik olarak büyük bir hızla yapılmaktadır) binlerce sayının elektronik olarak saklandığı bellekten oluşmaktadır.
Bilgisayarı Programlama

Bilgisayarın kullanılması programlama olarak bilinen tekniğe dayanmaktadır. Programlama, çözülecek problemi yada başka bir işi bilgisayarın yapabileceği basit evreler haline getirmektir. Programcı birbirini izleyen her adımda neler yapılacağını açık olarak tanımlamalıdır. Böylece bilgisayar, hesap lan bir dize basit işlem olarak yapabilir. Bilgisayarın insandan üstünlüğü yanlışsız ve çok hızlı çalışmasıdır. Yüzbinlerce hesabı sani yeyle ölçülen zaman birimi içinde gerçekleştirir ve ara sonuçları belleğine yükleyerek istenildiğinde hemen tekrar elde etme olanağını bize tanır. Anında erişilebilme olanağını sağlamak için program aşa-
malarının çeşitli işlemleri; bilgisayar belleğine sayısal biçimdfe yüklenir.

Sözgelimi, 67’yi 683’le çarpmayı programladığımızda (aslında bu işlem bilgisayarda yapılmaya değmeyecek kadar basittir) bilgisayar önce 67 sayısını daha basit parçalarına ayırır. Bu parçalar on’un kuvvetleri biçimindedir. 67= (6×100 + (7X10°). Böylece 683X67 şu biçimi alır: (6X102) I (6X10′) + (7×10°) I + (8X 10′) I (6X 10′) + (7X 10*’) 1 + (3X 10″) I (6X 10U + (7x 10°) I. Çarpma işleminin bu biçimde yapılması, her adımda yapılacak işlemin ve yanıtın hatırlanmasını gerektirir. Bu nedenle bilgisayarın bir belleği vardır. Ayrıca, ilerdeki işldmler, o ana kadar yapılan hesaplara da-yandırılabilir, yani bilgisayar karar verir.
İkili Sistem – 0

Günlük hesaplarda ondalık sayı sistemi kullanılır. Buradaki sayılar Odan 9’a kadar değişen rakamlardan oluşur. Bir bilgisayar aynı biçimde işlem görecek şekilde tasarımlanabilir, ancak elektronik mühendisleri sadece 0 ve l’i
kullanan ikili sayı sistemi ile bilgisayarların çok daha basitleştirileceğini bulmuşlardır. Bu sistem basittir çünkü elektrik akımını açıp kapayarak 0 ve 1 rakamlarını elde edebiliriz. Elektriğin kapalı olması

0, açık olması l’i gösterir. İkili sistemin yalnızca bu iki rakamı kullanmış olması, ondalık sisteme göre çok daha fazla tam sayının içeril-mesine yolaçar (3). İkili sayı sistemiyle hesap yapma insanlar için zor olsa da, bilgisayar için bunun bir önemi yoktur, çünkü sayının uzunluğu, hızından dolayı bilgisayarı etkilemez.

İkili sayı sistemi aynı biçimde belleğin tasarımını da çok basitleştirmiştir. Modern bilgisayarların çoğunda mıknatıslı çekirdek bellek vardır (4). Her çekirdek aşağı yukarı bir milimetre çapında çok küçük, mıknatıslanabilir, demir halkalardan oluşur. Bunlar içlerindeki tellerden elektrik akımı geçirmekle magnetize edilir. Magnetik alanın kutbu elektrik akımının yönüne bağlıdır; yönlerden biri 0’t, öteki de l’i tanımlar. Bilgisayar belleğinde bu küçük çekirdeklerden binlerce vardır. Çekirdek gruplarının salt -adresi» varsa sayılar bağımsız rakamların toplamı olarak bellekte saklanır ve istenirse tekrar elde edilebilir.
2) Elektronik hesap

makinası. modern bilgisayar ilkelerine gör yapılmıştır. Sayı ve is lem tuşları giriş aygıtını; ekran ve şerit bölümleri, çıktı aygıtını oluşturur. Bilgisayar gibi aritmetik ve elektronik bellek birimleri vardır ancak belleği oldukça kucuk tur. Bu nedenle aracıı hesaplama kapasitesi sınırlıdır Bellekler mı kınadan makınaya de pişir
• •• • •
• •

