---

Bilgisayarların Evrimi

Günümüzde geçerli olan anlamı ile bilgisayarların tarihçesi 1943 senesinde ENIAC adlı bilgisayar ile başlamıştır.

ENIAC (Elektronik sayısal birleştirici ve hesaplayıcı), Pensilvanya Üniversitesinde John Mauchly ve John Presper Eckert tarafından tasarlanmış ve yapılmış olan dünyanın ilk genel amaçlı sayısal bilgisayarıdır. ENIAC, İkinci Dünya Savaşı esnasında ortaya çıkan gereksinimlere dayalı olarak geliştirilmiştir. ABD Ordusunun Balistik Araştırma Laboratuvarı, silahlar için menzil ve mermi yolu hesaplamasında kullanılacak tabloların oluşturulması esnasında bu süreci gerçekleştirebilmek için 200 kişi çalıştırmakta idi. Tek bir silah için bile bu tabloların hazırlanması bir kişinin günlerini alabilmekteydi.

Pensilvanya Üniversitesinden John Mauchly, o dönemde mevcut olan “lambalar›” (vacuum tube) kullanarak bu işi gerçekleştirecek bir bilgisayar tasarlamayı teklif etti ve 1943’te bu teklifi kabul edilerek çalışmalar başladı. Nihayetinde ortaya çıkan makine, 30 ton ağırlığında, 18000 lamba kullanan ve 140 metrekare yer kaplayan bir cihaz olmuş idi ve çalışma esnasında 140 kilovat enerji harcamaktaydı. Bununla birlikte o dönem mevcut tüm mekanik hesap araçlarından daha hızlıydı ve saniyede 5000 toplama işlemi yapabiliyordu.

İlk bilgisayar ENIAC, günümüzde standart hale gelmiş ikili düzen (binary) yerine onluk düzeni temel alan bir yapıda idi. Hafızası 10 haneli bir ondalık sayıyı tutmasına izin veriyordu, programlaması üzerindeki anahtarların manuel olarak ayarlanması ve çeşitli kabloların takıp çıkartılması ile yapılıyordu. 1946’da tamamlandığında savaş bitmişti ancak ENIAC yine savaş amaçlı olarak ve de sonraki yıllarda geliştirilecek Hidrojen bombasının hesaplamalarında kullanıldı. 1955’e kadar çalışan bu bilgisayar daha sonra görevden alındı.

ENIAC ile ilgili en büyük sorun, programlanmasının çok zor olmasıydı. ENIAC’ı geliştiren ekipten John von Neumann 1945 senesinde daha sonra kendi adını alacak (Neumann Makinası) bir tasarım ile ortaya çıktı. Neumann’ın önerisi, bilgisayarın uyarınca işlem yapacağı komutların, hafızada bilgisayarın anlayabileceği bir formda, veri ile birlikte yer alması ve de cihazın bu komutları okuyarak işlemesi ilkesine dayanmaktaydı. “Kayıtlı program kavramı” (Aynı dönemlerde Alan Turing de benzer bir kavram geliştirmiştir.) olarak adlandırılan bu yaklaşım, kendisinden sonra gelecek tüm bilgisayarlarda (günümüzde de) çalışma ilkesini teşkil etmiştir.

Bu yaklaşıma uyan ilk bilgisayar ise yine Neumann ve ekibi tarafından Princeton Üniversitesinde yapılmış olan IAS’dir (Üniversitedeki Gelişmiş Çalışmalar Enstitüsünün adını IAS olarak almıştır). Neumann tarafından geliştirilen IAS bilgisayarı yapısı yandaki gibidir. Kaynak: Stallings, W. (2006). Computer Organization and Architecture. New Jersey: Prentice Hall.

• Ana hafıza, hem veri hem de program komutlarını saklamaktadır,
• Aritmetik ve mantık birimi (ALU) sayısal veri üzerinde işlem yapma yeteneği taşımaktadır,
• Kontrol birimi, hafızadaki komutları yorumlayarak yapılacak işlemi belirlemektedir,
• Giriş-çıkış birimi ise cihazın idare edilmesi için veri/program işlemlerinin giriş-çıkışını sağlamaktadır.

IAS’in hafızası her biri 40 ikilik düzen verisi (bit) içeren 1000 hafıza biriminden oluşmaktadır. IAS’in kontrol birimi bu hafızadan komutları okuyarak sıra ile işleme almaktadır. Cihazın 21 adet farklı komutu bulunmakta ve bunlar ile veri transferi, dallanma komutu, aritmetik işlemler ve de adres değişiklikleri yapılabilmektedir.

Ticari Bilgisayarlar

IAS sonrasında 1950’lerde ticari amaçlı kullanılan bilgisayarların çağı başlamaktadır. O dönemde Sperry ve IBM firmaları pazarda hakim durumdadırlar. 1947 yılında ENIAC’ın tasarımcıları Eckert ve Mauchy bir şirket kurarak ilk ticari bilgisayar olan UNIVAC 1’i ürettiler. Bu cihaz 1950 yılında ABD nüfus bürosu tarafından nüfus sayımında kullanıldı. Eckert-Mauchy firması takiben Sperry-Rand şirketinin altında UNIVAC birimi halini aldı ve serinin devamını üstlendi. Daha yüksek hafıza ve işlem yeteneğine sahip UNIVAC II 1950’lerin sonunda piyasaya çıktı ve bunu da 1100 serisi takip etti.

