Bilgisayar, kendisine işlediğimiz bilgileri istediğimizde saklayabilen, istediğimizde geri verebilen cihaza denir. Günümüz bilgisayarları, program adı verilen genelleştirilmiş işlem kümelerini izleme yeteneğine sahiptir. Bu programlar, bilgisayarların çok çeşitli görevleri yerine getirmesini sağlar. “Tam” işletim için gerekli olan ve kullanılan donanım, işletim sistemi (ana yazılım) ve çevresel ekipmanı içeren eksiksiz bir bilgisayar, bir bilgisayar sistemi olarak adlandırılabilir. Bu terim, birbirine bağlı ve birlikte çalışan bir grup bilgisayar, özellikle bir bilgisayar ağı veya bilgisayar kümesi için de kullanılabilir. İlk elektrikli bilgisayar ENIAC’tır.

Bilgisayarlar, tarih boyunca, çok farklı biçimlerde karşımıza çıkmışlardır. 20. yüzyılın ortalarındaki ilk bilgisayarlar büyük bir oda büyüklüğünde olup, günümüz bilgisayarlarından yüzlerce kat daha fazla güç tüketiyorlardı. 21. yüzyılın başına varıldığında ise bilgisayarlar bir kol saatine sığacak ve küçük bir pil ile çalışacak duruma geldiler. Bu kadar küçük imal edilebilmelerinin temel nedeni 1969 yılında yarı iletkenler ile çok küçük alanlara sığdırılabilen devreler yapılabilmesidir. Şu anda kullandığımız bilgisayarlar Intel’in ilk işlemci unvanına sahip olan 4004’ten sonra bilgisayar teknolojisi hız kazanmıştır. Toplumumuz kişisel bilgisayarı ve onun taşınabilir eşdeğeri, dizüstü bilgisayarını, bilgi çağının simgeleri olarak tanıdılar ve bilgisayar kavramıyla özdeşleştirdiler. Günümüzde çok yaygın kullanılmaktadırlar. Bilgisayarın temel çalışma prensibi ikili sayı sistemi yani sadece 0 ve 1 den oluşan kodlamalardır.

İstenilen yazılımı kayıt edip istenilen zamanda çalıştırabilmeleri bilgisayarları çok yönlü kılıp hesap makinelerinden ayıran ana özellikleridir. Church-Turing tezi bu çok yönlülüğün matematiksel ifadesidir ve herhangi bir bilgisayarın bir diğer bilgisayarın görevlerini yerine getirebileceğinin altını çizer. Dolayısıyla, karmaşıklıkları ne düzeyde olursa olsun, cep bilgisayarından süper bilgisayarlara kadar, bellek ve zaman sınırı olmadığı takdirde hepsi aynı görevleri yerine getirebilir.

Bilgisayarın Tarihçesi

Geçmişte “bilgisayar” olarak bilinen birçok aygıt, günümüz ölçütlerine göre bu tanımı hak etmemektedir. Başlangıçta bilgisayar sözcüğü, hesaplama sürecini kolaylaştıran nesnelere verilen bir addı. Bu ilk dönemin bilgisayar örnekleri arasında abaküs (sayı boncuğu) ve Antikitera Mekanizması (M.Ö. 150-100) sayılabilir. Yüzyıllar sonra, Orta Çağ’ın sonundaki bilimsel keşifler ışığında, Avrupalı mühendisler tarafından geliştirilen makinesel hesaplama aygıtlarının ilki ise Wilhelm Schickard‘a (1623) aittir.

Ancak, programlanabilir (yazılımlanabilir) olmamaları nedeniyle bu aygıtların hiçbiri günümüz bilgisayar tanımına uymamaktadır. 1801 yılında Joseph Marie Jacquard‘ın dokuma tezgâhında işlemi otomatikleştirmek için ürettiği delikli kartlar ise bilgisayar tarihindeki ilk programlanabilme izlerini taşır. Kullanıcının sağladığı bu kartlar sayesinde tezgâh, kart üzerindeki deliklerle tarif edilen desene göre çalışabiliyordu.

