Anakart,Hard Disk,Ekran Kartları,Ram,Modem,İşlemciler Hakkında Geniş Bir Döküman....
ANAKARTLAR HAKKINDA BİLGİLER
Anakart Nedir? Ana kart, fiberglast tan yapılmış, üzerinde bakır yolların bulunduğu, genellikle koyu yesil bir levhadır. Ana kart üzerinde , mikro işlemci,bellek,genişleme yuvaları,BIOS ve diger yardımcı devreler yer almaktadır.Yardımcı devrelere örnek sistem saatidir. Bütün kartların anası diyoruz; çünkü PC'nin diğer bileşenleri bir şekilde anakarta bağlanıyor, birbirleri ile anlaşmak için anakartı bir platform olarak kullanıyor; yani PC'nin "sinir sistemi" anakart üzerinde yer alıyor.
Üzerinde yongalar, transistörler, veriyolları, çeşitli donanımlar için yuvalar, slotlar, bağlantı kapıları, soketler bulunan irice bir baskılı devre. Bir PC'nin hangi özelliklere sahip olabileceğini belirleyen en önemli bileşen, çünkü anakart üzerindeki elektronik bileşenler bu PC'ye hangi tür işlemciler takılabileceğini, maksimum bellek kapasitesinin ne kadar olabileceğini, bazı bileşenlerin hangi hızlara çıkabileceğini, hangi yeni donanım teknolojilerini destekleyebileceğini belirliyor. Burada en belirleyici faktörlerden biri anakartın yonga seti. O halde anakart yonga setinin tanımını vererek işe başlayalım.
YONGASETİ: Yongaseti (chip set) anakartın "beynini" oluşturan entegre devrelerdir. Bunlara bilgisayarın trafik polisleri diyebiliriz: işlemci, önbellek, sistem veri yolları, çevre birimleri, kısacası PC içindeki her şey arasındaki veri akışını denetlerler. Veri akışı, PC'nin pek çok parçasının işlemesi ve performansı açısından çok önemli olduğundan, yongaseti de PC'nizin kalitesi, özellikleri ve hızı üzerinde en önemli etkiye sahip birkaç bileşenden biridir. Eski sistemlerde PC'nin farklı bileşen ve işlevlerini, çok sayısal yonga denetlerdi. Yeni sistemlerde hem maliyeti düşürmek, hem tasarımı basitleştirmek hem de daha iyi uyumluluk sağlamak için bu yongalar tek bir yonga seti olarak düzenlendi. Günümüzde en yaygın yonga seti Intel tarafından üretilmektedir. Intel kendi yongasetlerini, bunların desteklediği veriyolu teknolo|ilerini de temsil edecek şekilde PCIset ve AGPset olarak da adlandırmaktadır. Silicon Integrated Systems (SiS), Acer Labs Inc. (ALi), VIA gibi üretici firmalann da geliştirdiği popüler yonga setleri vardır.
VERİYOLU: PC'nizin içindeki bileşenler birbirleri ile çeşitli şekillerde "konuşurlar". Kasa içindeki bileşenlerin çoğu (işlemci, önbellek, bellek, genişleme kartları, depolama aygıtları vs.) birbirleri ile veriyolları aracılığı ile konuşurlar. Basitçe, bilgisayarın bir bileşeninden diğerine verileri iletmek için kullanılan devrelere veriyolu adı (bus) verilir. Bu veriyollarının ucunda da genişleme yuvaları bulunabilir. Sistem veriyolu denince, genelde anakart üzerindeki bileşenler arasındaki veriyolları anlaşılır. Ayrıca anakarta takılan kartların işlemci ve belleğe erişebilmelerini sağlayan genişleme yuvalarına da veriyolu adı verilir. Tüm veriyolları iki bölümden oluşur: adres veriyolu ve standart veriyolu. Standart veriyolu, PC'de yapılan işlemlerle ilgili verileri aktarırken, adres veriyolu, verilerin nerelere gideceğini belirler. Bir veriyolunun kapasitesi önemlidir; çünkü bir seferde ne kadar veri transfer edilebileceğini belirler. Örneğin 16 bit'lik veriyolu bir seferde 16 bit, 32 bit'lik veri yolu 32 bit veri transfer eder. Her veriyolunun MHz cinsinden bir saat hızı (frekans) değeri vardır. Hızlı bir veriyolu verileri daha hızlı transfer ederek uygulamaların daha hızlı çalışmasını sağlar. Kullandığımız bazı donanım aygıtları da bu veriyollarına uygun olarak üretilirler. Sadece iki donanım aygıtını birbirine bağlayan veriyoluna "port" adı verilir. (örneğin AGP = Advanced Graphics Port). Bugün PC'lerimizde ISA, PCI ve AGP veriyolları bulunmaktadır. Anakartın üzerindeki farklı boyut ve renklerde, yan yana dizilmiş kart takma yuvalarından bunları tanıyabilirsiniz.
ISA : (Industry Standard Architecture) Anakartınızın kenarına yakın yerde bulunan uzun siyah kart yuvaları ISA yu-vasıdır. 17 yıldan beri kullanılan eski bir veriyolu mimarisidir. 1984'te 8 bit'ten 16 bit'e çıkarılmıştır. Ama bugün bile 8 bitlik kartlar olabilir. Orneğin bir ISA kartın, yuvaya giren iki bölmeli çıkıntısının sadece bir kenarında bağlantı bacakları varsa, bu 8 bitlik bir karttır. 90'lardan itibaren çoğu aygıt'ın daha hızlı PCI modeli çıktığından yavaş yavaş terkedilmeye başlanmıştır; hatta bugün ISA veriyolu olmayan anakartlar bile çıkmıştır. 1993'te Intel ve Microsoft, Tak Çalıştır ISA standardını geliştirmiştir. Böylece işletim sistemi ISA kartların konfigürasyonunu, sizin jumper'larla, dip svvitch'lerle boğuşmanıza gerek kalmadan otomatik yapmaktadır.
