Bilgisayar, Belirli programlara göre verileri otomatik olarak işleyer makine. Bilgisayar (elektronik beyin, kompüterde denir), aritmetik hesaplamaları hızlı, güvenilir ve kolay biçimde gerçekleştirmek için yapılmış bir aygıttır. Bilgisa yarlar üç önemli gruba ayrılır: Özellikle dijital sayılarla işlemleri gerçekleştiren dijital bilgisayarlar (günümüzde en yaygın tiptir); analog bilgisayarlar; karma bilgisayarlar.
Dijital, analog ve karma bilgisayarlar, dış verilere dayandıklarından kavramsal olarak birbirlerine benzenler; ama uygulamada, yeni hesap işleri yapmak için yeni programlar alınmasını gerektirmeleri konusunda belirgin biçimde birbirlerinden ayrılırlar. Dijital bilgisayarlar, elle verilen komutlar sayesinde (ya da modem çeşitlerinde otomatik olarak), yeni programları kolaylıkla çalıştırırlar.Analog ve karma bilgisayarlar için yeniden programlama, mekanizma ve bileşenlerin kısmi olarak yeniden toplanması ve birleştirilmesi işlemini içerir.
Analog bilgisayarlar, hesaplamada belirli tip matematiksel ilişkiyi kabul etmek için ayarlanmış fiziksel aygıtların montajından oluştuklarından, yeni bir ilişkinin seçimi yeni bir montajı gerektirebilir.
Tarihsel olarak, en önemli eski hesap aleti, 2000 yıldan uzun süredir bilinen ve yaygın olarak kullanılan abaktır. Abak, üstüne boncukların dizildiği paralel tellerden oluşan basit bir tahta alettir. Boncuklar, kullanan kişinin ezberlemesi gereken "programlama" kurallarına göre teller üstünde hareket ettirildiğinde, kullanılan bütün aritmetik işlemleri uygulanabilir. Yine bir hesaplama aleti olan usturlup da, yaklaşık 2000 yıl önce denizcilik te kullanılmaya başlamıştır.
Blaise Pascal, 1642'de ilk "dijital hesap makinesi'ni yapmıştır. Yalnızca tuşlar aracılığıyla girilen rakamları toplama işlemini gerçekleştiren bu aygıtı, vergi toplayıcısı olan babasına vardım için geliştirmiştir. 1671'de Gottfried Wilhelm von Leibniz de bir "bilgisayar" tasarlamıştır: 1694'te yapılan bu aygıt toplama ve yer değiştirme ile çarpma yapabiliyordu. Leibniz, toplamları elde eden özel bir 'aşamalı dişli" mekanizma bulmuştur ve bu mekanizma günümüzde de kullanılmaktadır. Leibniz ve Pascal tarafından yapılan söz konusu ilk bilgisayarlar, yaygın olarak kullanılmamış, Colmarlı Tomas Charles Xavier Thomas), toplama, çıkartma, çarpma ve bölme yapan ilk ticari başarılı mekanik hesap makinesini ancak 1820'de geliştirmiştir. Bu makineyi, çeşitli kişilerin geliştirdikleri masa üstü mekanik hesap makineleri izlemiş, böylece yaklaşık 1890'da, kısmi sonuçların belleğe alınması, korunması, eski sonuçların yenider kullanılabilmesi ve sonuçların çıktısının alınmasını içeren işlemler ortaya çıkmıştır. Bu gelişmeler, bilimin gereksinmeleri pek göz önünde tutulmayarak, özellikle ticari kullamcıların gereksinmelerini karşılamak amacıyla gerçekleştirilmiştir.
Babbage: Colmarlı Tomas'nın masa üstü hesap makinelerini geliştirirdiği dönemde, Cambridge'de (İngiltere) Charles Babbage bilgisayarlarda son derece ilgi çekici bir dizi gelişme sağlamıştır.Babbage,özellikle matematiksel tablolar hazırlanmasını gerektiren birçok uzun işlemin, düzenli olarak yinelenen günlük işlemleri kapsadığını tarketmiş (1812), buna dayanarak, söz konusu işlemlerin otomatik olarak yapılmaları gerektiği sonucunu çıkartmıştır. "Fark aygıtı" adı verdiği otomatik mekanik hesap makinesinin, 1822'de gösterim amacıyla, çalışan küçük bir modelini yapmış, İngiliz hükümetinden para yardımı alınca, 1823'te tam hesaplı bir fark aygıtının yapımına girişmiştir: Buharla çalışan,tam otomatik olan, hattâ sonuçta elde edilen tabloların çıktılarını veren bir alet olmasına çalışılan bu aygıta sabit talimat programıyla kumanda ediliyordu.
Babbage, kullanım ve uygulama alanlarının sınırlı olmasına karşın kavram olarak büyük bir ilerleme olan fark aygıtı üstünde çalışmayı, daha on yıl sürdürmüş, ama aynı zamanda da, başka bir aygıtın tasarımına girişmiştir. Günümüzde genel amaçlı tam programlanabilir, otomatik, mekanik dijital bilgisayar diye tanımlanabilecek bu aygıtı, "analitik aygıt" diye adlandırmıştır. Yüzyıl kadar sonra bile tam olarak gerçekleştmlememiş olması ra karşın, bu tasarım tam kesin doğruluğu amaç alması açısından önemlidir. Analitik aygıt planlarında, 50 ondalık basamaklı sayıda (kelimede) işlem yapan paralel bir ondalık bilgisayar oluşturulmuş ve benzer sayıların 1 000 tanesini saklama yeteneğine (bellek) yer verilmiştir. Bu aygıtın yapabileceği işlemler, modern bir genel amaçlı bilgisayarın gereksinme duyabileceği her şeyi, konuların yalnızca sayısal sırada değil, belirtilen bir sırada gerçekleştirilmesini sağlayan, en önemli "koşulları denetim göndermesi" yeterliliğini bile içeriyordu. Herhangi bir okuma istasyonundan makinenin okuyacağı "delikli kartlar kullanılacaktı" (Jacquard dokuma tezgâhındakilere benziyorlardı). Aygıt, buhar gücüyle otomatik olarak çalışması için tasarlanmıştı ve yalnızca bir kişi tarafından kullanılabilecekti.