Bilgisayar İlk Olarak Ne Zaman, Nasıl İcat Edilmiştir?

1837 yılında Charles Babbage, adını Analitik Makine (Analytical Engine) koyduğu, ilk tam programlanabilir mekanik bilgisayarı tasarladı. Ancak parasal nedenler ve çalışmalarını tamamlayamaması nedeniyle bu makineyi hayata geçiremedi.

Delikli kartların ilk büyük ölçekli kullanımı ise Herman Hollerith tarafından, 1890 yılında muhasebe işlemleri için tasarlanan hesap makinesidir. Hollerith’in o dönemde bağlı olduğu işletme, sonraki yıllarda küresel bilgisayar devine dönüşecek olan IBM‘dir. 19. yüzyılın sonlarına gelindiğinde, bilişimin geleceğini şekillendirecek teknolojiler ortaya çıkmaya başlamıştı: delikli kartlar, Boole cebiri, vakum tüpleri ve teletip aygıtları.

20. yüzyılın ilk yarısında, birçok bilimsel gereksinim giderek karmaşıklaşan analog bilgisayarlar ile karşılanıyordu. Ancak bu makineler, günümüz bilgisayarlarının hassasiyetinden hâlâ uzaktı.

1930’lar ve 1940’lar boyunca bilgisayar teknolojisi hızla gelişti. Sayısal elektronik bilgisayarın ortaya çıkışı, elektronik devrelerin icadından (1937) sonra gerçekleşebildi. Bu dönemin önemli çalışmaları şunlardır:

• Konrad Zuse’nin “Z makineleri”: Z3 (1941), ikili sayı tabanına dayalı çalışıp, gerçel sayılar ile işlem yapabilen ilk makinedir. 1998 yılında Z3’ün Turing uyumlu olduğu kanıtlanmış ve bu nedenle ilk bilgisayar unvanını kazanmıştır.

• Atanasoff-Berry Bilgisayarı (ABC) (1942): Vakum tüplerine dayalı olup, ikili sayı tabanının yanı sıra kapasitör tabanlı bellek donanımına sahipti.

• Colossus (1944): İngiliz yapımı bu bilgisayar, sınırlı programlanabilirliğine karşın binlerce tüpün güvenilir bir şekilde çalışabileceğini gösterdi. II. Dünya Savaşı’nda Almanların gizli iletişimlerini çözmek için kullanıldı.

• Harvard Mark I (1944): Sınırlı programlanabilirliğe sahip bir bilgisayar.

• ENIAC (1946): ABD Ordusu tarafından geliştirilen ENIAC, onluk sayı tabanına dayalı olup ilk genel amaçlı elektronik bilgisayar unvanına sahiptir.

ENIAC’ın eksikliklerini fark eden geliştiricileri, daha esnek ve zarif bir çözüm üzerinde çalışarak saklı program mimarisi veya daha yaygın bilinen adıyla von Neumann mimarisini önerdiler. Bu tasarımı ilk kez John von Neumann 1945 yılında yayımladığı bir raporda tanımladı. Bu mimariye dayalı ilk bilgisayar SSEM (Manchester Baby) 1948’de Birleşik Krallık’ta çalıştırıldı. Aynı mimariyi kullanan ENIAC’ın halefi ise EDVAC oldu.

Modern Bilgisayarın Tanımı ve Von Neumann Mimarisi

Günümüzde bilgisayar denilince akla gelen ilk model, Von Neumann mimarisidir. Öyle ki, bu mimari o kadar yaygınlaşmıştır ki adeta bilgisayar sözcüğü ile eş anlamlı hale gelmiştir. Bu tanıma göre, günümüz bilgisayarlarının neredeyse tamamı bu yapıyı kullanır. 1940’lardan bu yana bilgisayar teknolojisi köklü değişimler geçirse de, donanımın temel mantığı büyük ölçüde Von Neumann mimarisine sadık kalmıştır. Bu nedenle, bu mimariden önceki bazı aygıtlar tarihsel bağlamda “bilgisayar” olarak anılsalar da, modern tanıma tam olarak uymazlar.

