Bilgisayar Mimarisi ve Organizasyonu

Bilgisayar mühendisliğinde, bilgisayarın temel işlevsel yapısı ve kavram tasarımına verilen isim bilgisayar mimarisidir. Bir taslak olarak iç bağlantıları, aygıtlar arası haberleşmeleri ve daha geniş olarak merkezi işlem birimi ve ana bellek üzerindeki yapılara odaklanmıştır. Bu yazımızda Bilgisayar Mimarisi ve Organizasyonu konusunu ele alacağız.

Bilgisayar Mimarisi ve Organizasyonu

Bilgisayar mimarisi, en küçüğe ve en başarılıya ulaşmayı hedeflerken aynı zamanda maliyeti de göz önünde bulundurduğu için sanat ve bilimin ortak buluştuğu nokta olarak da tanımlanır

Bilgisayar Mimarisi sıklıkla Bilgisayar Organizasyonu tanımı ile karıştırılır. Bunun nedeni Bilgisayar Mimarisi tanımının daha alt düzey teknoloji, organizasyon tanımının ise daha kullanıcıya yönelik üst düzey özellikler taşımasıdır. Bilgisayar Mimarisi bilgisayar parçalarının iç yapıları ve aralarındaki haberleşme bağlantıları ile ilgilidir.

Bilgisayar Mimarisi tanımı aşağıdaki gibi özetlenebilir:

1- Merkezi işlem biriminin mimarisinin tasarımı

• Komut kümesinin tasarımı.
• Adresleme yöntemlerinin tasarımı.

2- Genel donanım mimarileri.

1937 yılında Howard-Aiken ilk otomatik hesap makinesi olan MARK-I ‘i, 1943 yılında ise J.P.Erkert ilk işlevsel bilgisayar olan ENIAC(Elektronic Numerical Integrator and Calculator)’ı yaptı. 1971 yılında Intel firması; tüm bileşenleri kendi üzerinde olan 4 bitlik 4004 isimli mikroişlemciyi, 1972 yılında 8 bitlik 8008 işlemcisini, 1974 yılında ise 8080 işlemcisini üretti.

8080 işlemcisi, Intel firmasının ilk genel amaçlı mikroişlemcisiydi. Mikroişlemcilerin getirdiği en önemli avantaj programlanabilirlik özelliğiydi. Çünkü bu sayede aynı işlemci üzerinden farklı işlemler yapılabiliyordu.

( Örneğin: Bir gün matematiksel işlemlerin yapıldığı bir işlemci üzerinden, diğer gün alfabetik kelime işlemlerinin yapılabilmesi).

8080 ev bilgisayarlarında da kullanılan ilk işlemcidir. 1979 yılında IBM PC, Intel’in 8088 işlemcisini kullanmaya başladı. 8088 den sonra 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV serisi ile kullanıma devam edildi. Günümüz mikroişlemcileri 8088 den çok hızlıdır.

Bugünkü bilgisayarların mimarisinin modeli ENIAC üzerinde çalışmış olan John Von Neumann tarafından geliştirilmiştir ve Von Neumann modelinde mantıksal olarak bilgisayar sistemi tam olarak tanımlanmıştır.

Bilgisayar sisteminin; bellek, veri yolu, giriş, çıkış ve merkezi işlem biriminden ibaret olduğu düşünülmüştür.

Von Neumann mimarisine sahip bilgisayarlarda gerçekleştirilen adımlar: program sayacının gösterdiği adresten komut getirilir, program sayacı 1 arttırılır, kontrol birimi getirilen kodun komutunu çözer ve tekrar ilk adıma dönülür.

Bilgisayar mimarisi tasarımı 2 yaklaşım üzerinde yoğunlaşmıştır

Bunlardan birisi az önce bahsettiğimiz Von Neuman mimarisi, diğeri ise Harvard mimarisidir.

Harvard mimarili bilgisayar sistemlerinde veri ve buyruklar ayrı belleklerde tutulurlar. Komutla beraber veri farklı iletişim yollarını kullanarak ilgili belleklerden alınıp işlemciye getirilebilir. Getirilen komut işlenip gerekli verisi veri belleğinden alınırken sıradaki komut, komut belleğinden alınıp getirilebilir. Bu da hızı arttıran bir etkendir.

Günümüz bilgisayarlarında, ön bellek kullanılarak bellekle tek yoldan iletişim ve buyrukla verinin aynı bellekte bulunma sorunu çözülmüştür. Önbelleğin kapasitesine göre ana bellekten veriler ön belleğe alınır. Komut ve veriler önbellek denetleyicisi tarafından ayrılır ve ilgili birimlere yerleştirilir. Önbellek miktarı ne kadar fazla olursa o kadar iyi olur ancak önbelleklerin pahalı olması bir sorundur.

Bilgisayarı oluşturan 5 ana bileşen vardır. Bunlar;

• Veriyolu
• Denetim
• Bellek
• Giriş aygıtları
• Çıkış aygıtları

Bilgisayar mimarisini ise 4 şekilde incelemek mümkündür;

İşlemci ve komut seti mimarisi, bellek mimarisi, giriş-çıkış sistemi, veri yolu sistemi.

Bilgisayarlar yazılım ve donanım olmak üzere iki kısımdan oluşurlar.

Yazılım bilgisayarı çalıştırmaya yarayan fiziksel olmayan kısımdır. Donanım ise bilgisayarın fiziksel ve elektronik yapısını oluşturan ana ve çevre birimlerin tümüdür. Monitör, kasa, klavye, fare bilgisayarın donanım elemanlarıdır.