Babbage, bilgisayarını hiçbir zaman tamamlayamamış, başarısızlığına çeşitli nedenler gösterilmiştir; en sık gösterilen neden, o dönemde kesin doğruluklu aygıt tekniklerinin yokluğudur. İkinci bir neden de, Babbage'in 1840'ta o dönemlerde pek az kişinin işine yarayacak başka bir sorunu da çözmeye uğraşmış olmasıdır.
Babbage'den sonra otomatik dijital bilgisayarlara ilgi, geçici olarak yitirildi. 1850-1900 arasında matematiksel fizikte önemli ilerlemeler gerçekleştirildi ve gözlemlenebilen dinamik olguların çoğunun diferansiyel denklemlerle gösterilebileceği anlaşıldı; böylece bunlar cebirin öbür problemlerinin çözülmesi için yararlı oldular. Ayrıca, buhar gücü, üretimin, taşımacılık ve ticaretin gelişmesine neden oldu ve önemli mühendislik başarılarının gerçekleştirildiği bir dönemin başlamasını hazırladı. Demiryollarının döşenmesi ve buharlı gemiler, dokuma fabrikaları ve köprülerin yapımı, ağırlık merkezi,yüzebilirlik merkezi, eylemsizlik momenti, gerilim dağılımları gibin niceliklerin belirlenmesi için diferansiyel işlemler gerektirdi; hattâ bir buhar motorunun güç çıkışının değerlendirilmesi için bile, uygulamalı matematiksel integrasyona gereksinme duyuldu. Dolayısıyla, birçok kez tekrarlanan hesaplamayı hızla yapabilecek bir makine, kesin bir gereksinme haline geldi.
Hollerith'in delikli kartlar kullanması: Otomasyon işleminde ileri bir adım, ilk olarak 1890'da ABD'de Sayım Bürosu'nda çalışan Herman Hollerith'in ve James Powers'ın bilgisayarlarla bağlantılı olarak başarıyla kullanılan delikli kartlarının hizmete girmesi oldu. Geliştirdikleri aygıtlar, arada insan olmaksızın, kartlara delinmiş verileri otomatik olarak okuyorlardı. Böylece hatalar son derece azaltılmış, iş akışı hızlanmış, daha da önemlisi, delikli kart gruplan, aşağı yukarı sınırsız bir kapasiteyle ulaşılabilir bellek deposu olarak kullanılabilir duruma gelmişlerdi; ayrıca, farklı kart gruplarında farklı problemler depolanıp, gereksinme duyulduğunda üstünde çalışılabiliyordu.
Bu üstünlükler ticari ilgi de uyandırdı ve çok geçmeden İBM, Remington-Rand, Burroughs,vb.şirketler, geliştirilmiş kartlı iş makinesi sistemleri yaptılar. Bu sistemlerde, elektrik gücünün mekanik hareket (toplama aletinin kolunu çevirmek gibi) sağladığı elektromekanik aygıtlar kullanıldı. Benzer sistemlerde, kısa bir süre sonra, belirli sayıda kartı bir okuma bölmesinden otomatik olarak besleyen özelliklerden yararlanıldı. Bu aygıtlar, toplama, çarpma ve belleğe alma gibi işlemleri gerçekleştiriyor ve sonuçların üstlerine delindiği kartları çıkarıyorlardı. Günümüzün standartlarına göre kartlı makineler yavaştı; her biri 80 ondalık sayı alan, dakikada ortalama 50-250 kart işleyebiliyordu. Ne var ki, o dönem için, delikli kartlar, ileri atılmış çok önemli bir adımdı.
Otomatik dijital bilgisayarlar: 1930 yıllarının sonlarında kartlı makine teknikleri iyi kullanılabilir ve güvenilir duruma geldi. Bu arada birkaç araştırma grubu, otomatik dijital bilgisayarlar üstünde çalışmaya başladı. Standart elektromekanik bölümlerden yapılan, umut verici bir makine, ¡BM için çalışan, Howard Hathaway Aiken'in yönettiği bir ekip tarafından gerçekleştirildi. Harvard Mark adı verilen bu makine, 23 ondalık basamaklı sayıları (kelimeleri) yönetebiliyor ve dört işlemi de yapabiliyordu. Bunun yanı sıra, logaritma ve trigonometri fonksiyonlarını çözen, özel yapılmış programlan (ya da alt programları) vardı. Mark I, önceden delinmiş bir kâğıt şeritle denetleniyor, böylece otomatik "denetim aktarımı" komutlarını programlamak gerekmiyordu. Çıktılar, kartların üstü delinerek ya da elektrikli daktiloyla sağlanıyordu. Mark I, tuş içeriği olarak elektromanyetik yayınların yanı sıra İBM dönel sayaç çarkları kullanmasına karşın, yayıcı bilgisayar diye sınıflandırılmıştı. Yavaştı; bir çarpma için 3-5 saniye gerektiriyordu; buna karşılık otomatikti ve uzun işlemleri tamamlayabiliyordu.Mark I,Aiken'in yönetiminde tasarlanan ve yapılan bilgisayar dizilerinin ilki oldu.
Elektronik dijital bilgisayarlar: İkinci Dünya Savaşı'nın başlaması, özellikle ordu için,önemli bir hesaplama yeteneği gereksinmesini doğurdu: Mermi yolu çizelgeleri, vb. yararlı verilerin eksik olduğu yeni silah sistemleri üretilmeye başlanmıştı. 1942'de Pensilvanya Üniversitesi Moore Elektrik mühendisliği Okulu'nda J.Presper Eckert, John W. Mauchly ve çalışma arkadaşları, yüksek hızlı elektronik bilgisayar yapmaya karar verdiler. ENİAC adıyla (Elektronik Sayısal integre edici ve Hesaplayıcı) gerçekleştirilen bu makinenin sayısal kelime büyüklüğü 10 ondalık basamaktı ve bu tür iki sayıyı,belleğinde saklı olan bir çarpım tablosundan her bir çarpanın değerini bularak, saniyede 300 çarpan miktarında çarpabiliyordu. İşlem yapılması güç olmakla birlikte, önceki bilgisayarlar kuşağından çok daha hızlıydı.
