İçeriğe geç
Educora
Başlangıç5–7. sınıf20 dk2 / 59

Bilgisayarın yapısı: işlemci, bellek ve anakart

Bilgisayarın işlevsel şeması ve von Neumann ilkeleri, merkezî işlemci ve özellikleri, iç (önbellek, RAM, ROM) ve dış (HDD, SSD, flaş, CD/DVD, disket) bellek, anakart ve veri yolları, kapasite ve adres hesapları.

Kendini test et
Bu derste öğreneceklerin
  • bilgisayarın işlevsel şemasını ve von Neumann ilkelerini açıklamak
  • işlemcinin parçalarını ve özelliklerini (saat frekansı, çekirdekler, kelime uzunluğu, önbellek) açıklamak
  • iç ve dış belleği ayırt etmek ve bellek kapasitesiyle ilgili hesaplar yapmak
  • anakartın ve veri yollarının rolünü açıklamak, adres yolunun genişliğinden adres sayısını bulmak

Mağazada bir dizüstü bilgisayarın yanında şu etiket var: “6 çekirdekli işlemci, 3,2 GHz, 16 GB RAM, 512 GB SSD”. Bu sayılar ne anlama gelir ve hangi bilgisayar daha hızlı çalışır? Bu derste sistem kasasının içine bakacak; işlemciyi, bellek türlerini ve onları birbirine bağlayan anakartı öğreneceksiniz. DİM’in giriş sınavında bellek birimleri ve işlemci hakkındaki ifadeler “doğru (yanlış) ifadeleri seçin” türündeki sorularda sık sık karşınıza çıkar. Bilgisayara bağlanan klavye, monitör, yazıcı gibi birimler ise “Giriş ve çıkış birimleri” dersindedir.

İşlevsel şema ve von Neumann ilkeleri

Tanım
Donanım

Bilgisayarın bütün fiziksel parçaları: işlemci, bellek, anakart, giriş ve çıkış birimleri vb. Bunlar bilgiyi alır, işler, saklar ve dışarı verir.

Giriş birimleriÇıkış birimleriMerkezî işlemciDB + AMB + yazmaçlarİç bellekönbellek, RAM, ROMDış bellekHDD, SSD, flaş, CD/DVD
Bütün parçalar anakarttaki veri yolları üzerinden haberleşir.

Şema, bilginin giriş birimlerinden işlemciye geldiğini, orada işlendiğini ve sonucun çıkış birimlerine gittiğini gösterir. İşlemci programı ve verileri iç bellekten alır; uzun süre saklanacak dosyalar ise dış bellekte durur. Modern bilgisayarların çoğu, matematikçi John von Neumann’ın 1945’te tanımladığı ilkelere göre kurulmuştur:

  1. İkili kodlama: bütün bilgi (sayılar, metin, resim, komutlar) 0 ve 1’lerle kodlanır.
  2. Program denetimi: bilgisayar bir komutlar dizisini, yani programı kendiliğinden yürütür.
  3. Bellek türdeşliği: program ve işlediği veriler aynı bellekte saklanır.
  4. Adreslenebilirlik: bellek numaralı hücrelerden oluşur ve işlemci her hücreye adresiyle erişir.

Merkezî işlemci

Tanım
Merkezî işlemci (CPU)

Programın komutlarını sırayla yürüten, aritmetik ve mantık işlemlerini yapan ve bilgisayarın öteki birimlerini yöneten ana yonga.

İşlemcinin içinde denetim birimi (DB) sıradaki komutu bellekten alır ve yürütülmesini düzenler, aritmetik mantık birimi (AMB) toplama, karşılaştırma gibi işlemleri yapar, yazmaçlar ise işlem sırasında sayıları tutan çok hızlı küçük bellek hücreleridir. Modern bir işlemcide birkaç çekirdek bulunur: çekirdek, işlemcinin hesaplama işini doğrudan yapan parçasıdır ve her çekirdek komutları ayrı ayrı yürütebilir. Oyunlarda ve videoda işlemciye ekran kartı (GPU) yardım eder: binlerce basit çekirdeği görüntü için aynı türden hesapları paralel yapar.

