Kod Nedir?

Her sayı veya harf bilgisayara belleğindeki bir şeyi değiştirmesini söyler . Bu bir sayı veya kelime veya bir resim veya videonun küçük bir parçası olabilir. Bilgisayarlar kendi başlarına nasıl bir şey yapılacağını bilmiyorlar. Onlara talimatlar vermek programcının görevidir. Makine kodunu öğrenmek mümkündür, ancak bu uzun zaman alacaktır. Neyse ki bilgisayarlarla iletişim kurmanın daha kolay bir yolu var.

Programlama Dili Nedir?

Makine kodunu kullanmak yerine, Python programlama dilini kullanarak ekrana “Hello, world” yazdırır.

Hemen hemen tüm programlama dilleri aynı şekilde çalışır:

1. Ne yapacağınızı söylemek için kod yazıyorsunuz:
2. Kod derlenir ve bilgisayarın anlayabileceği makine koduna dönüştürür.
3. Bilgisayar kodu yürütür ve Merhaba, dünyayı bize geri yazar .

Farklı programlama dilleri de var, ancak hepsi aynı şeyi yapıyor. Ne yapmak istediğinizi yazın, derleyici bilgisayarın anladığı dile çevirir(makine kodu), daha sonra bilgisayar bunu işler, programlama kod yürütme denir 

Kodlar Nasıl Çalışır?

Bilgisayarda bir program çalıştırmak istendiğinde program kodlarını içeren dosya, sabit diskten (veya diğer kullanıcı hafızalardan) okunarak RAM üzerine alınır. Çalıştırılacak kodların başlangıç adresi işlemci üzerindeki program sayacıya (PC->Program Counter) yüklenir. Sonrasında program sayıcının gösterdiği adresteki kod RAM’den alınarak kod kaydedicisine getirilir(Fetch). Burada kodlar sahip oldukları parametrelerinden (komut+adres/sayı) ayrılarak ALU için anlamlı komutlar haline getirilir(Decode). ALU kendisine gelen komutu icra ederek (Execute) komutunun gerektirdiği biçimiyle çıktısını ya kaydediciye ya da RAM üzerine yazar(Write Back). Buraya kadar RAM üzerindeki bir kod çalıştırılmış oldu. Artık tüm bu işlemler sonunda program sayıcı bir sonraki çalıştırılacak kodun adresini göstermektedir.

Unutulmamalıdır ki her kodun uzunluğu bir değildir. Veri içeren kodlarla, içermeyen kodların hafızada kapladıkları alan bir değildir. Bu nedenle program sayıcı işletilen kodun büyüklüğü kadar artırılarak bir sonraki adresi gösterir. Bu işlemler bir sonraki komut için benzer şekilde devam ederek işletilmesi gereken komutlar bitene kadar sürer. Aşağıda (solda) bu yapı ayrıntılı olarak gösterilmiştir. Sağda ise genel hatları ile Getir-Çöz-Çalıştır-Yaz(Fetch-Decode-Execute-Write Back) çevrimi gösterilmiştir.

ALU’nun işlem yapabilme kabiliyeti işlemcinin kaç bit işlemci olduğu ile alakalıdır. Örneğin ALU 32 bit iki sayıya aynı anda işleme alabiliyorsa o işlemci 32 bittir. Günümüzde ki işlemciler çoğunlukla 64 bittir.

Yukarıda bahsedildiği üzere komutların icra edilmesi 4 aşamada gerçekleşmektedir. İşlemciye herhangi bir kesme işareti geldiğinde bu görev execute çevriminden sonra icra edilir. Program Counter (PC) içerisindeki işletilme sırası kendinde olan adres saklanır ve kesme işaretinin gösterdiği adres PC’ye yüklenir. Kesmeye ait yordam kodları icra edildikten sonra önceki programa kalındığı yerden saklanan adresin PC’ye yüklenmesi ile devam edilir.

Kesmeler sistemin çalışması sırasında acil çalıştırılması gereken kodların araya girme durumudur. Kesmeler donanım ve yazılım kesmeleri olarak ikiye ayrılırlar.