ENİAC'ta 18 000 standart havasız tüp kullanılmıştı; 167,3 m² alan kaplıyor ve yaklaşık olarak 180 000 watt elektrik gücü tüketiyordu. Delikli kart giriş ve çıkışın, 20 toplam alma tuşu vardı. Bir program içeren gerçekleştirilebilir komutlar, ayrı bölmelerine yerleştirilmişlerdi ve işlemlerin akışı için, makine içinde bir hat oluşturacak biçimde birbirlerine bağlanmışlardı. Ama bu bağlantıların, farklı problem için, yeniden yapılması, ayırma fonksiyon tabloları ve tuşların da yeniden düzenlenmesi gerekiyordu. Yani bu "kendi komutunu kendin bağla" tekniği kullanışsızdı ve aygıt yalnızca bazı belgelerle programlanabiliyordu; dolayısıyla yalnızca, tasarlanmış olduğu belirli programları ele almada verimliydi. Bütün bunlara karşın, ENİAC genel olarak ilk başarılı yüksek hızlı elektronik dijital bilgisayar (EDC) kabul edilir ve 1946'dan 1955'e kadar verimli olarak kullanılmıştır. tır.
Not: Birçok büyük iş bilgisayarında, veriler ucuz ve temelde sınırsız olan manyetik kasetlerde saklanır. Ama bu yolla saklanmış verilere erişim, öbürlerine oranla yavaştır.
Modern "saklı program" EDC: ENİAC'ın başarısı, matematikçi John Neumann'ı kuramsal bir hesap çalışması na yöneltti (1945). Bu çalışması sonucunda, bilgisayarın çok basit, sabit bir fiziksel yapısı olabileceğini ve donanımda herhangi bir değişiklik gerekmeksizin her türlü hesabın, uygun programlı denetim aracılığıyla etkili olarak gerçekleştirebileceğini ortaya koydu. Von Neumann pratik,hızlı bilgisayarların nasıl düzenlenip yapılacağı konusunda yeni bir anlayış getirmiştir; bu düşünceler, sık sık paket program tekniği olarak ele alınırlar Yüksek hızlı dijital bilgisayarların gelecek kuşağına temel oluşturmuşlardır.
Von Neumann, koşullu denetim aktarımı (herhangi bir noktada program sırasının kesilip tekrar başlatılmasını sağlar) denilen özel bir tür makine komutu sağlamarak ve istenildiği zaman komutların verilerle, aritmetik olarak, aynı biçimde değiştirilebilmesi amacıyla, bütün komut programlarını verilerle birlikte aynı bellek birinde saklamıştır.
Bu tür birkaç tekniğin bir sonucu olarak, alt hatlardaki komutlarla daha çok hesap işlemi gerçekleştirilmesiyle, hesaplama ve programlama daha hızlı, daha esnek ve daha etkili olmuştur. Sık sık kullanılan alt hatların her yeni problem için tekrar programlanması gerekmez; ama "gözlerde",zarar görmemiş halde korunması ve gerektiği zaman belleğe okunması gerekiyor; böylece, belirli bir programın çoğu alt hat gözlerinder toplanabilir. Çok amaçlı bilgisayar belleği, üstünde uzun bir işlemin bölümlerinin saklandığı, parçaları üstü're çalışıldığı ve son sonuçlan oluşturmak için birleştir Ic ; bir birleşme yeri olmuştur. Bilgisayar denetimi, bütün işlem için, ufak tefek komutlar girilerek sağlanır.
Bu gelişmelerden yararlanan ilk modern programlanabilir elektronik bilgisayarlar kuşağı 1947'de ortaya çıktı. Bu grup, "yaz-oku bellek" (RAM) kullanan bilgsayarları içeriyordu. Bu makinelerde delikli kart ya da bant giriş ve çıkış aygıtları ve 0,5 mikro saniye 0,5x 10/-6 sn) erişim süreli, 11000 kelime kapasiteli RAM'ler vardı; bunlardan bazıları çarpma işlemini 2-4 mikrosaniyede gerçekleştirebiliyordu. Fiziksel olarak ENİAC dan çok daha kusursuzdular; bazıları büyük bir piyano kadardı ve eski makinelerin gerektirdiğinden çok daha az -2 500- küçük elektron tüpü gerektiriyordu. İlk dönem bellek programlı bilgisayarlar, işlemlerde yaklaşık olarak % 70-% 80 güvenilirliğe ulaşıyor ve 8-12 yıl süreyle kullanılabiliyodardı. 1950 yıllarının ortalarında, işlemlerin ileri programlama biçiminde yapılmasına karşın, genel olarak makine diliyle programlanmışlardı. Bu makine grupları, ilk ticari uygunlukta makineler olan EDVAC ve UNİVAC'ı kapsar.
1950 yıllarında ilerlemeler: 1950 yıllarının başlarında iki önemli mühendislik buluşu, elektrik-bilgisayar alanına bakış açısını, hızlı ama güvenilmez donanım görünümünden, yüksek güvenilirlikli, hattâ daha çok kapasiteli görünüme değiştirmiştir. Bu buluşlar manyetik temelli bellek ve transistor devreli elemandır.
Bu yeni teknik buluşlar hızla, yeni dijital bilgisayar modellerindeki yederini aldılar; 1960 yıllarının başlarında, ticari kullanımlı makinelerde, erişim süresi 2 ya da 3 mikron saniye olurken, RAM kapasitesi de 8 000'den 64 000 kelimeye artırıldı. Ama bu makineler satın alınamayacak ya da kiralanamavacak kadar pahalıydı; ayrıca özellikle artan programlama maliyetinden dolayı kullanılmalan masraflıydı. Genellikle, bünyesinde birçok programcı ve destek personel bulunduran büvük bilgi-işlem merkezlerinde (sanayi,hükümet,özel Laboratuvariar. vb.) bulunuyorlardı. Bu durum, yüksek kapasitenin paylaşılmasına olanak sağlayan işlem modlarına yol açmıştır; böyle bir mod, programların hazırlanıp, manyetik makara, manyetik disk paketleri ve manyetik kaset gibi nispeten daha ucuz depolama araç-gereçleri üstünde işleme hazır tutulduğu BATCH işlemidir. Bilgisayar bir problemi bitirdiğinde, bütün problemi -program ve sonuçları- genel olarak bu hazır bellek birimlerinin birine yükler ve yeni bir problem alır. Güçlü makinelerde, hızlı kullanım için bir başka mod "zaman-paylaşımı"dır. Zaman paylaşımında bilgisayar, bekleyen birçok işi öyle hızlı bir başarıyla yapar ki işlem, öbür işler yokmuş gibi hızla gerçekleşir. Böyle işlem modları, çeşiti görevlerin yönetimini sürdürmek için, ayrıntılı yönetim programlan gerektirir.