PCI: (Peripheral Component Interconnect) 1993'te Intel tarafından geliştirilen bu veriyolu 64 bit'liktir ama uyumluluk problemlen nedeniyle uygulamada genelde 32 bit'lik bir veri yolu olarak kullanılır. 33 veya 66 MHz saat hızlarında çalışır. 32 bit ve 33 MHz PCI veriyolunun kapasitesi 133 MB/sn'dir. Anakartınızda PCI yuvaları ISA yuvalarının hemen yanında bulunur; beyaz renkte ve ISA'dan biraz daha kısadır. PCI veriyolu Tak Çalışır desteklidir.
AGP: (Advanced Graphics Port) Sadece ekran kartları için çıkarılmış bir veriyoludur. Grafik ağırlıklı uygulamalar geliştikçe (örneğin 3 boyutlu grafikler, tam ekran video) işlemci ile PC'nin grafik bileşenleri arasında daha geniş bir bant genişliğine ihtiyaç doğmuştur. Bunun sonucunda grafik kartlarında ISA'dan bir ara veriyolu standardı olan VESA'ya, oradan da PCI'a geçilmiştir; ama bu da yeterli görülmeyince, grafik kartının işlemciye doğrudan ulaşmasını sağlayacak, ona özel bir veriyolu olan AGP 1997 sonunda geliştirilmiştir. AGP kanalı 32 bit genişliğindedir ve 66 MHz hızında çalışır. Yani toplam bant genişliği 266 MB/sn'dir. Ayrıca özel bir sinyalleşme metoduyla aynı saat hızında iki katı veya 4 katı daha hızlı veri akışının sağlanabildiği 2xAGP ve 4xAGP modları vardır. 2xAGP'de veri akış hızı 533 MB/sn olmaktadır. Ancak sistem veriyolu hızı 66 MHz ise, 2xAGP tüm bant genişliğini kaplayıp diğer aygıtlara yer bırakmayacağı için 66 MHz'lik anakartlarda 1 xAGP kullanılır. 100 MHz anakartlarda bant genişliği 763 MB/sn'ye çıktığından 2xAGP ile uyumludur. 1 GB/sn isteyen 4xAGP'nin ise gelecekte çıkacak 133 MHz'lik sistem veriyoluna sahip anakartlarla uyumlu olup olmayacağını hep birlikte göreceğiz. Peki bu kadar hıza ihtiyacımız var mı diye sorarsanız, günümüzün en ağır 3D oyunları bile ihtiyaç duymuyor. Bu yüzden aynı kartın PCI ve AGP versiyonları arasında pek performans farkı olmuyor. Yine de grafik için daha gelişmiş bir veriyolu olduğu ve bize fazladan bir PCI yuvası boş bıraktığı için AGP kartları tercih ediyoruz.
PORTLAR, KONNEKTÖRLER: PC ile çalışırken kasa kapalı olduğundan anakartı görmeyiz ama çeşitli aygıtları bağlamak için kasanın arkasında yer alan girişler (portlar) doğrudan anakarta bağlıdır. Eski anakartlarda AT form faktörü kullanılırken bu portlar birer kablo aracılı ile anakart üzerindeki konnektörlere bağlanırdı; ama ATX form faktörü ile artık anakart ile bütünleşik. Yani anakartın bir kenarında bulunan bu portlar, tam kasanın arka kısmındaki boşluklara denk geliyor. Bu yüzden kasalar da anakart form faktörlerine uygun olarak üretiliyor.
Anakartınız ve kasanız ATX formundaysa (artık tüm yeni PC'lerde öyle) kas nın arkasında tipik olarak bir klavye, bir fare portu, iki USB portu, iki seri pc (COM portu), bir paralel port (LPT Portu) göreceksiniz. Günümüzde klavye ve fare için artık PS/2 portu adı verilen küçül yuvarlak, 6 pinli portlar kullanılıyor. Aslında fare seri portu da bir adaptör yardımıyla kullanabilir (veya zaten seri kablolu fareler vardır), ama kendine ait bir port olması daha iyidir. Seri portlara genelde harici modemler bağlanır ama seri port kullanan başka aygıtlar da vardır (yedel leme cihazları, dijital kameralar gibi). Paralel porta ise yazıcı veya tarayıcı bağlanır. USB portlara neredeyse her tür hariç cihaz bağlanabilir. Ancak USB cihazla yeni yeni yaygınlaşmaktadır. USB'ni özelliği, seri ve paralel portlara göre çok daha hızlı olması ve USB aygıtlar üzerindeki yeni USB portları aracılığı ile uc uca çok sayıda cihazın zincirleme bağlanabilmesidir.
Bunların dışında, anakart üzerine takılan (veya bütünleşik olan) grafik kartı, ses kartı, TV kartı, SCSI kartı gibi aygıtların portları da kasa arkasında yer alır.
Anakart üzerinde, kasa içinden ulaşılabilen portlar da bulunur. Bunlar genel olarak iki adet IDE portu, bir disket sürücü portu, anakart ile bütünleşikse SCSI portudur. Bu portlara takılan yassı kablolar aracılığı ile anakartımıza sabit disk, CD sürücü, CD yazıcı, disket sürücü gibi dahili cihazları bağlarız. Bir IDE portuna bağlı kabloya, üzerindeki iki konnektör aracılığıyla iki cihaz bağlanabilir.
Bunların dışında anakart üzerinde işlemciyi takmak için bir soket veya slot bulunur. Soket, yassı dikdörtgen şeklindeki işlemciler üzerinde iki düzlem üzerinde (enine ve boyuna) uzanan iğnelerin oturduğu yuvaya verilen addır. Günümüz anakartlarında PGA370 tipinde 370 iğneli Celeron işlemciler için PGA soketleri, AMD K6-2 ve K6-3 işlemciler için AGP ve 100 MHz sistem veriyolu desteği bulunan Super 7 soketleri, Cyrix (K6-2 ve eski Pen-tium MMX işlemciler için) 66 MHz destekleyen Socket 7 tipi soketler bulunabilmektedir.
Slot ise, genişleme yuvalarına benzer, uzun ince dikdörtgen şeklindeki işlemci yuvalarına verilen isimdir. Pentium II, slot tipi Celeron ve Pentium III işlemciler için Slot 1, Xeon işlemciler için Slot 2 adı verilen modelleri bulunur.