IBM ise delikli kart (punched card) işleme üzerine olan faaliyetlerini 1953 yılında 701 adlı ilk elektronik hafızalı bilgisayarını çıkartarak devam ettirdi. Aslen bilimsel uygulamalar için geliştirilen bu cihazı 702 adlı ve iş dünyası uygulamalarını hedefleyen model devam ettirdi.

Bu döneme kadar vakum tüplerini baz alan bilgisayar tasarımları, transistörün icadı ile çok daha küçük, az enerji harcayan, daha ucuz, daha az ısınan ve daha dayanıklı bu alternatife h›zla döndüler. NCR ve RCA firmaları 1950’lerin sonunda ilk transistörlü bilgisayarı ürettiler ve IBM de 7000 serisi ile bu alana geçiş yaptı.

Bilgisayarın ikinci dönemi olarak adlandırılan transistörlü evrede iki önemli değişiklik daha ortaya çıktı. Bilgisayarın çalışmasını sağlayan komutları dolayısı ile programları daha rahat ve hızlı geliştirmeyi mümkün kılan “üst düzey programlama dilleri” ve de bilgisayarın çalışma ortamını ve kurallarını belirleyen “sistem yazılımları”. Bu dönemin önemli şirketlerinden DEC (Digital Equipment Corporation) 1957’de kuruldu ve yine o yıl ilk bilgisayarı olan PDP-1’i sundu. Bu bilgisayar üçüncü nesil olarak adlandırılan dönemin temelini teşkil eden ilk “mini bilgisayar” idi.

Entegre Devreler ve Mikroişlemciler

Moore Kuralı: Entegre devreler üzerindeki transistör sayısının her iki senede bir iki kat artacağını öngören ve zamanın (flu ana kadar) haklı çıkarttığı öngörü. Gordon Moore bu öngörüyü 1965 yılında yaptığında “en az on sene” daha geçerli olacağını belirtmişti.

Üçüncü nesilde transistörler yerlerini birçok transistörü üzerinde barındıran “entegre devrelere” bıraktılar. İkinci nesil bilgisayarlarda başlarda 10000 civarında transistör bulunmakta idi, zaman içerisinde bu yüz binlerce transistöre ulaştı ve ayrık transistörler ile cihaz üretimini çok zor bir hale soktu. 1958’de entegre devrenin imali ile bilgisayarların üçüncü nesli DEC’in PDP-8’i ve de IBM System/360’ı ile başladı. Bu dönemde bir entegre devrenin üzerine konulabilecek transistör sayısı inanılmaz bir sürat ile artmaya başladı. Bunun ile ilgili önemli entegre devre üreticilerinden Intel’in kurucularından olan Gordon Moore’un ifade ettiği “Moore kuralı” günümüze kadar geçerliliğini korumuştur. Bu gelişmenin birçok etkileri olmuştur:

• Aynı birimdeki işlem veya hafıza kapasitesinin maliyeti sürekli olarak azalmıştır,
• Bileşenlerin küçülmesi hafıza ve mantık elemanlarının daha yakın yerleştirilmesini mümkün kıldığı için elektriksel yollar kısalmış ve bu da işlem hızını arttırmıştır,
• Küçülen bilgisayarı farklı ortamlarda ve bağlamlarda kullanmak mümkün hale gelmiştir,
• Enerji ve soğutma ihtiyaçları azalmıştır,
• Entegre devre üzerindeki bağlantılar lehimlenmiş ayrık bileşenlere göre çok daha güvenilir sonuçlar sunmuştur.

İlerleyen yıllarda gerçekleşen önemli bir değişiklik de hafıza elemanlarının da yarı iletken tabanlı imalini mümkün kılan gelişmelerdir. Öncesinde manyetik esaslar› temel alan hafıza bileşenleri, 1970 yılında Fairchild firmasının ürettiği ilk uygun kapasitede ve ticari hafıza birimi ile yarı iletkenler dünyasına taşınmış ve sonrasında da Moore kuralının etkisi bilgisayarların bu kritik bileşeninde de gözlemlenmeye başlamıştır.

Bir diğer çok önemli gelişme, entegre devreler üzerindeki bileşen sayısının artması ile bir Merkezi İşlem Biriminin (CPU) tüm işlevlerini tek bir yonga üzerinde sunabilecek noktaya ulaşılmasıdır. Intel 1971 yılında 4004 adlı yongası ile bir CPU’nun tüm bileşenlerini tek bir entegre devre üzerinde sunmuş ve ilk mikroişlemci ortaya çıkmıştır. 4004 ile başlayan süreç, ilk 8 bit’li mikroişlemci olan 8008 ile devam etmiş, takiben 8080, 8086, 8088, 80286, 386, 486, Pentium şeklinde daha hızlı ve yüksek işlem kapasiteli yonga aileleri piyasaya sürülmüştür. Buna paralel olarak Motorola (günümüzde Freescale Semiconductor), AMD ve diğer farklı yonga üreticileri de bu alanda faaliyet göstermişlerdir.

Günümüzde ise mikroişlemci dünyasında çok çekirdekli işlemciler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sayede Moore kuralının devamı boyut, güç, ısı, sürat gibi kısıtlara rağmen devam ettirilmektedir. Bunun ile birlikte giderek yaygınlaşan mobil platformların (cep telefonları, tablet bilgisayarlar gibi) gerektirdiği enerji konusunda avantajlı “mobil işlemci mimarileri” (ARM ve diğerleri) de yaygın olarak kullanılmaktadır.