1960 yıllarındaki ilerlemeler: 1960 yıllarında, en yüksek kapasitede, olabilecek en hızlı bilgisayarı tasarlama ve geliştirme çalışmaları, Kaliforniya Üniversitesi'nin Livermore Radyasyon Laboratuvarları için Sperry-Rand şirketinin LARC makinesini ve İBM'in Stretch bilgisayarını gerçekleştirmeleriyle, bir dönüm noktasına ulaştı. LARC'ın 98 000 kelimelik belleği vardı ve 10 mikron saniyede çarpma yapabiliyordu. Stretch, yüksek kapasiteli diziler için daha yavaş girişli birkaç dizi bellekle donatılmıştı; en hızlı erişim süresi 1 mikron saniyeden az, toplam kapasitesi 100 milyon kelime dolayındaydı.
Bu dönemde, önemli bilgisayar üreticileri, çeşitli yan aygıtların yanı sıra, fiyatları farklı bir dizi bilgisayar seçeneği sundular. Söz konusu yan aygıtlar konsollar ve kart besleyiciler gibi girdi aletlerini, sayfa yazıcıları, katod ışın tüplü göstericileri ve grafik aygıtları gibi çıktı aygıtlarını, isteğe bağlı olarak manyetik kaset ve manyetik disketle dosya saklamayı içeriyordu. Bunlar, borç çıkartma, ücret bordrosu, demirbaş denetimi, fatura yazımı gibi iş uygulamalarında geniş bir kullanım alanı buldular. Bu tür işlemler için merkezî işlem biriminin (CPU) aritmetik olarak çok hızlı olması gerekmiyordu ve temel olarak dosyadaki geniş miktarda kaydı uzun süre koruyordu. Hastanelerde hasta, ilaç ve uygulanan tedavi kayıtlarını tutmak gibi daha basit uygulamalar için de çok sayıda bilgisayar sistemi oluşturuldu.
Not: Elektronik bilgisayarın evrimi (yavaş hesap makinelerinden güçlü,programlanabilir, yüksek hızlı veri işlemcilerine), elektronik mantık kapılarının küçültülmesiyle gerçekleştirilmiştir.
Süper bilgisayarların temel bellekleri çok geniştir; hava tahmini gibi karmaşık olguların modellenmesinde kullanılırlar.
Günümüzdeki ilerlemeler: 1970 yıllarındaki eğilim bir bakıma, son derece güçlü, merkezî bilgisayar sistemlerinden uzaktı ve uygulama geniş sınırlı daha ucuz bilgisayar sistemlerine doğruydu. Günümüzde, petrol rafinerileri ve elektrik güç dağılım sistemleri gibi sürekli işlem üretimlerinin çoğu etkinliklerinin denetim ve düzenlemesinde, öbürlerine oranla düşük kapasiteli bilgisayarlar kullanılmaktadır. 1960 yıllarında, uygulama problemlerinin programlanması, orta büyüklükte bilgisayar donanımlarında gerçekleştirilemiyordu. Günümüzde, programlama dili uygulamalarındaki büyük ilerlemeler bu engelleri ortadan kaldırmıştır; uygulama dilleri, üretim işlemlerinin denetiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Ayrıca, bilgisayar donanımında bilgisayar mantık devrelerinin minyatürleştirilmesini içeren bir devrim başlamıştır. 1950 yıllarında, elektronik bilgisayar devre ye parça büyüklüğünün küçültülmesinin, hız ve etkinliği artıracağı, böylece performansı yükselteceği anlaşılmış, yaklaşık 1960'ta, kabloları yok etmek için iletken devre kartlarının foto-basımı son derece gelişmiştir. Böylece, fotoğraf yöntemiyle devre içine direnç ve kondansatör yerleştirmek başarılmıştır. 1970 yıllarında transistörlerin vakumlu tabakalanması yaygınlaşmış ve toplayıcılar, üst göstericiler, sayaçlar gibi bütün parçalar küçük "çipler" üstünde kullanılmaya başlanmıştır. 1980 yıllarındaysa tek bir çip üstüne yüzbinlerce transistörün yerleştirildiği yüksek dereceli entegrasyon (VLSİ) yaygınlaşmıştır. Birçok şirket, yazılım programlarını da içeren minibilgisayarları piyasaya sürmüştür. Boyut indirgeme eğilimi, bireyler tarafından satın alınabilecek ve kullanılabilecek kadar küçük ve ucuz programlanabilir makinelerin, yani kişisel bilgisayarların piyasaya sürülmesiyle devam etmiştir. Apple Computer ve Radio Shack gibi birçok şirket, 1970 yıllarında bilgisayar ya da video oyunlarıyla da destekledikleri çok başarılı kişisel bilgisayarlar üretmişlerdir.
1980 yıllarında Japon şirketlerinin özellikle bellek çipleri alanında güçlü ekonomik ilerlemeler gerçekleştirmelerine karşın, yarı iletken çip üretiminde rekabet, özellikle İnte ve Motorola şirketi arasında yürütülmüş, 1980 yıllarının sonuna doğru bazı kişisel bilgisayarlar, bir defada 32 bit veri alıp saniyede yaklaşık 4 milyon komutu işleyen mikroişlemcilerle çalıştırılmıştır.
Mikroişlemciler, ROM ya da salt-oku bellekle (temel olarak kullanılan,değişmeyen programları saklar) donatılmıştır.