ÖNBELLEK: Bugün PC'lerde kullanılan tüm donanımlar 15 yıl öncesine göre çok daha hızlı. Ama her bir donanım bileşeninin hızı eşit ölçüde artmadı. Örneğin işlemcilerdeki performans gelişimi, sabit disktekilerden kat kat daha fazladır. Hani bir PC'nin gücü en zayıf halkası kadardır derler ya, işlemci ve bellek çok hızlı olsa da yavaş kalan bir sabit disk ile bu performans artışını tam anlamı ile yaşamanız mümkün değildir. İşlemci boş boş oturup kendisine bilgi gelmesini bekler. Tabii bunu önlemek için bazı ara çözümler geliştirildi. Örneğin yakın zamanda kullanılan bilgileri sabit diskten önbellek (cache) adı verilen bir birime aktarılması, işlemcinin ihtiyaç duyduğunda sık kullanılan bilgileri bu önbellek alanından alması.İşte önbelleklemenin esası budur. Bir PC'de çeşitli bellek kademeleri vardır: birincil önbellek (L1 cache); ikincil önbellek (L2 cache); sistem belleği (RAM) ve sabit disk veya CD-ROM. Diyelim ki işlemci bir bilgiye ihtiyaç duyuyor. Önce gider, en hızlı bellek türü olan L1 önbelleğe bakar. Bilgi orada varsa gecikme olmaksızın bu bilgileri alır ve işler. L1 önbellekte yoksa L2'ye bakar ve buradaysa nispeten küçük bir gecikme ile bilgileri alır. Orada da yoksa önbelleğe göre daha yavaş kalan sistem belleğine, yine yoksa en yavaşları olan sabit diske veya CD-ROM vb. bilginin geldiği cihazlara bakar.
L1 önbellek en hızlısıdır ve günümüz PC'lerinde doğrudan işlemci üzerindeyer alır. Bu önbellek genelde küçüktür (genelde 64K'ya kadar; Pentium III, Pentium II ve Celeron işlemcilerde 32K; AMD K6-2 ve K6-3 işlemcilerde 64K). L2 önbellek biraz daha yavaş ama biraz daha büyük olabilir. Pentium II ve III'lerde boyutu 512K'dır ve işlemci ile işlemci hızının yarı hızında haberleşir. İlk Celeron'larda yoktur; günümüz Celeron'larında boyutu 128K'dır ve işlemciyle aynı hızda haberleşir. AMD K6-2'lerde işlemci üzerinde değil, anakart üzerindeki bir yuvada 2GB'a kadar L2 önbellek bulunabilir ve veriyolu hızında (66 veya 100 MHz) haberleşir. AMD K6-3'de 256K önbellek bulunur ve işlemci ile aynı hızda haberleşir. AMD K6-3 L1 ve L2 önbelleği üzerinde bulundurduğu, aynı zamanda kullanıldıkları anakartlarda da sistem veriyolu hızında çalışan bir önbellek daha bulunduğu için 3. seviye (L3) önbelleği literatüre sokmuştur.
IRQ (KESME) : (Inrerrupt Request) Bir süre PC kullanan herkes şu ünlü "IRQ çakışması" tabirini duyar. Peki nedir bu IRQ? Türkçesi "kesme"; yani işlemci bir işle meşgulken, bilgisayarın bir yerinden başka bir donanımdan işlemciye şöyle bir emir geliyor: "Benimle de ilgilen!" Yani işlemcinin işini böler. Tabii işlemci aynı anda çok sayıda işi birden yapabilir: Klavye ve fare kullanırken bir yandan ekrana gönderilen verileri işler, sabit diskten okuma yapar, modemin indirdiği dosyalara bakar vs. Ama işlemciye işini görmesi için ihtiyaç duyan bir aygıtın ona sinyal gönderebilmesi için özel bir hatta ihtiyacı vardır. İşte buna IRQ hattı adı verilir. PC'mizde 0'dan 15'e kadar numaralanan 16 IRQ hattı vardır. Bunlar şu aygıtlar için kullanılabilir ("default", yani pik aygıtın yanı sıra bu IRQ'yu kullanabilecek diğer aygıtlar parantez içinde verilmiştir)
IRQ 0: Sistem saati.
IRQ 1: Klavye
IRQ 2: Programlanabilir IRQ denef-ç'ıs'ı. (Modemler, COM3 ve COM 4 portları)
IRQ 3: COM 2 portu (modemler, COM 4, ses ve ağ kartlan, teyp yedekleme birimlerini hızlandıran kartlar)
IRO 4: COM 1 portu (modemler, COM 4, ses ve ağ kartlan, teyp yedekleme birirnlerini hızlandıran kartlar)
IRQ 5: Ses kartı (LPT2, LPT3 - yani ikinci ve üçüncü paralel portlar - COM 3, COM 4, modemler, ağ kartlan, MPEG kartları, teyp yedekleme birimlerini hızlandıran kartlar)
IRQ 6: Disket sürücü denetleyicisi (teyp yedekleme birimlerini hızlandıran kartlar)
IRQ 7: LPT1, yani ilk paralel port (LPT2, COM 3, COM 4, modemler, ağ kartları, ses kartlan, teyp yedekleme birimlerini hızlandıran kartları
IRQ 8: Gerçek zamanlı saat.
IRQ 9: (Ağ kartları, ses kartları,SCSI kartları, PCI aygıtlar, yeniden yönlendirilen IRQ2 aygıfları)
IRQ 10: (Ağ kartları, ses kartları, SCSI kartları, PCI aygıtlar, ikinci ve dördüncü IDE kanalları)
IRQ 11: (Görüntü kartları, ağ kartları, ses kartları, SCSI kartları, PCI aygıtlar, üçüncü ve dördüncü IDE kanalları)
IRQ 12: PS/2 fare (Görüntü kartları, ağ kartları, ses kartları, SCSI kartları, PCI aygıtlar, üçüncü IDE kanalı)
IRQ 13: FPU, yani matematik işlemci.
