Bilgisayarın çalışmasındaki en önemli nokta; “mantıklı kurallar bütününün oluşturulmasıdır.” Çünkü bir önceki bölümde (Bilgisayar tarihi- 1: Bilgisayarın doğuşu) gördüğümüz üzere tamamen mekanik ve elektronik araç olan bu cihazlar belirli bir adımlara tabi olmadığı sürece anlamlı bir iş yapamaz. Mesela altta ki pikseller adlı görsele bakınız, burada “H+F” harfinin yazımı gözüküyor. Bu bilgisayar ekranımızı veya mobil telefonumuzun ekranını temsil etsin. Klavyeden H, + ve F sembollerine basılmış ve ekranda gözükmüş. Şu kısımda olayın ilk sürecinin nasıl işleyeceğinden önce, sadece gelen bir veriyi ekrana nasıl yazdıracağımızdan konuşalım.
Pikseller
Ekranda ki her siyahımsı kare kapalı olan bir led ışığını veya küçük ampulü simgelerken, “H+F” sembollerinin olduğu kısım ise açık olan, yanan led ışığını veya yanan ampulü temsil etsin. Kısaca bu örneğimizde ekranımızda bir sürü küçük led ışıkları veya ampuller var. Biz onlardan bazılarını yakarak ekranda sembollerin oluşmasına izin veriyoruz. Bize birkaç veri geldi ve bunları ekrana yansıtmak istiyoruz lakin bunu rastgele bir şekilde yapamayız. Belirli ampulleri yakmalıyız. İşte burada mantığı, yani matematiği kullanmamız gerek.
Referans sistemi
Bütün ampulleri bir kurala tabi tutmak için “referans sistemi” yapısını öne atalım. Böylece tüm ampulleri sabit bir referans sistemi üzerinden ifade eder ve kurallı bir yapı oluşturabiliriz. Ama ekranlarda x-y koordinat sistemi gözükmüyor. Bunun hiçbir engeli yok, böyle olmasını hayal ediyoruz ve matematik bize bu gücü veriyor.
Referans sisteminde “H”
Üstte ki resimde de gözüktüğü üzere “H” sembolünü yakacak ampullerin koordinatları hayali referans sistemimizde gösterilmiştir. Bu sayede yatayda ve düşeyde ki ampulleri bu koordinat sistemimizde gösterildiği gibi numaralandırıp yakarsak “H” sembolü elde edilecektir. Aynı şekilde bir sürü sembolü bu şekilde numaralandırıp yakabiliriz. Gelin örneğimize devam edelim ve birkaç devre daha ekleyelim. Bu devreler birçok bakır kablonun ampullere bağlandığı “hafıza” adında bir devreden yayılsın ve 3 tane devre anahtarından oluşsun. (aşağıda ki resme bakınız)
Anahtar ve hafıza
Hafıza adlı devreden, her ampule bakır kablo ulaşıyor. “+,F ve H” sembolleri olarak adlandırılan devre anahtarları ise hafıza adlı devreye bağlı. Anahtarlardan “+” açık olunca Hafıza adlı devrenin referans sisteminde gösterdiğimiz gibi belirli ampulleri yanacak şekilde dizildiğini ve aynı düzenin diğer semboller için yaptığımızı düşünürsek, artık elle ampulleri tek tek yapmak yerine bir tek anahtarla birçok ampulü yakabiliriz.
Bu örneğimiz, günümüzde “ekran kartlarını” temsil etmektedir. Bilgisayarlarımız veya telefonlarımızın ekranlarında çok küçük pikseller(gözenekler) vardır. Bunlara belirli kurallara göre elektrik sinyali düşürülerek ekranda görüntü oluşması sağlanır. Mesela bir video izlerken, görüntülerin akışına uygun telefonlarımız(veya bilgisayarlarımız) çok kısa sürede birçok gözeneğe sürekli elektrik sinyalleri göndererek onları yakar veya söndürür.
Ekrandaki pikseller
Peki bu elektrik sinyalleri nedir? Aslında bunlar yaygın olarak 5Volt veya 0Volt olarak belirlenir. Klavyeden bir tuşa bastığınızda bunlar 5V veya 0V dan oluşan elektrik sinyalleridir. Bu noktada bunları daha açık ifade etmek için ikili sayı sistemi kullanılır. Yani 5V, “1” değerini simgelerken, 0V, “0” değerini simgeler. Bir diğer manada devre üzerinde anahtarların kapalı olması “0” değerini, açık olması “1” değerini simgeler. Bu anahtarlar transistörlerdir. Tabi ki devrede kesintisiz 5V veya 0V olmayabilir. Yani 3,8V veya 4,7V olabilir. Aynı şekilde 0,6V veya 0,3V olabilir. Bu gibi durumlarda belirli bir sınır üzeri “1-var”, “0-yok” olarak düzenlenir. Sözgelimi 3 ila 5V arası “1-var”, 0 ila 1V arası ise “0-yok” değerini simgeler. Gelen bu ikili kod dizesi “1001011…” aslında elektriğin var veya yok olması cinsinden “var-yok-yok-var-yok-var-var…” şeklinde iken elektrik sinyali açısından “5V-0V-0V-5V-0V-5V-5V…” anlamındadır. Burada, bu art arda okuma nanosaniyeler cinsinden gerçekleşir. Böylece sürekli birden fazla 0V ila 5V değerleri ayrıt edilebilir. Şimdi 1 ve 0 cinsinden sınıfladığımız bu verileri gruplayıp belirli kurallarla düzenlersek bir sürü özellik inşa edilebilir olur. (Üstte örneğimizde yaptığımız buydu)
Mesela birkaç sayıyı topladığımız bir “devre” düşünelim. Bu tür devrelerde mantık işlemleri için Boolean Cebri(George Boole, D.1815 – Ö.1864) kullanılır. (Matematikte genelde küme teorisinden önce mantık konusu vardır.) Aşağıda da gördüğünüz üzere bazı devre elamanları vardır. Aslında bunlar birer kapıdır. Bir Boolean işleminin, verilen giriş değerlerine göre çıkışını üreten bir aygıta “Kapı” denilmektedir. Burada bir ucundan gelen elektrik sinyallerini alır ve kendi içinde devre düzeni ile bunu belirli bir elektrik sinyali olarak çıkartır.