1980 yıllarının başında Japon hükümeti, yeni bir süper bilgisayar kuşağı tasarlamak ve üretmek için büyük bir plan açıklamıştır. Bu yeni kuşağın -5. kuşak olarak adlandırılır - ilk örnekleri, yeni program dillerinin yanı sıra, çok geniş dereceli entegre devreli yeni teknolojileri içermekte, ayrıca yapay zekâ alanında ses tanıma ve paralel işlem gibi şaşırtıcı olguları gerçekleştirmektedirler. Bilgisayar alanındaki korkunç gelişme sürmektedir. Bilgisayar ağları, bilgisayarlı posta ve elektronik yayıncılık, son yıllarda gelişen uygulamalardan yalnızca birkaçıdır. Teknolojideki gelişmeler, yakın gelecekte bilgisayar ya da terminallerin evlerin, okulların ve büroların çoğunda yerlerini alacaklarını ve hem daha güçlü, hem de daha ucuz bilgisayarlar üretileceğini göstermektedir.
Dijital kodlama ve işlem: Sayı ve verileri elektronik olarak işlemek için bilgiyi elektronik nicelikler halinde belirtmek yararlıdır. Ondalık sayı sisteminin on basamağını belirtmek için, on elektriksel değerli bir dizi seçmek ve on basamağın her birine bir değer vermek gerekir. Bu ayarlama, uygulamada yapılmayacak kadar çok miktarda devre gerektirdiğinden bilgisayarlarda kullanılamaz. Üstelik işlenecek parçalar listesinde sayıların yanı sıra karakterler de eklendiğinde, ayrı ayrı değenler sayısı bilgisayarda işlenemeyecek kadar çoğalır.
Sorunu çözmek için bütün veriler ikili sayılar olarak kodlanır. Elektrikli sistemlerde ayırdedilebilen en güvenilir fark, yalnızca iki olası değer varsa gerçekleşir. Bir ışık ampulünün açık ya da kapalı olması buna örnek gösterilebilir; her iki olasılık kesin ve hatasızdır. İki değer, sıfır ve bir,açık ve kapalı elektrik düşüncelerini dile getirir. Bu özel basamaklar genellikle bitler olarak e e alınır. Ayrıca olası gösterimler dizisini, ikinin ötesine de genişletmek gerekir. Bir sıfır ve bir, bir dizi rakam ya da karakteri belirtecek olursa, olası gösterim sayısı iki üssü bit sayısı olur. Sözgelimi, dört bit kullanılmışsa 2' yani on altı olası dizi yapılabilir: 0000,0001,0010 0011,0100,0101,0110,0111,1000,1001,1010,1010,1011 1100,1101,1110 1111. Bu küme, kuşkusuz, yalnızca on yerine, on altı karakter ve basamağı belirtmek için de kullanılabilir. Altı-bit dizi kullanılsaydı, altmış dört olması basamak ya da karakter gösterilebilirdi. Kodlama, elektronik bilgisayarlarda, bütün verileri belirtmenin temel ilkesidir. Birçok farklı uzunlukta bit dizileri kullanılmaktadır. Bazı yaygın kullanılan uzunluklar, dört, altı ve sekizdir. Genellikle aritmetik ondalığın on basamağı, yukarda gösterilen dört-bit kümesinin ilk on dizisiyle gösterilir. Buna ikili kodlu ondalık gösterme denir.
Bilgisayarın içinde, "kapılar" adı verilen temel mantık birimlerini kullanan, elektronik açma ve kapama aşamaları vardır. Sıradan elektrik düğmeleri, elektronik kapılara örnek gösterilebilir. Bir bilgisayardan istenen işlemler daha karmaşıklaştıkça, açıp kapama işlevlerinin yanında başka değişik işler yapan düğmeler geliştirilmiştir. Bu yollan sistemli olarak açıklamak için iki temel fonksivon tanımlanmıştır. Bunlar aşağıdaki özellikler: gerçekleyen AND fonksiyonu ve OR fonksiyonudur AND fonksiyonunun herhangi bir ikili değerle olan sonucu doğruysa, bütün değerler doğrudur; tersi durumda yanlıştır. Genel olarak, bir, doğru bir değere, sıfır, yanlış bir değere karşılık gelir. OR fonksiyonunun herhangi bir ikili değerie olan sonucu, değerlerin herhangi biri(ya da daha çoğu) doğruysa doğrudur. Bu iki fonksiyonu, bir değeri alıp tersi değeri veren ters fonksiyonla birlikte uygulayarak, dijital işlemde istenen herhangi bir etki tanımlanabilir.
Modem elektronik bilgisayarlarda transistörler elektrik düğmesinin işlevini görürler. Transistor kullanan ilk bilgisayarlar yapıldığında, her transistorun büyüklüğü yaldaşık 0.5 cm'vdi. Günümüzde bir yarıiletken çipe yüzlerce transistor yerleştirilebilir. Maskeleme, asitle yakma ve epitaksi gibi mikroskopik entegre devreler (ya da baskı devreler) yapmakta kullanılan teknoloji ve işlemler bilgisayarlarla olanaklı kılınmıştır.
Bir dijital bilgisayarın öğeleri: Her dijital bilgisayar dört öge içerir: Aritmetik ve mantık birimi, bellek birimi, denetini birimi ve giriş-çıkış birimleri. Günümüzde bilgisayarlar, bir uzay gemisinin rotasını hesaplamaktan, bir çamaşır makinesinin çalışmasını denetlemeye kadar sayılamayacak kadar çok amaçlı kullanıldıklarından, her temel öğenin içeriği de son derece çeşitlidir.
Aritmetik ve mantık birimi, bilgisayarın değerlerinin kullanılıp hesapların gerçekleştirildiği bölümüdür. Genellikle çok sayıda saklayıcı ve bu saklayıcılar arasında adresler içerir. Saklayıcılar belirli değerleri saklayabilen bellek aygıtlarıdır. Sözgelimi, rakamların toplanması gerektiği zaman,bilgisayarda toplamaların yapıldığı fiziksel bir yerde bulunmalıdır. Saklayıcılar bunu sağlar. Daha sonra bir devre, toplamı belirlemek için saklayıcının bileşenlerini kullanır. İlke, bir parça kâğıt üstünde, iki sayıyı toplama işlemiyle aynıdır.