IRQ 14: Birinci IDE kanalı (SCSI kartlar)
IRQ 15: İkinci IDE kanalı (Ağ ve SCSI kartlar)
Normalde bir IRQ'yu bir aygıtın kullanması gerekir; aksi halde işlemci şaşı-rır, yanlış aygıta yanlış zamanda cevap verebilir. işte buna IRQ çakışması denir. Bazen Windows Aygıt Yöneticisi bölü-münden donanım aygıtlarının kaynak değerlerini değiştirerek, bazen kartın yerini değiştirerek bu sorun çözülebilir (tüm genişleme yuvaları doluysa bazen de çözülemeyebilir). Aslında PCI Steering adı verilen bir yolla bir IRQ'nun iki PCI aygıt tarafından kullanılması mümkündür. Ama bunun için aygıtın ve sürücülerinin bu işlemi desteklemesi gerekir. Bu konunun detaylarına da Windows ile ilgili bölümümüzde değineceğiz.
DMA Kanalları: Doğrudan bellek erişim (Direct Memory Access) kanalları sistem içinde çoğu aygıtın doğrudan bellek ile veri alış verişi için kullandığı yollardır. IRQ'lar kadar "ünlü" değillerdir, çünkü sayıları daha azdırve daha az sayıda donanımda kullanılırlar. Bu yüzden de daha az soruna yol açarlar. Bildiğiniz gibi işlemci PC'nin beynidir. Eski PC'lerde işlemci neredeyse her şeyi üstlenirdi; tabii, tüm donanım aygıtlarına veri göndermek ve onlardan veri almak işini de. Ancak bu pek verimli olmazdı; işlemci veri transferi ile ilgilenmekten başka işlemleri doğru dürüst yerine getiremezdi. DMA sayesinde bazı aygıtlar kendi aralarında veri transferi yapıp bu yükü işlemcinin üzerinden aldılar. DMA kanalları normalde yonga setinin bir bölümünü oluşturur. Bir PC'de 8 DMA kanalı bulunur ve 0'dan 7'ye kadar numaralandırılır. DMA'lar genelde ses kartları, disket sürücüler, teyp yedekleme birimleri, yazıcı portu (LPT1), ağ ve SCSI kartları, ses özelliği olan modemler tarafından kullanılırlar.
BIOS: BIOS'un açılımı Temel Giriş Çıkış Sistemi'dir (Basic Input/Output System). PC'deki en temel seviye yazılımdır; donanım ile (özellikle de işlemci ve yongasetiyle) işletim sistemi arasında bir arayüz görevi görür. BIOS sistem donanıma erişimi ve üzerinde uygulamalarınızı çalıştırdığınız ileri düzey işletim sistemlerinin (Windows, Linux vs.) yaratılmasını sağlar. BIOS aynı zamanda PC'nin donanım ayarlarını kontrol eder; PC'nin düğmesine bastığınızda boot etmesinden ve diğer sistem işlevlerinden sorumludur. BlOS da bir yazılımdır dedik; bu yazılım anakart üzerindeki BIOS yongası üzerinde tutulur. Eskiden BIOS bir ROM (Read Only Memory) idi. Yani sadece okunabiliyordu, üzerine yazılamıyordu. Daha sonra eklenen yeni donanımlara göre BlOS'ta güncelleme yapılmasının gerekmesi üzerine Flash BIOS adı verilen yazılabilir/güncellenebilir BIOS yongaları kullanılmaya başladı. Böylece kullanıcılar daha güncel bir BIOS sürümünü anakart üreticisinin Web sitesinden indirerek yükleyebilirler. (Tabii yakın zamanlarda gündeme gelen Çernobil (WinCIH) virüsünü duymuşsunuzdur. Işte bu virüs de yazılabilir BIOS'lardaki bilgileri silerek PC'nin açılmasını engelliyor.)
Artık bütün masaüstü sistemlerde en az bir hard disk bulunuyor. Hatta VCR cihazlarından camcorderlara ve mp3 playerlara kadar pek çok elektronik alette de hard diskleri görmeye yavaş yavaş alışıyoruz. Nerede kullanılırsa kullanılsın bütün hard diskler tek bir amaç için üretilir: Sayısal bilgileri kalıcı şekilde depolamak.
Bir hard disk bilgisayarlarımızda kullandığımız ana belleğin aksine güç kesilse bile içindeki bilgileri korur ve bu özelliğiyle bilgisayarımıza "hatırlama" yeteneği kazandırır. Hard diskinize bir kez kaydettiğiniz bir dosyaya bilgisayarınızı defalarca açıp kapatsanız bile onu silmediğiniz sürece ulaşabilirsiniz.
Bütün hard diskler temelde aynı yapıdadır. Bir hard disk en basit haliyle şu parçalardan oluşur: Bilgilerin manyetik olarak depolandığı bir veya daha fazla sayıda plaka (platter), okuma yazma kafaları, plakalarla okuma yazma kafalarının hareketini sağlayan motorlar ve diskin kontrolünden sorumlu devreleri üzerinde barındıran kontrol kartı.
Şimdi bu parçaları ve bir hard diskin nasıl çalıştığını inceleyelim
Plakalar
Bilgileri saklamak için kullanılan plakalar alümünyum, cam gibi manyetik duyarlılığı olmayan maddelerden yapılır. Plakalarda daha uygun ısı direnci özellikleri ve daha ince yapıda kullanılabildiği için temel madde olarak modern disklerde alüminyum yerine cam kullanılır ve cama kırılmasını engelleyecek kadar da seramik karıştırılır. Daha sonra bu plakaların yüzeyleri manyetik duyarlılığı olan bir filmle kaplanır.
Bir hard diskte birden fazla plaka bulunabilir.
Eskiden plakaların yüzeylerine temel maddesi demir oksit olan bir sıvı dağıtılarak sürülürdü fakat hard disklerin kapasitelerinin artmasıyla bu teknolojinin sınırlarına ulaşılması çok sürmedi. Ayrıca okuma/yazma kafasının plakaya çarpması durumunda da bu yöntemle üretilen plakalar kurtulamıyordu ve diski değiştirmekten başka çare yoktu. Günümüzdeyse electroplating denen bir yöntemle plakaların yüzeyi kobalttan oluşan bir filmle kaplanır. Son olarak da bu filmin üzerine kafa çarpmalarına karşı bir miktar koruma sağlayan bir tabaka daha çekilir.