Bilgisayar Tarihi: Vakum Tüplerinden Mikroişlemcilere

Bilgisayar donanımının evrimi, baş döndürücü bir hızla ilerlemiştir. İşte bu tarihi gelişimin ana hatları:

• 1950’ler – Vakum Tüplü Bilgisayarlar: İlk nesil bilgisayarlar, vakum tüpleri (elektron tüpleri) ile çalışıyordu. Bu devasa makineler, 1950’ler boyunca kullanımda kaldı.

• 1960’lar – Transistörlü Bilgisayarlar: 1960’larda vakum tüplerinin yerini çok daha hızlı, küçük, güvenilir ve ucuz olan transistörler (geçirgeç) aldı. Bu, bilgisayarların ilk kez toplu üretimine olanak tanıyan büyük bir devrimdi.

• 1970’ler – Tümleşik Devreler ve Mikroişlemciler: 1970’lere gelindiğinde, tümleşik devreler (yonga) ve Intel 4004 gibi ilk mikroişlemcilerin geliştirilmesiyle bilgisayarlar bir kez daha büyük bir sıçrama yaşadı. Performans ve güvenilirlik artarken maliyetler ciddi oranda düştü.

• 1980’ler – Kişisel Bilgisayarlar (PC) ve Gömülü Sistemler: Bu dönemde kişisel bilgisayarlar (PC) yaygınlaşmaya başladı. Aynı zamanda, çamaşır makineleri gibi günlük hayattaki birçok cihazın iç kontrol donanımında da (gömülü sistemler) bilgisayarlar kullanılır oldu.

• 1990’lar ve Sonrası – İnternet Çağı: 1990’larda İnternet‘in (Bilgisunar) gelişimi ve yaygınlaşmasıyla bilgisayarlar, televizyon ve telefon gibi hayatımızın vazgeçilmez bir parçası haline geldi.

Von Neumann Mimarisi: Bilgisayarın 4 Temel Bileşeni

Von Neumann mimarisine göre bir bilgisayar, dört ana bileşenden oluşur: Merkezi İşlem Birimi (CPU), Bellek, Giriş/Çıkış (I/O) Birimleri ve tüm bu birimleri birbirine bağlayan Veri Yolları (Buses). İşlemci içerisinde aritmetik ve mantıksal işlemleri yapan Aritmetik Mantık Birimi (ALU) ile işlemleri koordine eden Denetim Birimi (Control Unit) bulunur.

1. İşlemci (CPU – Merkezi İşlem Birimi)

Bilgisayarın beyni olarak da adlandırılan işlemci, tüm aritmetiksel ve mantıksal işlemleri (ALU aracılığıyla) gerçekleştirir ve diğer birimlerin uyum içinde çalışmasını (Denetim Birimi aracılığıyla) sağlar. İçerisinde verilerin çok hızlı işlendiği küçük bellek alanları olan yazmaçlar (register) bulunur.

2. Bilgisayar Belleği (RAM, ROM ve Önbellek)

Bilgisayar belleği, verilerin ve komutların saklandığı hücreler bütünüdür. Her hücrenin benzersiz bir adresi vardır. Günümüz bilgisayarlarında veri saklamak için neredeyse tamamen ikili sayı sistemi (binary) kullanılır. Temel bellek birimi, 8 bit’ten oluşan bayt (byte) ‘tır. Modern bilgisayarlar milyarlarca bayt (Gigabayt/GB) veri depolayabilir.

Bilgisayarlarda üç temel bellek türü bulunur:

• Yazmaçlar (Register): İşlemcinin içinde bulunan, son derece hızlı ancak çok küçük (birkaç bayt) geçici belleklerdir.