İşlemci bir kodu çalıştırırken bahsedildiği üzere şu adımlar Fetch(F), Decode(D), Execute(E) ve WriteBack(WB) sırasıyla yerine getirilir.Eğer bir komutun icrası önceki komutun write back aşamasından sonra başlarsa burada zaman kayıpları oluşur. Çünkü işlemcinin örneğin fetch sırasında ALU çalışmaz boşta kalmış olur. Zaman kayıplarını önlemek için pipeline(kesintisiz iş akışı) denilen bir yapı kullanılır. Pipeline yapıya en uygun mimari RISC mimarisidir. Pipeline yapıda işlemcinin komut icrasında boşta kalan kaynakları, bir sonraki adımın işlemlerini yürütmek üzere tasarlanmıştır. Yani aynı anda işlemcinin boşta kalan tüm kaynakları kullanılmış olur. Bu kayıp aşağıda gösterilmiştir. Aşağıda iç akışını gösteren tablodan da anlaşılacağı üzere; pipeline olmayan yapıda 12 saat frekansında sadece üç komut icra edilirken, pipeline yapıda 3 komutun icrası 6 saat frekansında halledilir.

Kaynakça: İnterbilgi, Medium, Codeconquest, Makeuseof, İnterestingEngineering

Yaşar, E. (2018).Bilgisayar Donanımı. Bursa: Ekin Basım Yayın Dağıtım (61-63)

The post Kodlar Nasıl Çalışır? appeared first on Halil Durmus.

Bir işlemci, üretim aşamasında kendi yapısına dahil edilmiş ve çeşitli komutları yürütebilen devre yapılarına sahiptir. Üretim aşamasında işlemci üzerine dahil edilen ve komutları icra edebilen bu devre kümesine komut seti (Instruction set) denilmektedir. Bazı komut setleri MMX, 3DNOW, SSE, SSE2, SSE3, XOP… komut setleri örnek verilebilir.

İşlemciler temelde aşağıdaki işlemleri yapabilmektedir.

1. Atama İşlemleri (bellekler arası veri taşıma ve kopyalama işlemleri)
2. Aritmatiksel ve mantıksal işlemler (toplama, çıkarma, çarpma, bölme, ve, veya, kaydırma…işlemleri)
3. Dallanma ve kontrol işlemleri (programın akış yönünü duruma göre değiştiren çeşitli dallanma kodları)

İşlemciye ait Bileşenler

• ALU (Aritmatik ve Mantıksal İşlem Birimi): Aritmetiksel ve mantıksal işlemler burada yapılır.
• Program Sayacı (Program Counter): RAM üzerinde bulunan sıradaki işletilecek kodun adresini tutar.
• Kod Kaydedici (Instruction Register): RAM’dan işletilmek üzere getirilen kodun geçici olarak tutulduğu hafızadır.
• Kod Çözücü (Instruction Decoder): Kodlar parametreleri ile hafızada yer alırlar (Parametresiz kodlarda vardır). Kod parametreleri adres verisi, register adı veya sabit sayılar olabilir. Kod çözücü ALU üzerinde icra edilecek komutla parametrelerini kod bilgisinden ayıklar. Yani kod kaydedicisinde tutulan kodu ALU için anlamlı hale getirir (çözer).
• Kaydediciler( Registery): İşlemci içerisinde sayıları depolamak için kullanılan geçici hafıza birimleridir. İşlemci veri uzunluğu kadar genişliğe (32, 64 bit) sahiptirler.
• Bayraklar (Flags): ALU’nun yaptığı işlemlerin sonuçlarını gösteren ve 1 bit genişliğinde büyüklüğe sahip hafıza gözleridir. İşlemlerin sonucuna göre 1 ya da 0 değerlerini alır. Bayrak hafıza gözlerinden sıfır, işaret, elde, eşlik, taşma gibi isimlendirmelerle anılan örnekler verilebilir Örneğin bir çıkarma işleminde sonuç sıfır çıkacaksa sıfır bayrağı 1 değerini alır.

İşlemci Mimarisi

İşlemciler mimari (architecture) olarak gruplara ayrılırlar. Ortak mimariye sahip olan işlemciler aynı komutları tanımakta ve aynı yazılımları çalıştırabilmektedirler. Günümüz işlemcileri yaygın olarak iki mimariye sahiptir.

1- CISC Mimari

CISC (Complex Insruction Set Computer) Karmaşık Komut Seti Bilgisayarı anlamına gelir. CISC yapıda RISC yapıya göre daha fazla komut vardır. 70’li yıllarda geliştirilen bu mimari, programlanması kolay ve etkin bellek kullanımı sağlayan tasarım felsefesinin ürünüdür.

İşlemcinin, komut kodlarının her birine karşılık gelen mikrokod komut gruplarını içeren ROM belleği vardır. Bir makine kodu işlemciye eriştiğinde, işlemci kodun daha basit komutlara ayrılmış parçalarını yürütür.