ÖzellikNeyi gösterirÖrnek
Saat frekansısaniyede kaç saat döngüsü çalışır3,2 GHz
Çekirdek sayısıaynı anda kaç iş yapılabilir4, 6, 8
Kelime uzunluğutek seferde işlenen bit sayısı32 bit, 64 bit
Önbellek boyutuişlemcinin içindeki hızlı belleğin kapasitesi8–32 MB
N = f · t
burada:
  • Nsaat döngüsü sayısı
  • fsaat frekansı, Hz (1 GHz = 1000 MHz = 10⁹ Hz)
  • tsüre, saniye

Hertz “saniyede bir kez” demektir: frekans bir saniyede kaç döngü olduğunu gösterir.

Saat frekansı

1) 3 GHz’lik bir işlemci 2 saniyede kaç saat döngüsü çalıştırır?
2) Hangi frekans daha büyüktür: 2,4 GHz mi, 3200 MHz mi?

Çözümü göster
1) 3 GHz = 3 · 10⁹ Hz. N = 3 · 10⁹ · 2 = 6 · 10⁹; 6 milyar döngü.
2) Aynı birime geçelim: 3200 MHz = 3200 / 1000 = 3,2 GHz. 3,2 > 2,4; demek ki 3200 MHz daha büyüktür.
Dikkat: hız yalnızca frekansa bağlı değildir; çekirdek sayısı ve önbellek de rol oynar.

Bellek: iç ve dış

Bellek iki büyük gruba ayrılır. İç bellek anakartta ve işlemcinin içinde bulunur; işlemci onunla doğrudan çalışır. Dış bellek dosyaları uzun süre saklar; sabit disk sistem kasasının içinde olsa bile dış belleğe aittir, çünkü işlemci onunla doğrudan çalışmaz; gereken veri önce RAM’e kopyalanır. Bellek birimleri (bayt, KB, MB, GB, TB) “Bilginin ölçülmesi: bit, bayt ve birimler” dersinde öğrenilmişti.

Tanım
RAM — ana (çalışma) belleği

Çalışan programları ve verilerini tutan hızlı iç bellek. Elektrik kesilince içindeki her şey silinir.

Tanım
ROM — salt okunur bellek

Anakarttaki bir yongaya yazılmış, elektrik olmadan da içeriğini koruyan bellek. Bilgisayarı başlatan ve birimleri denetleyen program, yani BIOS (modern bilgisayarlarda UEFI) burada saklanır.

Tanım
Önbellek (cache)

İşlemcinin içindeki (L1, L2, L3 düzeyleri) çok hızlı ama küçük bellek. İşlemcinin sık ihtiyaç duyduğu verilerin kopyalarını tutar; böylece RAM’i beklemesi gerekmez.

BirimTürElektrik kesilinceTipik kapasite
Önbellekiçsilinirbirkaç MB
RAMiçsilinir8–32 GB
ROM (BIOS/UEFI)içkalırbirkaç MB
Sabit disk (HDD)dış; dönen manyetik plakalarkalır1–8 TB
SSDdış; hareketli parçası yok, HDD’den hızlıkalır256 GB – 4 TB
Flaş bellek, bellek kartıdışkalır16–512 GB
CD / DVD / Blu-raydış; optik disk (lazerle okunur)kalır700 MB / 4,7 GB / 25 GB (tek katman)
Disket (3,5 inç)dış; eskidikalır1,44 MB
Kaç disk gerekir

1) 4 GB veriyi yazmak için 700 MB’lık kaç CD gerekir?
2) 20 GB video için 4,7 GB’lık kaç DVD gerekir?
3) Bir CD’nin (700 MB) bütün verisini 1,44 MB’lık disketlere aktarmak için kaç disket gerekir?

Çözümü göster
1) 4 GB = 4 · 1024 = 4096 MB. 4096 / 700 ≈ 5,85 → yukarı: 6 CD (5 disk yetmez).
2) 20 / 4,7 ≈ 4,26 → 5 DVD.
3) 700 / 1,44 ≈ 486,1 → 487 disket; disketlerin neden eskidiği açıktır.
Kaç dosya sığar

1) 16 GB’lık bir flaş belleğe 3’er MB’lık kaç fotoğraf sığar?
2) 500 GB’lık bir diske 1,5’er GB’lık kaç film sığar?

Çözümü göster
1) 16 GB = 16 · 1024 = 16.384 MB. 16.384 / 3 ≈ 5461,3 → aşağı: 5461 fotoğraf (5462’nci için yer kalmaz).
2) 500 / 1,5 ≈ 333,3 → 333 film.
(Gerçek bir diskte dosya sisteminin kendisi de biraz yer kaplar; bu yüzden biraz daha az dosya sığar. Bkz. “Dosya sistemleri ve diskte kaplanan alan”.)