• •• • •

• • • • ••

• •••
3) İkili sistem, bilgi- 3

sayarın arkasındaki basit bir sırdır. Delikli şerit (sağda) ikili sayıların kaydedilmesinin bir yöntemini göstermektedir (Ortadaki delikler serltin itilmesini sağlar). İkili sistem, ondalık sistem gibi çalışır. Ancak burada sayılar on un kuvvetleri yerine 2‘nin kuvvet artışlarıyla temsil edilir Ondalık birimler 9’a kadar savılır, on’lar hanesine geçildiğinde «1» sayısıyla gösterilir; ikili birimler ise, yalnızca 1’e kadar savılır. Buna 1 eklemek, için 1, iki sütununa kaydırılır Böylece 10’un ikili sistemdeki anlamı bir «2» artı sıfır «1» dir (toplam 2). Ondalık sistemde yüzler hane sini gösteren üçüncü sütun, ikili sistemde dörtler hanesini temsil eder
Ondalık İkili
0 0
1 1
2 10
3 11
4 100
5 101
6 110
7 111
8 1000
9 1001
10 1010
11 1011
12 1100
13 1101
14 1110
15 1111
16 10000

Vuruş kümeleri
1) Charles Babbage ‘

(1791-1871) adlı Ingiliz matematikçisi, sayıları hatırlayıp basit aritmetik işlemleri yapabilecek bir maki-nanın daha karmaşık hesapları da otomatik olarak yapacak biçimde programlanabileceğim düşünen ilk insandır Babbage’in burada bir bölümü görülen «Fark Makinası» herhangi bir belleğe sahip değildi. Ancak bu makinayla karmaşık matematik tablolar elde edilebilmişti. Daha sonra tasarımladığı ve «Analitik Makina» adını verdiği hesao ma-kinası gerçek bir bilai-sayar olabilirdi, ancak döneminin makına mühendisleri tasarımının gerektirdiği özellikleri karşılamaktan uzaktı
4) Bilgisayar belleği

demir çekirdeklerden oluşur, bunlar tellerle adres ve okuma tellerine bağlanmıştır Her çekirdek onu düşey ve yatay olarak kesen tellere aynı anda elektrik akımı göndererek çeşitli bilgiyle yüklenebilir [Al.

Bu.
çekirdeği bir yönde mıknatıslayarak l’i gösterir. Akımın yönünü değiştirmek kutuplaşmayı tersine çevirir, bu durum«0»’ı gösterir. Üçüncü bir tel «okuma» telidir. Gerçekte bu tür belleğin birim hücresi |Bl iki çekirdeği içerir (böyle bir
çift kovu alanda görülmektedir). Tipik çekirdek dizilerinin sc Vısı 10000 olabilir. Bunların hepsi birbirinin aynıdır ve hepsi 100 x 100 matrisiyle temsil edilir. Her çekirdek kendi koordinatıyla tanımlanır Bil gisayar belleği bir col diziyi içerebilir

Çok hızlı ve güvenilir olması •deniyle mıknatıslı çekirdek bel-< yaygın bir biçimde kullanılmak-dır. Ancak bu bilgisayar tasarı-ı birçok türden sadece biridir, lgisayar belleği çoğunlukla ken-sinden daha yavaş çalışan yar-mcı bellekle birleştirilir. Bunların en çok kullanılan magnetik vp ve magnetik disk, hemen he-3n sınırsız sayıda bilgi toplamaya inak verir
em Birimi
Bilgisayar bir kerede ancak bir kam okuyabilir. Bu nedenle bil-sayar işleminin temeli, saniyede ‘ milyona ulaşan eşit değerde vu-ş yapan «elektronik saat» dir. r tür bilgisayarda bu vuruşlar rbiri ardından açılıp kapanır, ili sayı sisteminde elektrik akının açık olması 1, kapalı olması gösterir. İkili sistemdeki 100110 ndalık sistemde bu sayı 38’dir) yısı işlem birimi tarafından «vu-şsuz, vuruş, vuruş, vuruşsuz, vu-şsuz, vuruşsuz» biçiminde oku-ır. Ayrıca bütün aritmetik işlem–de olduğu gibi soldan itibaren ; kez, birle başlayan birim oku ır. Bilgisayar devresi içindeki her
sayı bir vuruş kümesidir. Karışıklığa yol açmamak için tüm vuruş kümelerinin içerdiği toplam birim sayısı eşit olmalıdır. Eğer küme İE vuruştan oluşuyorsa, örneğimizdeki altı birimlik sayıyı on tane daha «vuruşsuz» birimle tamamlamak zorunludur. Sayılar, bir kez tanımlandıktan sonra öteki sayının yada sayı dizilerinin yüklenmesine kadar çekirdek bellekte kalır.