Genel bir uygulamada bilgisayar, her saniyede binlerce hesap gerçekleştirir. Her dakika bütün gerekli değerleri saklayıcıda tutmak olanağı yoktur; bu yüzden hesaplama hızı, bir bilgisayarın çalışma kapasitesini belirleyici bir etkendir. Aritmetik ve mantık birimine, toplamadan başka matematiksel işlevler (çıkarma, çarpma ve bölge) de yüklenebilir.
Bütün bilgisayarlar, değerlerin hesaplarını gerçekleştirmek için yapılmamıştır. Bazıları, maddelerin listesini düzenlemek ya da belirli bir özellik taşıyan bir maddeyi belirlemek için tasarlanmışlardır. Sözgelimi, bir kütüphanedeki bütün kart katalogu bilgisayara yüklenebilir. Kitap ödünç almak isteyen kişi belirli bir başlığı aradığında, bilgisayara kütüphane kitap listesini araması ve istenilen başlığı listeyle karşılaştırması için komut verilir. Bu bir aritmetik problemi değil, bir mantık problemidir. Mantık problemleri, belirli özellikler için değerleri araştırmayı ve bu özelliklere bağlı olarak kararlar vermeyi içerir. Bütün mantık problemleri, VE, YA DA ya da ters (DEĞİL) işlevlerinin birleşimi olarak tanımlanabilir.
Aritmetik ve mantık işlevlerinin çalışması için gerekli olguların tümü saklayıcılarda korunamayacağından, başka bir yol geliştirilmiştir: Bellek sürekli olarak kullanılmayan verileri saklar. Bilgisayarın çalışması, bellekte saklı olan bir dizi gerekli komutları gerektirir. İki tip bellek vardır: En çok kullanılan veri ve komutları saklayan birincil bellek; daha az kullanılan ilgili bilgileri saklayan ikincil bellek. İkincil bellek genellikle, birincil bellekteki bir programın değerlendireceği geniş veriler grubunu içerir.
Bellekteki içeriği çağırma işlemi, bir alıp getirme olayı olarak ele alınabilir. Bellekte bir değeri kaydetmek, "saklama", bazen de "yazma" işlemi diye adlandırılır. Bellekte bulunan içerik istendiğinde,açılış komutlarında olduğu gibi,bilgisayarın bilgiyi hızla alıp getirmesi ve işlemin dizi sırasında olması yararlıdır. Birincil belleğin görevi de budur: İstenilen veri ikincil bellekte saklıysa, birincil belleğin belirli bölümlerinin içeriği, bir programın çalıştırılması süresince değiştirilebilir.
İkincil bellek bazen "büyük bellek" diye adlandırılır. İkincil bellekte saklı bilgi kullanılacağı zaman, bilgisayarın genellikle gerekenden çok daha fazla veri alıp getirmesi gerekir. Sözgelimi, bir sınıfın öğrencilerinin adları, boylan, ağırlıkları, notları, vb. verileri, ikincil bellekte saklanabilir. Sınıftaki öğrencilerin ağırlık ortalaması belirlenmek istendiğinde, bilgisayar bütün bilgileri alıp birincil belleğe getirir. Daha sonra her çocuğun ağırlığını elde etmek için gerekli komutları izler. Son olarak, aritmetik ve mantık birimi kullanılarak bir ortalama hesaplanacaktır. İkincil bellek genellikle manyetik kasetler ya da disketlerde saklanır. Kaset ve plakların şarkılara bölünmesine benzer bir yolla ikincil bellek dosyalara ayrılır.
Bilgisayara bilgi girme ve alma işlemi bir giriş-çıkış birimiyle sağlanır. Giriş-çıkış aygıtları, bilgisayar tarafından kullanılan veriler ile belirli bir erişim aygıtı tarafından kullanılan veriler arasındaki boşluğu doldururlar. Bir bilgisayar klavyesi böyle bir aygıttır; harfleri, sayıları, noktalama işaretlerini ve özel terimleri içerir. Bilgisayar işlem birimi yalnızca sıfır ve bir kodlarını çevirir, dolayısıyla klavyenin yazılan karakterlerden ikili sıralara olan değişikliği yapması gerekir.
Ayrıca, zamanlama problemleriyle ilgilenmek de giriş-çıkış biriminin işidir. Sözgelimi, yazan kişinin tuşlara basma hızı büyük değişiklik gösterir. Ayrıca, işlem sürecine girmeden önce bilgisayarın bütün gerekli karakterlerin girilmesi için beklemesi, zaman yitimidir; giriş-çıkış aygıtları bu problemi ortadan kaldırabilir.
Buraya kadar açıklanan bilgisayar üyelerinin her biri (aritmetik ve mantık, bellek, giriş-çıkış) kendi işlev ve iletişim sonuçlarını gerçekleştirmeye yeterlidir. Bu bölümlerin etkili olarak birlikte çalışabilmeleri için, hareketleri bağdaştırıcı bir denetim biriminin bulunması yararlıdır. Bu işi gerçekleştirmek için, denetim birimi tarafından bir referans zaman çerçevesi sağlanır. Genel olarak bilgisayar içindeki zaman,uzunluğu üstünde denetim birimi bileşenlerinin tepkidiği temel hız tarafından dakikalara bölünür. Bu hız, bir hatasız saat tarafından sabitlenir. Bilgisayarın bütün parçaları aynı hızda işleyemediği için, sabit hızın kesirlerine dayanan, daha uzun zaman dilimleri geliştirilmiştir. Bilgisayarı, her işlem saat kaynağına bağlı olacak biçimde tasarlayarak, olaylar önceden görülebilir, hesaplanabilir ve kolayca denetlenebilir duruma getirilir.