Bilgiler plakalarda sektörler (sector) ve izler (track) halinde saklanır. Her sektör 256, 512 gibi belirli bir sayıda byte içerir ve plaka boyunca yanyana duran bütün sektörlerin oluşturduğu yapılara da iz denir. Diskin kendisi veya işletim sistemi sektörleri gruplayarak onları cluster denen yapılar halinde topluca işler. Low level formatting denen işlemle plakalar üzerinde sektörler ve izler oluşturulur, bunların başlangıç ve bitiş noktaları plakalar üzerinde belirlenir. Daha sonra da high level formatting yapılarak dosya depolama yapıları oluşturulur ve dosyaların palakarda oluşturulan sektörlere ve izlere hangi düzende yazılacağı belirlenir. Low ve high level formatting işlemleri sonrasında plakalar okuma/yazmaya hazır hale gelir. Aşağıdaki şekilde mavi renkle bir sektör, sarıyla da bir iz gösteriliyor.
Plakar üzerinde veri depolanan noktalar moleküler boyutta olduklarından hard diskin içindeki bir toz tanesi bile plakaları çizerek onlara zarar verebilir. Bunun için hard diskler tozsuz ortamda üretilir ve üretildikten sonra kapatılır. İç basınçla dış basıncın dengelenmesi için de çok iyi filtrelenmiş bir havalandırma deliği bulunur.
Plakalar ortalarından geçen bir mil üzerine belirli aralıklarla yerleştirilirler ve bu mil etrafında bir motor tarafından belirli bir hızda sürekli döndürülürler. Böylece plakanın üzerinde duran okuma/yazma kafası plakanın yaptığı bu dönme hareketi sayesinde bir iz boyunca işlem yapabilir.
II.BÖLÜM
Okuma/Yazma Kafaları
Bir okuma/yazma kafasının görevi adından da anlaşıldığı gibi plaka üzerinde okuma/yazma işlemlerini yapmaktır.
Aslında bir okuma/yazma kafası yaklaşık 1 mm2 çapındaki minyatür bir elektromıknatıstan başka bir şey değildir. Aşağıdaki resimde en basit haliyle bir okuma/yazma kafasını görebilirsiniz. Kafalar okuma yazma işlemi sırasında plakayla temas etmezler, dönen plakaların yarattığı hava akımı kafaları plakaların sürekli bir miktar yukarısında tutar. Eski disklerde plakayla kafa arasında 0,2 mm civarında bir boşluk varken modern disklerde bu boşluk 0,07 mm civarındadır. Disk çalışmadığı zaman da kafalar plakalar üzerinde Landing Zone denilen bölgelerde sabit olarak dururlar. Bu bölge bilgi depolamak için kullanılmaz. Güçte ani bir kesilme veya dengesizlik sonucu kafa disk yüzeyine çarpar ve Head Crash dediğimiz kafa çarpma olayı olur. Kafa landing zone yerine bir sektörün üzerine düşerse o sektör hasar görerek kullanılamaz hale gelir ve kullanılamayan bu bozuk sektöre Bad Sector denir. Diski tekrar sorunsuz kullanabilmek için Scandisk gibi bir araç kullanarak diskteki bad sectorler kullanılmamaları için işaretlenmelidir. Başka bir yöntemse diske low level format atarak sektörleri tekrar oluşturmaktır, bu esnada sektörler plakadaki bozuk kısımlar atlanarak sağlam bölgelerde tekrar oluşturulur.
Okuma/yazma işlemi aslında çok karmaşıktır; bunu sizlere en basit haliyle anlatmaya çalışacağım: Bir plakaya bilgi yazmak için kafadan plakaya akım dalgaları gönderilir ve bu akımla yüzeydeki hedef nokta polarlanır. O nokta manyetik polarizasyonuna göre 0 veya 1 değerini alır ki ikili sistemle çalışan bilgisayarlarımız için anlamı olan tek değerler bunlardır. Okuma sırasındaysa okunacak noktanın kafadaki boşlukta yarattığı manyetik alanın yönüne göre o noktanın değerine (0 veya 1) ulaşılır.
Aslında bir kafada okuma ve yazma için ayrı kısımlar bulunur ve yukarıdaki şekilde olduğundan çok daha karmaşıktır.
Kafaların disk yüzeyinde içeriye ve dışarıya doğru hareketini sağlayan ayrı bir motor vardır ve kafalar bu motora bağlı kolların ucunda dururlar. Kafayı tutan kolla kafadan oluşan yapıya Head Gimbal Assembly (HGA) denir. Bu motor sayesinde kafa, plaka üzerindeki farklı izler üzerinde işlem yapabilir. Modern disklerde voice coil adı verilen motor teknolojisi kulanılır. Çalışma prensibi hoparlörle aynıdır.
Sarımlardan akım geçtiğinde HGA denen yapı hareket eder ve sarımlardan geçen bu akımın yönüne göre kafa plaka yüzeyinde içe ve dışa doğru hareketler yapar. Bu sayede bir okuma/yazma kafası palaka üzerindeki farklı izlere gidip gelebilir.
Kontrol Kartı
Son olarak inceleyeceğimiz kısım ise kontrol kartı. Bir kontrol kartının diski �kontrol� ettiğini söyleyebiliriz. Plakalardaki sektölerin, izlerin, hatalı sektörlerin ve landing zone denen bölgenin fiziksel yerleri kontrol kartına kaydedilir ve kontrol kartı da kafaları bu bölgelere yönlendirir. Hard diskler bilgisayarlarımızla veriyollarını kullanarak haberleşirler ve veriyoluyla hard disk arasındaki bağlantıyı kurmak da kontrol kartının en önemli görevlerindendir
Diskin tamponlama için kullandığı bellek ve veriyoluyla haberleşmesini sağlayan kontrol yongaları bu kartın üzerindedir. Hard disk arızaları kontrol kartı yüzünden de meydana gelebilir, bu durumda diskinizin kontrol kartını aynı model bir kontrol kartıyla değiştirerek diskinizi tekrar kullanılabilir hale geitrebilirsiniz. Kontrol kartı hard diskin alt kısmına vidalanır ve sadece tek bir bağantıyla diske bağlanır, bu yüzden kontrol kartını değiştirmek çok kolay bir iştir....