Anakart ve veri yolları

Anakart (sistem kartı), bilgisayarın bütün parçalarını birbirine bağlayan büyük elektronik karttır. Üzerinde işlemci yuvası, RAM modülleri için yuvalar, BIOS/UEFI bulunan ROM yongası, ekran kartı ve başka genişleme kartları için yuvalar, disklerin bağlandığı konektörler ve arkada dış birimler için bağlantı noktaları (portlar) vardır. Parçalar birbiriyle veri yolları üzerinden “konuşur”.

Tanım
Veri yolu (bus)

Birimler arasında sinyal taşıyan ortak iletkenler kümesi. Veri yolu sayıları ve kodları, adres yolu erişilen bellek hücresinin numarasını, denetim yolu ise “oku”, “yaz” gibi komutları taşır.

Adres yolunun her hattı bir bit taşır. n hatlı (n bitlik) bir yolla 2ⁿ farklı adres yazılabilir; bu, von Neumann’ın adreslenebilirlik ilkesinin sayıyla ifadesidir:

N = 2ⁿ
burada:
  • nadres yolunun genişliği (bit sayısı)
  • Nadreslenebilen bellek hücrelerinin (baytların) sayısı

Her hücre 1 bayt ise N baytlık belleğe erişilebilir.

Adres yolu ve bellek boyutu

Her hücre 1 bayttır. Adres yolu a) 16, b) 20, c) 32 bit genişliğinde ise işlemci en çok ne kadar belleğe erişebilir? d) 1 GB’a erişmek için en az kaç bit gerekir?

Çözümü göster
a) 2¹⁶ = 65.536 bayt = 65.536 / 1024 = 64 KB.
b) 2²⁰ = 1.048.576 bayt = 1 MB.
c) 2³² = 4.294.967.296 bayt = 4 GB; bu yüzden 32 bitlik sistemler 4 GB’tan fazla RAM kullanamıyordu.
d) 1 GB = 2¹⁰ · 2¹⁰ · 2¹⁰ = 2³⁰ bayt; demek ki n = 30.

Bilgisayarın temel özellikleri

Bilgisayar seçerken en çok şu özelliklere bakılır: işlemcinin saat frekansı ve çekirdek sayısı, RAM miktarı (aynı anda kaç programın rahat çalışacağını gösterir), dış belleğin türü ve kapasitesi (SSD sistemi HDD’den kat kat hızlı açar), ekran kartı ve ekran. DİM sorularında bu bilgiler ifadeler biçiminde ölçülür.

Yanlış ifadeler

Yanlış ifadeleri seçin.
1. Önbellek RAM’den hızlıdır.
2. DVD bir dış bellek birimidir.
3. ROM’daki veriler elektrik kesilince silinir.
4. Saat frekansı hertz ve katlarıyla ölçülür.
5. Sabit disk, sistem kasasının içinde olduğu için iç bellektir.
A) 1, 2 B) 3, 5 C) 2, 4 D) 1, 3 E) 4, 5

Çözümü göster
1 doğru. 2 doğru. 3 yanlış: ROM verisini elektrik olmadan da korur (silinen RAM’dir). 4 doğru. 5 yanlış: sabit disk dış bellektir.
Cevap: B) 3, 5.
1 / 6

Önemli noktalar

  • Bilgisayarın bütün fiziksel parçaları donanımdır; von Neumann ilkeleri: ikili kodlama, program denetimi, bellek türdeşliği, adreslenebilirlik.
  • İşlemci = denetim birimi + aritmetik mantık birimi + yazmaçlar; hızı saat frekansına, çekirdek sayısına ve önbelleğe bağlıdır.
  • İç bellek: önbellek, RAM (elektriksiz silinir), ROM (BIOS, silinmez); dış bellek: HDD, SSD, flaş, CD/DVD, disket.
  • Parçalar anakarttaki veri, adres ve denetim yollarıyla haberleşir; n bitlik adres yolu 2ⁿ adres verir.
  • Kapasite sorularında birimleri eşitleyin (1 GB = 1024 MB); “kaç disk” yukarı, “kaç dosya” aşağı yuvarlanır.

Kendini test et

12 soru. Her doğru cevap XP kazandırır.

1 / 12
Programın komutlarını hangi birim yürütür?