Bu yapıda, komut kümesi aynı kaldığı için programlar, farklı sistemler üzerinde yeniden derlemeye gerek kalmaksızın çalıştırılabilirler. Geliştirilen yeni komutlar eskilerinin üzerine eklenerek geriye doğru olan uyumluluk sağlanır.

CISC Mimarisinin Avantajları

• Mikro programların yürütülmesi kolaydır.
• Geriye doğru uyumludur.
• Mikrokod ROM’A eklenen her bir komut ile CPU daha yetenekli olmaya başlamakta ve verilen bir görevi yürütmek için daha az zaman harcamaktadır.

CISC Mimarisinin Dezavantajları

• CPU yapısı her kuşak işlemci ile beraber daha karmaşıklaşmıştır.
• Farklı komutlar farklı sayıda saat çevrimine gerek duyacaklarından performans düşmesi gözlenir.

2-RISC Mimari

RISC (Reduced Instruction Set Computer) Azaltılmış Komut Seti Bilgisayarı anlamına gelmektedir.  CISC mimarili işlemcilerin kötü yanlarına piyasanın tepkilerine cevap olarak tasarımcı firmalardan IBM, Apple ve Motorola tarafından sistematik olarak tasarlanmıştır.

• Bütün komutlar tekbir çevrimde çalıştırılmalıdır.
• Belleğe sadece Load ve Store komutlarıyla erişilmelidir.
• Bütün icra işlemleri Mikrokod kullanmadan donanımdan çalıştırılmalıdır.

RISC Mimarisinin Avantajları

• Azaltılmış komut kümesi sayesinde daha hızlı çalışırlar.
• Komut kümesi az olunca donanımsal basitlik söz konusudur.
• CISC işlemcilere göre daha çabuk tasarlanabilirler.
• Yüksek seviyeli dilleri destekler.
• Programcılar açısından bakıldığından CISC mimariye göre aynı programı yazmak için daha kod yazma ihtiyacı vardır.
• Fiyat olarak CISC mimarili işlemcilere göre daha ucuzdur.

RISC Mimarisinin Dezavantajları

• RISC işlemcinin performansı işlediğikodun algoritmasına çok bağlıdır. Eğerprogramcı veya derleyici komutprogramlamada zayıf kalırsa, işlemciatıl durumda kalarak bir parçagecikme oluşturulur.
• Doğrudan bellek üzerinde işlem yapan komut yoktur.
• İşlemcinin üzerinde çalışınlan yazılımlar pahalıdır. Çünkü daha uzun zamanda oluşturulur.

Kaynakça: Laptoptera, Microprocessorforyou, Computersciencewiki, Stanford, Wikipedia

Yaşar, E. (2018).Bilgisayar Donanımı. Bursa: Ekin Basım Yayın Dağıtım (59-61)

The post İşlemci (CPU – Merkezi İşlem Birimi) appeared first on Halil Durmus.

Bilgisayarda tüm işleri yapan donanım birimi işlemcidir. İşlemci ve diğer tüm donanım birimleri anakart denilen kart üzerine bağlanırlar. Anakartın görevi bu donanım birimlerini birbirleri ile haberleştirmektir.

Donanım birimleri anakart üzerine doğrudan veya dolaylı bağlanırlar. Doğrudan bağlananlara internal (dahili), dolaylı (kablo ile veya kasanın dışından) bağlananlara external (harici) donanım denilir. Dahili donanımlar kasanın içinde, dolaylı bağlanan donanımlar ise genelde kablo yardımıyla kasanın dışında yer alır.

Bilgisayarın çalışması denilince ona sırayla verilen kodların icrası akla gelmektedir. İşlemci kendisine hafıza veya giriş çıkış portlarından gelen verileri, üzerinde çalıştırılan programlar kodları yardımıyla işler ve elde edilen verileri yine programlar doğrultusunda, gerekirse hafıza birimlerine veya giriş çıkış portlarına gönderirler. Bilgisayar üzerinde bir programın çalışabilmesi için işletim sistemi olması gerekmektedir. Sabit disk üzerindeki bir program çalıştırılmak istendiğinde programa ait kodlar RAM hafızaya kopyalanır. İşletim sistemi bu kodları işlemciye icra ettirerek sonlanana kadar programın isteklerini işlemciye yürüttürür. Program kullanıcı tarafından sonlandırıldığında ise program kodları hafızadan atılır.

