Ana sayfa > Programlama > C Gömülü Programlama > Bilgisayar sistemleri

Bilgisayar sistemleri

Bu bölümde bir bilgisayarın temel donanım parçaları ve çalışma prensibi üzerinde durmaya çalışacağız.

Bilgisayarın temel yapısı

Bilgisayarı oluşturan ana parçalar aşağıdadır:

  • Merkezi işlemci birimi (CPU)
  • Giriş bloğu
  • Çıkış bloğu
  • Program belleği
  • Veri belleği

Merkezi işlemci birimi (CPU):

Merkezi işlemci birimi (CPU) bütün hesaplamaları yapar. Program belleğinden talimatları alır ve uygular. Gerekirse, veri belleğinde bulunan verilere erişim sağlar.

CPU özellikleri ve yaptığı işlemler:

  • CPU bilgisayarın en önemli parçasıdır.
  • Bilgisayarın tüm parçalarının çalışmasını kontrol eder.
  • Bütün veri işlemlerini ve hesaplamaları yapar.
  • Verileri, verilerin işlenmesiyle elde edilen sonuçları ve program talimatlarını depolar.
  • Program belleğinden talimatları alır ve uygular.
  • İhtiyaç duyulduğunda, veri belleğinde bulunan verilere erişim sağlayarak kullanır.

CPU 3 bileşenden oluşur:

  • Aritmetik Mantıksal Birim (Arithmetic Logic Unit - ALU)
  • Bellek veya depolama birimi
  • Kontrol birimi

1. Aritmetik Mantıksal Birim (Arithmetic Logic Unit - ALU)

Aritmetik ve Mantıksal olmak üzere 2 kısımdan oluşur.

  • Aritmetik kısım: Görevi toplama, çıkarma, çarpma ve bölme gibi aritmetik işlemleri gerçekleştirmektir. Detaylı işlemler, 4 temel aritmetik işlemin birlikte kullanılmasıyla gerçekleştirilir.
  • Mantıksal kısım: Görevi verilerin karşılaştırılması, seçilmesi, eşleştirilmesi ve birleştirilmesi gibi mantık işlemlerinin gerçekleştirmektir.

2. Bellek veya depolama birimi

Talimatları, verileri ve elde edilen sonuçları saklar. İhtiyaç duyulduğunda bilgisayarın diğer birimlerine veri sağlar. Dahili veya birincil depolama birimi, ana bellek veya RAM (Rasgele Erişilebilir Bellek) olarak da bilinir.

3. Kontrol birimi

  • Bilgisayarın tüm birimlerini yönetir ve koordine eder.
  • Bir bilgisayarın diğer birimleri arasında veri ve talimat aktarımının kontrolünden sorumludur.
  • Talimatları bellekten alır, yorumlar ve bilgisayarın çalışmasını yönetir.
  • Depolama bölümünden veri veya sonuç aktarımı için Giriş/Çıkış aygıtları ile iletişim kurar.
  • Verilerle ilgili işlem yapmaz.

Giriş bloğu:

Ortamdan yapılacak veri girişi için bir arayüz sağlar. Kullanıcıların bilgisayar sistemi ile etkileşimlerini sağlar. Klavye ve fare giriş blok elemanlarına örnek olarak gösterilebilir.

Çıkış bloğu:

Bilgisayar sisteminde oluşturulan verilerin ortama çıkışını sağlamak için bir arayüz sağlar. Ekran ve yazıcı çıkış blok elemanlarına örnek olarak gösterilebilir.

Program belleği:

Bilgisayar talimatlarının yüklendiği bellektir.

Veri belleği:

Verilerin yüklendiği bellektir.

CPU Talimat Seti Yapısı (Instruction Set Arcitecture - ISA)

Bilgisayar Karmaşık Talimat Seti (Complex Instruction Set Computer - CISC)

Genellikle, masaüstü, laptop ve sunucularda kullanılır.

Bilgisayar Azaltılmış Talimat Seti (Reduced Instruction Set Computer - RISC)

Genellikle, gömülü sistemleri temelini oluşturan mikrodenetleyicilerde kullanılır.

Bellek türleri

2 farklı bellek vardır:

Rastgele erişimli bellek (Random Access Memory - RAM)

Güç kaynağı kapandığında içeriği kaybolur. Mikrodenetleyeciler içinde veri belleği için kullanılır. Eğer flash bellek kullanılırsa, güç kaynağı kapandığında içeriği kaybolmaz.

Sadece okunabilir bellek (Read Only Memory - ROM)

Güç kaynağı kapandığında içeriği sabit kalır. Mikrodenetleyeciler içinde program belleği olarak kullanılır.

CPU yapısının sınıflandırılması

Yaygın olarak kullanılan 2 tür yapı vardır:

1. Von Neumann mimarisi

Talimatlar ve veri aynı belleğe yüklenir. Normal bilgisayar sistemlerinde yaygın olarak kullanılır.

Von Neumann mimarisinde program talimatları ve veriler aynı bellek üzerinde saklanır. Program talimatlarına ve verilere işlem yapan tek bir veri yolu bulunduğundan, CPU bir program talimatını yerine getirmesi gerektiğinde, bu talimatla ilgili veri belleğine yapılmasu gereken yazma ve okuma işlemleri sona ermeden bir sonraki program talimatını geçiş yapmaz.

2. Harvard mimarisi

Talimatlar ve veri farklı belleklere yüklenir. Talimatlar ROM içine, geçici veri RAM içine yüklenir. Gömülü sistemlerde yaygın olarak kullanılır.

Harvard mimarisine sahip bilgisayarlarda, program talimatları ve veri için ayrı bellek alanları vardır. Hem talimatlara hem de verilere aynı anda erişime izin veren iki veya daha fazla dahili veri yolu bulunur. CPU, program bellek veri yolundaki talimatlara işlem yapar. İşlem yapılan talimat veri belleğinde bir işlem gerektiriyorsa, CPU veri çalışması için veri yolunu kullanırken bir sonraki program talimatına işlem yapabilir.