Denetim birimi bir işlemi, program denilen talimatlar listesinden bir talimatı alıp getirerek başlatır. Program, birincil bellekte saklanır. Her komut, donanım birimlerinin, belirli bir zamanda, bilgisayarın saat göstergesine nasıl karşılık geldiğinin kusursuz bir açıklamasıdır. Bir program örneği bir yemek tarifine benzetilebilir: Bir yemek tarifi, malzeme listesinin yanı sıra yemeği pişirmek için malzemelerin nasıl kullanılacağının aşama aşama açıklamasını da içerir. Aynı biçimde, bir bilgisayarın denetim birimi,belirli bir veriyi nasıl kullanacağını açıklayan komutlar listesi içinden işlemesi için yapılmıştır. Basit bir bilgisayar, bir defada yalnızca bir işlemi gerçekleştirebilir. Daha karmaşık bilgisayarlar, tek bir komutla birkaç işlemi gerçekleştirirler. Karmaşıklık derecesinden bağımsız olarak, denetim birimi, bilgisayarın her bölümünün gereken bilgiyle birlikte işlevini gerçekleştirmesini, işlemi görüntülemesini ve bir sonraki işlemde ne yapacağını belirlemesini sağlayan bir yönetici gibi çalışır. Aritmetik ve mantık birimi, denetim birimi ve birincil bellek "merkezî işlem birimi" diye adlandırılan birimi oluştururlar.
Bilgisayar işlemi ve programlama: Daha önce söylendiği gibi, her bilgisayar işlemleri yönlendirecek bir program ya da komutlar listesi gerektirir. Bazen program tasarlanır ya da bilgisayarın donanımına (hardware) yerleştirilir ve donanım yeniden tasarlanmadan, değiştirilemez. Daha sık olarak, program belleğe yazılım (software) olarak girilir ve kolaylıkla alınabilir ya da değiştirilebilir. Aslında donanım programı olmayan bilgisayarların, genellikle belleklerinde aynı anda birkaç program vardır. Bu programların bazıları bilgisayarın gene işleminde kullanılırlar; yani, yönetici işlevleri denetlerler. Bu programlar "işletim sistemi" denilen bir sistemin parçalarıdır. Öbür programlarsa, şirket için ücret bordrosu hesaplama gibi özel amaçlarla, kullanıcı birey er tarafından yazılır. Bunlara "kullanıcı programlan' denir.
İşlem birimleri geniş olarak, donanım tasarımıyla belirlenen biçimde birbirlerini etkilerler ve birçok uygun biçimde bulunabilen işletim sistemleriyle denetlenirler. ikincil belleğin ve çeşitli giriş-çıkış aygıtlarının işlemesi uygun işletim sistemleri sayısını azaltacak gereksinmeler sunar. Bir işletim sistemi, klavye, modem, disk sürücü, yazıcı, video çıkış sistemleri, vb. belirli çeşitten aygıtların bir birleriyle etkileşmesini yönetebilecek biçimde seçilmelidir.
Manyetik kaset kullanan ikincil bellekler, bant üstünde diziler halinde saklanmış bilgi içerirler. Belirli veriye erişim sağlamak için kaset hareket ettirilmeli ve istenen kesim bulunana kadar aranmalıdır. Bu çok uzun bir zaman alır. Manyetik disketler, kasetten çok pahan olmalarına karşılık, bilgileri, radyal doğrultuda tarama yaparak çok daha hızlı aranabilen sıkıştırılmış halkalar halinde saklar. Erişim sürelerindeki ve içeriklerin düzer etmesindeki bu farklar, kaset ya da disket sistemlerine farklı tipte işletim sistemleri gerektirir. Giriş-çıkış aygıtları için de aynı şey söylenebilir. İşletim sisteminin tasarımındaki en önemli etmen, bellekle olan etkileşimdir. Bilgisayar programları yazılım (software) diye adlandırılırlar ve hem genellikle değişmez olan "salt-oku bel-lek"te(ROM),hem de daha kolay değiştirilebilen "yaz-oku bellek"te (RAM) yer alırlar. Bilgisayarda programlar, çok sayıda farklı derece için ve çok sayıda farklı programlama dilinde yazılırlar. Bilgisayar, bir işaret verildiğinde belirli bir işlevi gerçekleştirebilir ve genellikle bir işlevi gerçekleştirebileceği birkaç yol vardır. Ayrıca, belirli bir yöntem kullanması için yönlendirilmelidir. İşlevleri gerçekleştirme yöntemleriyle birlikte bir bilgisayarın işlevinin sayımına bilgisayarın komut seti denir.
Komut seti, programcının ya da makinenin bakış açısından görülebilir. Makine için her türlü komut, sıfırlar ve birlerle kodlanmalıdır. Programcı açısından, sıfır ve birlerle doldurulmuş bir sayfa bıktırıcıdır ve yorumlanması güçtür. Bu nedenle setteki her komut için, onları daha okunabilir kılan, akronimler görevlendirilmiştir, örnek olarak, iki saklayıcıda korunan iki sayıyı toplamak TOPLA A,B diye kodlanabilir. Birler ve sıfırların diline "makine dili" denir. Olguları basitleştirmek için kodlar kullanan dileyse "makine kodu" denir. Makine kodunu, makine diline çevirme işlemi, “birleştirme" diye adlandırılır. Her programın, çalışabilmesi için, makine diline dönüştürülmesi gerekir.
Makine kodunun, makine diline göre ele alınması daha kolay olmakla birlikte, özellikle geniş ve karmaşık komut setlerinde kullanılması zordur. Ayrıca, makine kodları, farklı bilgisayarlarda kullanılamaz. Bu problemlerin her ikisi de üst düzeyli diller kullanılarak çözülür. Üst düzeyli dillerde komutlar, makine dili programlarına göre daha kolayca anlaşılabilir ve bu üst düzey dil komutları, çalıştırdıkları bilgisayardan bağımsızdırlar. Bir üst düzey komutu, birkaç makine dili komutuna bölünebilir. Bu, bir bilgisayar tarafından yapılırsa "derleme" diye adlandırılır. Tek bir üst düzey dilin, üstünde kullanıldığı her çeşit bilgisayar için farklı bir derleyicisi vardır. Yaygın olarak kullanılan üst düzey dillere FORTRAN , BASİC ve PASCAL örnek gösterilebilir. Başarılı bir programlama bir görevin yöntemli aşamalara bölünmesini gerektirir: Başka bir deyişle, hem bilgisayar, hem de programcı tarafından anlaşılacak bir algoritma. Bir program yazıldıktan sonra, hataları elemek amacıyla denetlenmelidir. Bu işlem, en az program yazma kadar zaman alıcıdır. Programlarla ilgiİi güçlükler iki türlüdür: Mantık hataları ve programlama hataları.Bir algoritmanın tasarımında yanlış aşama dizilerinin kullanılmasına 'mantık hatası' denir. Programlama dilinin yanlış kullanılmasıysa, 'programlama hatası" diye adlandınlır. Bu hataları belirleme işlemine "hata saptama" denir: Bir bilgisayarın son performansı programlarının mantığına bağlı olduğu için zor, ama önemli bir görevdir.