Bu sayılar otomatik olarak program denetimi altında bir kez okunduktan sonra, bilgisayar, önceden belleğine yüklenmiş olan programa göre istenilen işlevleri yapabilir. Eğer bellekteki iki sayı (önceden belleğin başka bir bölümünde saklanmış) toplanacaksa hesaplama programındaki bir kod numarası bilgisayarın devresini değiştirir. Böylece iki sayı birlikte, teker teker vuruşlarla toplayıcı bir devreye aktarılmış olur. Toplama devresi kendisine aktarılan bu vuruşları düzenliyerek gerekli yere götürür ve bir dizi vuruşla toplam sayıyı gösterir.

İşlem ve uygulamada sağladığı büyük rahatlığa karşın bilgisayarın etkinliği, büyük ölçüde prog ramcının problemleri basite indirgemesine bağlıdır
Bilgisayar sisteminin

kalbi işlem birimidir (bu yüksek hızlı bir hesaplayıcıdır). Bellek birimiyle uyuşum için de çalışır. Veriler bilgisayara giriş aygıtıyla verilir. Bu aygıt bilgi ve komutaları, sayıları temsil eden elektronik vuruşlar haline dönüştürür. Bu veriler genellikle
92 Bilgisayarlar neler yapar v 86 Elektronik aygıtlar 238 Basit makinalar ve mekanizmalar 4
ya delikli kartlar yada şeritlerle bilgisayara verilir Bu kartların üzerindeki delikler bilgisayarın «okuyabileceği» kodlar biçimindedir Operatörler kartları delgi makinalarında hazırlarlar. Şeritler genellikle özel bir daktilo makinasında delinir. Bilgisayara
ayrıca bak:
Merkezi işlem birimi
Çıktı aygıtı
daha fazlo

bilgi yüklenmek istendiğinde. belleğin dışında mıknatıslı teyp ve disk birimleri kullanılabilir. Çıktı aygıtı, elektronik vuruşları yeniden bilgiye dönüştürür Bu bilgi ya bir kağıda basılır, ya bir ekrana aktarılır yada başka bir araç vasıtasıyla bildirilir
Modern bilgisayar

;temi birbirine baâlı cok makinadan olur. Veriler bilgisayaro sitli giriş avgıtla-la verilebilir. Bun-daktiloya benzeyen klavve, delikli kart-

’I
okuyan bir makina. delikli şeritleri okuyan bir başka makına yada magnetik bant girdisi olabilir Hattâ operatör bir kalemle katot ısını tüpüne çizdiği çeşitli tasarımları girdi olarak verebilir.
Tüm veriler merkezi işlem birimine geçer ve burada saklanır yada gerekirse magnetik bant. disk, tambur gibi yardımcı birimlerinde de saklanabilir Bilgisayarın çalısması bir
program aracılığıyla denetlenir. Bu programın da yüklenmesi ve saklanması gereklidir Merkezi işlem birimi çeşitli işlemleri yapabilmek için gerektiği zaman bu programa
bas vurur. Bilgisayarda üretilen bilgi bir çıktı aygıtı aracılığıyla ortaya konur. Bunlar kart delgisi, şerit delgisi, yada ekran olabilir. Bazı ekranlar katot ısınlarıy-lo aydınlanır, bazıları
da alfasayısal diye adlandırılan sonuçları, sayı yada harf olarak ekranda gösterir. Saklanabilir kopya diye bilinen basılmıs bilgi, genellikle satır baskı makinası aracılığıyla elde
edilir. Bu makinalar tam satırı bir kez-de basar. Bilgi, magnetik şeritlerden de elde edilebilir, bunlar daha cok bilginin başka bilgisayarda kullanılması amacıyla kullanılır
t serıt dolapları
Şerit denetim birimi Merkezi ıslem bir mi Denetim tablosu Disk denetim
Kart delgi
Satır yazıcı
Kart okuyucu Görsel bilgi verme birimi