Boolean işlemleri ve kapıların sembolü
Aşağıdaki basit “toplam” devresine bakınız. Burada “X” ve “Y”den gelen elektrik verileri (0V veya 5V gibi ki bunlar 1,0 olarak ifade edilir) çıkışta yine bir elektrik sinyali oluşturur. Örneğin bu devreye gelen elektrik sinyallerinin sonucunda “S” çıkışında bir dizi sıfırlar ve birler elde edilir(000011 gibi) işte bu sayılar 2’li sistemde bir sayıya karşılık gelir.(000011 = 3 dür) bu şekilde iki sayı toplanmış olur.
Toplama devresi
Bu şekilde bir sürü devrenin kurallı kombinasyonu ile bilgisayar içinde bir mantık ve dolayısıyla bilgisayar denen makine oluşur.
Depolama
Bilgisayarlarda kayıt ettiğimiz her veri, arkada bir fiziksel yapı tarafından saklanması gerek. Bu fiziksel yapıların içinde “byte” adı verilen hücreler bulunur. Her bir hücrede veriler depolanır ve kullanılmak üzere hazır hale getirilir. 1 hücre(byte) 8 bit’lik bir boyuta sahiptir. (Bu boyut yükseklik benzerinde bir nicelik olarak algılanmasın. Elektrik voltajının sahip olduğu ve 0-1 rakamları olarak sembolize edilen ve devre parçacıklarında birikmeyi belirtir.) Bu hücre kavramını şu şekilde modelleyebiliriz:
Su bardağı modeli
Bir su bardağımız olsun. Bu aldığımız verinin depolandığı fiziksel bir parçadır. İçine su koyduğumuzda “1-var” değerini yani 5V u, içine su koymadığımızda ise “0-yok” yani 0V u simgelesin. 1 hücremiz 8 tane(8-bit) bardaktan oluşsun.
Bu ifade ettiğimiz durum ikili sistemimizde “A” harfini simgeler.
=Art ifadesi
İşte bu şekilde hücrelerle veri depolanabiliyor ve istenildiği zaman ulaşılıyor. Bu depolamaya erişebilmek için ise RAM olarak adlandırılan Rastgele erişimli bellek(Random Access memory) kullanılır. Ayrıca depolama boyutunu artan niceliklerde ifade edebiliriz. 1byte =8 bit, 1024 byte=1KB, 1024KB=1MB, 1024MB = 1GB … şeklinde gider. Yani 210 şeklinde artar. Sadece 1MB de aşağı yukarı 8 milyon bit vardır. Yani 1MB bilgisayarınızda 1 milyon depolama hücresini işgal eder.
Flash belleklere gelene kadar depolamada sıkça, manyetik depolama ve optik depolama kullanılmıştır. Burada manyetik depolamada diskler ile beraber manyetik momentin değişebileceği metaryaller kullanılmıştır. Aynı şekilde manyetik moment yönü 1-0 ile sembolize edilmiştir. Aynı şey optik disklerde de geçerlidir. Optik disklerde küçük küçük delikler bulunur. Delikler ve delik olmayanlar 0-1 olarak sembolize edilerek belirli bir mantıksal düzenle işlenebilir.
Optik disk-CD’nin delikli yapısı ve manyetik depolama
Aynı şekilde ses ve görüntü de benzer kurallara göre depolanır. Mesela bir piksel – resim elamanını belirtir. (picture element) bunlar RGB kodlarıyla ifade edilir. (Red-Green-Blue) her bir piksel (Kırmızı-Yeşil-Mavi) ana renkleri barındırır. Benzer şekilde ses dosyaları da, belirli zamanlarda sesin genliğini ifade eden kodlarla dönüştürülür.
Son olarak bu video adresi devrelerin dizilimi ile nasıl mantıklı bir çıktı elde edeceği üzerine.
“ 32 dakika devre tasarımı”
Referanslar
Ana kaynak, Computer Science and Overview Science, Dennis Brylow and J.G Brookshear, 12.v Volt değerleri, https://www.electronics-lab.com/article/binary-numbers/ Ascii harf-sayı değerleri, https://www.ascii-code.com/ Video, devre tasarımı,32 dakika, https://www.youtube.com/watch?v=dLh1n2dErzE&list=PLowKtXNTBypGqImE405J2565dvjafglHU&index=33 Görsel Referans: renk pikselleri, https://i0.wp.com/www.orientdisplay.com/wp-content/uploads/2021/01/1-5.png?w=226&ssl=1 pikseller, https://webstyleguide.com/wsg2/graphics/graphics/7.02.gif Cd, https://b2600043.smushcdn.com/2600043/wp-content/uploads/2019/07/How-Data-is-written-on-CD.gif?lossy=0&strip=1&webp=1 Manyetik depolama, https://ece.northeastern.edu/fac-ece/nian/mom/img/c4.jpg