Bilgisayar uygulamaları: Günümüzde, bilgisayarların doğrudan ya da dolaylı olarak etkisi neredeyse evrenseldir. Bilgisayar, bir çiftliğin yönetilmesinden, bir hastalığın teşhisine, sanayide tasarımlamadan bir uzay aracını fırlatmaya kadar çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır.
Bilim, bilgisayarların, ilk örneklerinin yapılmasından bu yana yaygın biçimde kullanıldıkları bir alandır. Bilgisayarların geliştirilmesi genel anlamda bilim adamlarının işi olduğu için, çoksayıda bilgisayarın bilim adamlarına hizmet etmesi doğaldır. Bilimsel sorunları çözmek üzere araştırmacıların, bilim dili matematikle ilgili olmaları kaçınılmazdır. Son derece karmaşık doğal olguların anlaşılması çalışmalarında bilim adamlarının, verilerin gittikçe daha çoğaldığı, ilerledikçe güçleşen matematik ilişkilerini kullanmaları gerekmektedir. Bu yüzden, birçok karmaşık bilimsel çalışmanın bilgisayar yardımı olmaksızın ele alınması aşağı yukarı olanaksızdır.
Birçok bilimsel bilgisayar programları, kaçınılmaz olarak bütün insanlara hizmet eder. Bunun görüldüğü ve bilgisayar teknolojisinde hızlı ilerlemelere neden olan bir alan,tarımdır. Bununla birlikte bilgisayarlar tohum alımı, büyüklüğü ve çiftlik hayvanlarının yem içeriği gibi verileri analiz ederken, özellikle sonucun üretimdeki etkisi nedeniyle, birçok tarım işçisinin de işten çıkarılmasına neden olmuşlardır.
Hava tahminlerindeki gelişen tutarlılık, daha güçlü bilgisayar programlarının başka bir örneğidir. Bilgisayarlar yalnızca hava tahminine yardımcı olmakla kalmamış, çok daha geniş miktardaki verileri analiz edebilmeleri ile meteorologların meteorolojinin etkisini daha iyi kavramalarını sağlamıştır. Ayrıca günümüzde bilgisayarlar, hava sistemleriyle uydu fotoğraflarının benzerini yapabilmektedir. Uyduları yörüngelerine yerleştirmek için gerekli teknoloji de, geniş dereceli bilgisayarlar sayesinde karşılanmıştır. Kuşkusuz havanın çok büyük doğrulukta tahmin edilmesine daha uzun bir yol vardır; ama, gelecek kuşağın süper bilgisayarlarının, paralel işlem teknikleri kullanarak bu hedefi gerçekleştirmeleri beklenmektedir.
Günümüzde iş dünyasında geniş ölçüde ve dünya çapında, bilgisayarlar kullan|ilmaktaaır. İyi bilinen bir örnek geniş ölçüde bilgisayara dayanan bankacılıktır. Otomatik tele-bankalar her yerde hizmete girmişlerdir ve bir bankanın bilgisayarının giriş-çıkış aygıtı olarak düşünülebilirler. Ayrıca bilgisayar, veri komutu ve giriş-çıkış aygıtlarının kablo aracılığıyla bağlandığı bilgisayar ağları da, bankalar tarafından yaygın biçimde kullanılmaktadır.
Bilgisayarlar için yeni bir alan iletişimdir, iletişim, bilginin akışı ve denetimini kapsar. Bu, kendi birimleri içinde ilerleyen verileri düzenlerken, bilgisayarın yaptıklarının bir parçasıdır. Tek bir bütün aygıt yerine giriş-çıkış aygıtlarından oluşan ağlar kullanılarak bilgisayarın amacı genişletilirse, sonuç bir iletişim sistemidir. Bilgisayarın aritmetik ve mantık birimi ile bellek biriminin ikisi birden küçük, ama birçok giriş-çıkış aygıtını denetliyorsa, aygıt bir bilgisayardan çok, bir mesaj alma aygıtı olarak işleyecektir.
Ev için küçük,güçlü ve ucuz bilgisayarlar mikroelektronikteki ilerlemeler sayesinde gerçekleştirilmiştir. Bu masa üstü makineler, günümüzde, büyük bilgisayarların gerçekleştirdikleri birçok işlevi gerçekleştirebilmektedir. İlk olarak video oyunları ve kayıt tutma gibi ev uygulamalarında kullanılan kişisel bilgisayarlar, 1970 yıllarının sonlarına doğru iş dünyasında ve eğitimde de kullanılmaya başlanmıştır. 1980 yıllarının ortalarına ve sonlarına doğru daha güçlü mikroişlemcilerin geliştirilmesi ve bilgisayar ağındaki ilerlemeler kişisel bilgisayarların gücünü o kadar artırmıştır ki, günümüzde büyük şirketlerde bile yaygın olarak kullanılmaktadırlar.
Kişisel bilgisayarların önemli bir uygulaması masaüstü yayıncılıktır. Bu hızla büyüyen teknolojide, yazılım programları ve ucuz yazıcılar, yayınlanmaya hazır metin ve grafik üretiminde kullanılmaktadır: Kişi tek bir terminalde oturarak bir yazıyı yazıp, baskıya hazırlayabilir; tablo ya da çizim gibi grafikleri çizebilir, metni ve grafik öğelerini hazırlayabilir ve sonuçları bellekte saklayabilir. Daha sonra sonuçlar çıktı olarak yazıcıdan alınabilir ya da elektronik olarak bir yazı makinesine gönderilebilir.Masa üstü yayıncılık, yüksek nitelikli baskıların ucuz olarak üretilmelerini sağlar.
Bu konularada bakabilirsiniz;