Bir Hard Diskin Kapasitesini ve Performansını Belirleyen Özellikler
Bir hard diskin nasıl çalıştığını öğrendikten sonra bir hard disk hakkında yorum yapabilmek için bilmemiz gerekenlere kısaca bir göz atalım.
Hard disklerde kapasiteyi plakalardaki veri yoğunluğu ve plaka sayısı belirler. Modern disklerde çift yüzlü ve 80 GB`a kadar veri depolayan plakalar kullanılır. Bir hard diskin performansı hakkında yorum yaparken kullandığımız en önemli kavramlar plakaların dönüş hızı, erişim süresi ve veri aktarım hızıdır.
- Dönüş Hızı: Plakarın dönüş hızıdır. Plakalar masaüstü sistemlerimizde kullandığımız IDE disklerde genelde 5400 veya 7200 RPM (Rotates Per Second, dakikadaji dönüş hızı) hızında dönerken SCSI disklerde bu hız 15000 RPM`ye kadar çıkabilir.
- Erişim Süresi: Okuma/yazma kafasının disk üzerindeki bir noktaya ulaşması için geçen süre. Ortalama erişim süresi modern IDE disklerde 10 ms`nin altındayken SCSI disklerde daha da düşüktür.
- Veri Aktarım Hızı: Hard diskin saniyede aktarabildiği veri miktarıdır. Kullanılan arabirime ve diskin özelliklerine göre değişir.
Arabirimler
Günümüzde hard diskler için en çok kullanılan arabirimler masaüstü sistemlerimizde görmeye alışıtığımız IDE ve sunucularla iş istasyonları pazarına hakim olan SCSI`dir.
IDE bir donanım standardı değil, işlemciyle hard disk arasındaki veri akışının kontrolüyle ilgili bir standarttır. IBM`in Advanced Technology (AT) arabiriminden geliştirilen Paralel ATA (AT Attachment) arayüzüyle arabirim için bir komut seti tanımlanarak hard disk ve bilgisayar arasındaki haberleşme için evrensel bir standart oluşturuldu. IDE arabirimin yaratılış amacı uygun fiyat ve uyumluluktur, bu yüzden de masaüstü sistemlerde kısa zamanda en yaygın arabirim haline geldi. Paralel ATA arayüzü sürekli gelişerek günümüzde Ultra ATA/133`le 133 MB/s hızına ulaştı ve bundan sonra da yerini ****** ATA`ya bırakması bekleniyor.
****** ATA`da veri iletimi paralel değil seri olarak yapılıyor, Paralel ATA`ya göre avantajlarını kısaca aşağıdaki gibi sıralayabiliriz:
* Daha az pin ve daha düşük voltaj.
* Daha ince bağlantı kablosu (Belki de biz son kullanıcıların ilgisini en çok çeken özellik, bu sayede kasa içi hava akımını düzenlemek çok daha kolay olacak).
* Daha gelişmiş hata bulma ve düzeltme olanakları.
SCSI arabirimiyse günümüzde profesyonel uygulamar için sunucularda ve iş istasyonlarında kullanılır. SCSI arabirminin maliyeti IDE`ye göre oldukça yüksektir. SCSI arabiriminin IDE arabirimine göre en büyük avantajı asenkron çalışmasıdır, yani IDE aygıtlarda olduğu gibi aynı kontrolcüye bağlı SCSI aygıtlar birbirlerinin performansından ve veri aktarımından çalmazlar. Ayrıca SCSI arabirimi için kullanılan �SCSI Host Adapter� kartlar üzerlerinde veri aktarımını düzenlemek için ayrı bir işlemci ve çoğu zaman da tampon olarak kullanmak için ek bir bellek bulundururlar ve bu yüzden SCSI aygıtlar sisteme IDE aygıtlara göre çok daha az yük bindirirler. Paralel ATA ile kanal başına sadece iki aygıt kullanılabilirken SCSI arabirimiyle her kanala 15 taneye kadar cihaz bağlanabilir. Bu sayı stanadart masaüstü sistemlerin ihtiyaçlarının çok üstünde olsa da özellikle sunucuların ihtiyaçlarını düşünürsek onlar için bir gerekliliktir.
IDE arabirimini kullanan disklerin aksine, SCSI diskler uzun yıllar boyunca sorunsuz çalışmak için üretilirler ve çalışma ömürleri IDE disklerden çok daha uzundur, sunucular için bu da bir gerekliliktir. Ayrıca sisteme bindirdiği yükün fazla olmaması ve erişim süresinin de daha az olmasından dolayı özellikle video montajı gibi sisteme çok ağır yük bindiren ve verilerin sabit bir hızda kesintiye uğramadan su gibi akması gereken uygulamalarda SCSI diskler IDE disklerden çok daha üstündür. SCSI disklerin bir avantajı da yapıları gereği çoklu erişim için uygun olmalarıdır. Bir IDE diskte bir dosyaya aynı anda iki kaynak ulaşmak isterse performans çok düşer ama SCSI disklerde bu performans düşüşü IDE disklerdeki gibi abartılı boyutlarda olmaz ki bu da sunucular için hayati öneme sahiptir. Eğer evinizde bir ağınız varsa ağdan kopyalanmakta olan bir dosyayı siz de kullanmaya çalıştığınızda bunu açıkça görebilirsiniz. SCSI hakkında detaylı bir yazımıza buradan ulaşabilirsiniz.
Monitörünüze yeteri kadar yakından bakarsanız görüntünün çok küçük noktalardan oluştuğunu görürsünüz. İşte bu noktlara görüntünün en küçük birimi olan piksel diyoruz. Her pikselin kendine ait renk ve yoğunluk bilgileri vardır. Daha genel bir tanımla piksel için ekranın bağımsız olarak kontrol edilebilir en küçük parçası olduğunu söyleyebiliriz. İşte bu piksellerden binlercesi bir araya gelerek ekrandaki görüntüyü oluşturuyor.