• Ana Bellek:

  • RAM (Rastgele Erişimli Bellek): Geçici ve yüksek hızlı bir bellektir. Bilgisayar açıkken işletim sistemi, çalışan programlar ve anlık veriler burada tutulur. Güç kesildiğinde içindeki tüm veriler silinir.

  • ROM (Salt Okunur Bellek): Kalıcı bir bellektir. Üzerindeki veriler sadece okunabilir ve güç kesilse bile silinmez. Bilgisayarın açılışında donanımı başlatan BIOS gibi temel yazılımlar ROM’da saklanır.

• Önbellek (Cache Memory): İşlemcinin içinde veya çok yakınında bulunan, RAM’den daha hızlı olan bir bellek türüdür. İşlemcinin sık kullandığı verileri geçici olarak saklayarak performansı artırır.

3. Giriş/Çıkış (I/O) Birimleri

Bilgisayarın dış dünya ile iletişimini sağlayan tüm donanımlardır.

• Giriş (Input) Birimleri: Verilerin bilgisayara aktarılmasını sağlar. (Örn: Klavye, fare, tarayıcı, mikrofon)

• Çıkış (Output) Birimleri: Bilgisayardaki işlenmiş verilerin dış dünyaya aktarılmasını sağlar. (Örn: Monitör/ekran, hoparlör, yazıcı)

• Depolama Birimleri (Hem Giriş hem Çıkış): Verilerin kalıcı olarak saklanmasını sağlar. (Örn: Sabit disk (HDD), SSD, optik diskler (CD/DVD), USB bellekler)

4. Veri Yolları (Buses)

Tüm bu bileşenler arasında iletişimi sağlayan fiziksel ve mantıksal yollardır. Anakart üzerinde bulunan bu yollar sayesinde işlemci, bellekten veri okuyabilir, yazıcıya çıktı gönderebilir veya sabit diskten bilgi alabilir. Veri yolları üç ana gruba ayrılır:

• Adres Yolu (Address Bus): İşlemcinin hangi bellek bölgesine veya I/O birimine erişeceğini belirten adres bilgisini taşır.

• Veri Yolu (Data Bus): Asıl verilerin (sayılar, komutlar, metinler) taşındığı yoldur.

• Denetim Yolu (Control Bus): Okuma/yazma sinyalleri gibi kontrol komutlarını taşır. Hangi işlemin yapılacağını belirtir.

Günümüzdeki örnekleri: PCIe, USB, SATA, HDMI gibi arayüzlerin hepsi aslında birer veri yoludur.

Donanım

Donanım (hardware) kavramı, bir bilgisayarın fiziksel olarak dokunulabilen tüm elektronik, mekanik ve manyetik bileşenlerini kapsar.

Yazılım

Yazılım (software), bir bilgisayar sisteminde donanıma işlem yaptıran, verileri işleyen ve kullanıcı ile donanım arasında etkileşimi sağlayan komutlar ve programlar bütünüdür.

1. İşletim Sistemleri (Operating Systems)

2. Sistem Yazılımları (System Software)

3. Uygulama Yazılımları (Application Software)

Ofis ve Üretkenlik

İnternet ve Ağ

Tasarım ve Grafik

Sayısal Ses (Digital Audio)

Yazılım Geliştirme (Software Engineering)

Oyunlar (Games)

Güvenlik ve Sistem Araçları

4. Belge Biçimleri ve Dosya Formatları (File Formats)

5. Kullanıcı Arayüzleri (User Interfaces)

Kaynakça Önerileri

• Tanenbaum, A. S., & Austin, T. (2012). Structured Computer Organization. (Özellikle Von Neumann mimarisi ve bilgisayar tarihi bölümleri için).
• Patterson, D. A., & Hennessy, J. L. (2017). Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface. (Bilgisayar bileşenleri (CPU, RAM, ROM) için endüstri standardı bir kaynak).
• Alternatif olarak: “Bilgisayar Mimarisi” veya “Bilgisayar Donanımı” ders notları (üniversitelerin yayınladığı açık ders malzemeleri).

Haberi Derleyen ve Sunan: Hasan Ongan