Günümüzde işletim sistemleri aynı anda birden çok iş parçacığına ait kod kümelerini yürütebilmektedir. Bilgisayarda işlenen veriler istenirse dosya denilen veri kümeleri halinde kalıcı hafızalara da kaydedilebilir. Bilgisayardaki komut işleme performansı veriyollarının bant genişliğine, veriyollarının hafıza ve disk erişimini azaltan RAM büyüklüğüne bağlıdır. Disk erişimi performansı ise daha çok sabit diskin erişim ve yazma hızına bağlıdır.

Bir bilgisayarın çalışabilmesi için en temelde anakart, işlemci, ram, ve programların depolanması veya çalıştırılması için en az bir tane kalıcı hafıza (sabit disk veya taşınabilir bellek veya optik sürücü veya disket) gereklidir. Bilgisayar mimarisinde üç farklı işlevler için veriyolu (bus) yapısı vardır. Bunlar kontrol, veri (data) ve adres bus yapılarıdır.

1-Veri Hattı (Data Bus)

Verilerin taşınmasında kullanılır. CPU, RAM ve I/O birimleri arasında veri alışverişi bu kanaldan yapılır.

2-Adres Hattı (Address Bus)

İşlemcinin hangi hafıza gözü ve giriş/çıkış kanalları ile haberleşeceğini belirleyen adres verilerini taşır. Adres bilgileri bu kanaldan tüm donanım birimlerine iletilir. Adres verisini alan donanım birimi kendisinin olduğunu anlayınca aktif hale geçer.

3-Kontrol Hattı ( Control Bus)

Okuma, yazma, kesme ve saat işareti gibi kontrol sinyallerinin taşındığı hattır. Diğer bir ifade ile donanım birimlerine CPU’nun emir ve komut gönderdiği ve cihazlarında durumunu bildiren durum sinyallerinin taşındığı hattır.

Aşağıda bahsedilen bus yapılarının sistem üzerindeki yerleşimine ait bir resim verilmiştir.

Tüm donanım cihazları bu veriyollarına paralel bağlanmıştır. Her bir donanım biriminin kendisine has tekil bir adresi veya adres aralığı vardır. Örneğin işlemci RAM üzerinden herhangi bir hafıza gözündeki veriyi okumak istesin. Okumak istenilen hafıza gözünün adresi adres hattına yüklenir. Kontrol hattına ise Read (Oku) kontrol sinyali verilir. Sonrasında ise veri hattı üzerinden işlemciye hafıza gözündeki veriler gönderilir.

İşlemcinin çalıştıracağı kodlar işlemci üzerine üretim aşamasında önceden yüklenmiştir. İşlemci bu komutları girişine uygulanan özel bir kod yardımıyla icra eder. Bu kodlar 16’lık (hexadecimal) yapıdadir. Bu biçimdeki işlemci kodlarına makine kodları denir. Programlar sadece işlemciden, işlemci üzerinde tanımlanmış komutları çalıştırmasını isteyebilirler. Zaten programlar, işlemcide tanımlı kodların belirli bir mantık yoluyla problemleri çözebilecek şekilde sıralanmasıyla oluşan, komut bloklarıdır.

İşlemci, tüm donanım birimleri ile dolaylı ya da dolaysız etkileşim halindedir. İşlemci tüm donanım birimlerini bir döngü halinde kontrol etmez. İşlemciyle bağlantı kurmak isteyen donanım birimi kesme denilen özel bir işaret kullanarak işlemcinin kendisiyle ilgilenmesini sağlar. Kesme işaretini alan işlemci yaptığı işlemi yarıda bırakarak göserilen alt programı çalıştırıp kaldığı yere döner. Tüm donanım birimleri işlemcinin isteklerini yerine getiren birer hizmetçi olarak çalışır. Bazı donanımlar kendilerine has işlemciye sahiptir. Bu tip donanımlara akıllı donanım denmektedir. Bunlar işlemciye daha az yük olmaktadır. İşlemci artakalan zamanda başka görevlerini yaparak zaman kazanmaktadır.

Kesmeler

Kesmeler I/O cihazları tarafından üretilebilirler ve işlemcinin normal çalışmasını keserler. Program kesmeleri, Timer kesmeleri, I/O kesmeleri ve donanım kesmeleri çeşitleri vardır.

Kaynakça: Webtekno, Explainthatstuff, Pixabay

Yaşar, E. (2018).Bilgisayar Donanımı. Bursa: Ekin Basım Yayın Dağıtım

The post Bilgisayar Nasıl Çalışır? appeared first on Halil Durmus.