Çözünürlük
Çözünürlüğün görüntü kalitesini belirleyen en önemli faktör olduğunu söyleyebiliriz. Çözünürlük, ekrandaki görüntünün kaç pikselden oluşacağını belirler ve yatay ve dikey piksel cinsinden belirtilir (800x600,1024x768 gibi). Çözünürlük arttıkça görüntü birbirinden bağımsız olarak kontrol edilebilen daha çok pikselden oluşur ve görüntü kalitesi de yükselir.
Windows 95 ile hayatımıza giren "scaleable screen objects" teknolojisi sayesinde çözünürlük arttıkça ekrandaki kullanılabilir alan da artar. Windows ekranında çözünürlük ne olursa ekrandaki nesneleri oluşturan piksel sayısı değişmez. Çözünürlük arttıkça pikseller de küçüleceği için nesneler daha az yer kaplar ve masaüstündeki kullanılabilir alan çözünürlükle doğru orantılı olarak artar.
Çözünürlük arttıkça yükselen görüntü kalitesinin de bir bedeli var tabi ki: Çözünürlük yüseldikçe kontrol edilmesi gereken piksel sayısı ve dolayısıyla da gerekli işlem gücü, ayrıca bu piksellerin bilgilerini tutmak için gerekli bellek miktarıyla onların transferi için gereken bellek bant genişliği artar. Bu yüzden de performans düşer. Kullanmak istediğiniz çözünürlüğü hem ekran kartınız desteklemeli, hem de monitörünüz fiziksel olarak gerekli sayıda pikseli ekranda oluşturabilmeli.
Renk Derinliği
Piksellerin kendilerine ait renklerinden bahsetmiştik, piksellerin alabileceği renkler kırmızı, yeşil ve maviden türetilir. İşte renk derinliği bu renklerin miktarını belirler. Renk derinliği ne kadar artarsa her pikselin alabileceği renk sayısı artar, renkler gerçeğe daha yakın olur.
Renk derinliği bit cinsinden belirtilir, işlemcilerle ilgili yazımızda bitlere kısaca değinmiştik. Her bit 1 ve 0 olarak iki değer alabilir. 8 bit kullanıldığında bu bitlerden 28 = 256 kombinasyon üretilir. Aynı şekilde 8 bit renk derinliğinde de her piksel için 256 renk kullanılabilir.
İnsan gözünü aldatıp ekrandaki görüntüyü gerçek gibi göstermek için kullanılan üç rengin de (kırmızı, yeşil ve mavi) 256`şar tonu gereklidir, bu da renk başına 8 bitten 24 bit yapar. Bu moda True Colour (Gerçek Renk) adı verilir. Fakat çoğu güncel ekran kartı görüntü belleğini kullanma yöntemleri yüzünden pikselleri bu modda göstermek için 32 bite ihtiyaç duyarlar. Kalan 8 bit alpha kanalı (piksellerin saydamlık bilgisini tutar) için kullanılır.
High Colour (16 bit) modunda ise yeşil için altı ve maviyle kırmızı için de beşer bit kullanılır. Yeşil için 64, maviyle kırmızı için de renk başına 32 farklı yoğunluk vardır bu modda. Renk kalitesinde 32 bite göre çok az fark olsa da piksel başına 4 yerine 2 byte (8 bit = 1 byte) hafıza gerekeceğinden 32 bite göre performans avantajı sağlar.
256 renk (8 bit) modu ilk duyuşta size renk fakiri izlenimi verebilir fakat renk paleti denen bir yöntemle bu 8 bit olabilecek en verimli şekilde kullanılarak renk kalitesi biraz arttırılır. Renk paletinin mantığı söyledir: Kullanılacak 256 renk gerçek renk modundaki 3 bytelık renklerden seçilir ve bu renklerden bir renk paleti oluşturulur. Her program ilgili paletteki 256 renkten istediğini seçip kullanabilir. Böylece örneğin kırmızı için iki, mavi ve yeşil için de üçer bit kullanılarak elde edilen renklerden daha canlı renkler elde edilebilir ve elimizdeki 8 bit en verimli şekilde kullanılmış olur.
En çok kullanılan üç renk modunu tanıdık, peki ekran kartımız üretemediği renklere ne yapıyor? Sistemimizin 256 renge ayarlı olduğunu fakat 16 bitlik bir resim dosyası açtığımızı varsayalım. Bu durumda hazırdaki renklerin değişik kombinasyonları kullanılarak üretilemeyen renge yakın bir renk oluşturulur ve bu renk üretilmesi gereken rengin yerine gösterilir. Buna dithering denir. Tabi ki dithering yöntemiyle elde edilmiş bir resmin kalitesi orjinal resme göre göre çok daha düşüktür.
Görüntü Arayüzleri
Önceleri ekrandaki piksellerin adreslenmesi için bir standart olmadığından üreticiler de programcılar da (dolayısıyla son kullanıcılar da) sorun yaşıyorlardı. Bu sorunu çözmek için üreticiler VESA (Video Electronics Standarts Association) adında video protokollerini standartlaştırmayı amaçlayan bir konsorsiyum oluşturdular. VGA ile beraber geriye uyumluluk da sağlanarak çözünürlük sürekli arttı. VGA öncesindekiler de dahil standartlara kısaca bir göz atalım:
MDA (Hercules): Monochrome Display Adapter, 1981 yılındaki ilk IBM PC`deki ekran kartı. Ekranda yerleri önceden belirlenmiş olan 256 özel karakteri gösterebilyordu sadece. 80 kolona 25 satırlık bir ekranda gösterebildiği yazı karakterlerinin boyutları da önceden belirlenmişti ve grafik görüntülemek mümkün değildi. IBM, bu kartlara ekstra slot masrafından
kurtulmak için bir de yazıcı bağlantı noktası eklemişti. CGA: Bu arayüzde ekran kartları RGB monitörlerle çalışıp ekranı piksel piksel kontrol edebiliyorlardı. 320x240 çözünürlüğündeki bir ekranda 16 renk üretilebiliyor fakat aynı anda bunlardan sadece 4 tanesi kullanılabiliyordu. 640x200`lük bir yüksek çözünürlük modu vardır ama bu modda sadece 2 renk gösterilebiliyordu. Görüntü kalitesi kötü olsa bile en azından grafik çizilebiliyordu. Zaman zaman piksellerin gidip gelmesi ve ekranda rastgele noktalar oluşmasına rağmen bu standart çok uzun bir süre kullanıldı. EGA: CGA`dan birkaç yıl sonra sırada Enhanced Graphics Adapter vardı. CGA ile VGA arasındaki bu kartlar 1984`ten IBM`in ilk PS/2 sistemlerini ürettiği 1987`ye kadar kullanıldı. EGA monitörle kullanıldığında üretilen 64 renkten aynı anda 16 tanesi kullanılabiliyordu. Yüksek çözünürlük ve monochrome modları da vardı ,ayrıca eski CGA ve monochrome monitörlerle de uyumluydu. Bu kartlardaki bir yenilik de bellek genişletme kartlarıydı. 64K bellekle satılan bu kartları bellek genişletme kartıyla 128K`ya upgrade etmek mümkündü. Ek olarak satılan IBM bellek kitiyle bir 128K daha eklemek de mümkündü. Sonraları bu kartlar standart olarak 256K bellekle üretilmeye başlandı. PGA: IBM`in 1984`te piyasaya sürdüğü Professional Graphics Array adını hitap ettiği pazardan alıyordu. 5000 dolara satılıyor ve entegre 8088 işlemcisiyle mühendislik ugulamarıyla diğer alanlardaki bilimsel çalışmalar için 640x480 çözünürlükte 256 renkte saniyede 60 kare hızla 3 boyutlu animasyonları çalıştırabiliyordu. Fiyatı yayılmasını engelledi ve fazla kullanılamadan piyasadan kalktı. MCGA: 1987`de piyasaya sürülen MultiColor Graphics Array standardındaki ekran kartları teknolojide büyük bir sıçrama yaparak VGA ve SVGA`ya kadar gelen bir gelişimi başlattı. IBM`in Model 25 ve Model 30 PS/2 PC`lerinde anakarta entegre halde geliyordu. Uygun bir IBM monitörle kullanıldığında bütün CGA modlarını da destekliyordu fakat TTL yerine analog sinyallerle çalıştığından daha önceki standartlarla uyumlu değildi. TTL (Transistor � to �Transistor Logic) mantığında voltaj seviyesine göre transistörler açılıp kapanır ve sadece 1 ve 0 değerleri oluşur bunu sonucunda. Analog sinyallerdeyse bu kısıtlama yoktur. Analog sinyalleşmenin de sağladığı avantajla MCGA arayüzüyle 256 renk üretilebiliyordu. Bu arayüzle beraber 9 pinlik monitör bağlantısından halen kullanılmakta olan 15 pinlik bağlantıya geçildi. 8514/A: IBM`in MCA veriyoluyla kullanmak için ortaya attığı bu arayüz zamanla yüksek tazeleme hızlarına çıktı. VGA ile aynı monitörü kullanmasına rağmen VGA`dan farklı çalışıyordu. Bilgisayar ekran kartına ne yapması gerektiğini söylüyordu ama ama ekran kartı onu nasıl yapacağını kendisi ayarlıyordu. Örneğin ekrana bir çember çizileceği zaman VGA`daki gibi işlemci görüntüyü piksel piksel hesaplayıp ekran kartına yollamıyordu. Bunun yerine ekran kartına çember çizileceğini söylüyordu ve ekran kartı da çemberi çizmek için piksel hesaplarını kendisi yapabiliyordu. Bu yüksek seviyeli komutlar standart VGA ile komutlarından çok farklıydı. Bu standart çıktığı zamanın daha ilerisindeydi ve VGA`dan daha kaliteli görüntü sonuyordu ama fazla destek bulamadığı için yayılma imkanı bulamadan piyasan kalktı. IBM üretimi durdurup aynı daha daha fazla renk gösterebilen XGA üzerine yoğunlaştı. XGA 1990`da piyasaya çıktıktan sınra MicroChannelplatformları için standart oldu. VGA: 2 Nisan 1987`de, MCGA ve 8514/A ile aynı günde IBM tarafından tanıtılan Video Graphics Array aradan sıyrılarak masaüstü için standart olmayı başardı. IBM yeni bilgisayarlarında bu chipleri anakarta entegre ederken eski bilgisayarlarda da kullanılabilmeleri için 8 bitlik bir arayüzle anakarta bağlanabilen bir ayrı bir kart halinde de geliştirdi. IBM üretimi durdurduktan sonra bile değişik firmalar üretime devam ettiler. VGA ile 262144 renklik bir paletten seçilen 256 renk aynı anda kullanılabiliyordu. 640x480`lik standart çözünürlükte aynı anda 16 renk gösterilebiliyordu. Ayrıca 64 renk gri tonlama ile siyah beyaz monitörlerde renk siğmilasyonu yapabiliyordu. SVGA: Super VGA ilk SVGA kartlardan güncel kartlara kadar çok fazla kartı kapsayan geniş bir standart. SVGA ile birlikte ekran kartları için aygıt sürücüsü kavramı ortaya çıktı. Kartların yanında verilen sürücülerle ilşetim sistemleri kartların tüm özelliklerini kullanabiliyorlardı. SVGA ile milyonlarca renk değişik çözünürlüklerde gösterilebiliyor fakat bunun sınırları karta ve üreticiye bağlı. SVGA değişik şirketler tarafından kullanılan ortak bir kavram olduğundan başlarda eski standartlar gibi çok katı sınırları yoktu. Bunun üzerine VESA bir SVGA standardı belirledi. VESA BIOS Extension adında standart bir arayüz belirlendi ve bu sayede programcılar her kart için ayrı kod yazma zahmetinden kurtuldular. Üreticiler bu arayüzü benimsemek istemediler ve başlarda kartların yanında verilen ve her boot işleminden sonra çalıştırılan bir programla kartlarını bu BIOS uzantılarıyla uyumlu hale getirdiler fakat sonunda bunu kartların BIOS`larına entegre ettiler. SVGA ile 800x600 çözünürlüğe çıkıldı.
SVGA'dan sonra IBM XGA ile 1024x768 çözünürlüğe geçerken sonraki basamak olan 1280x1024`e de bir VESA standardı olan SXGA ile geçildi. Sonra da UXGA ile de 1600x1200 çöznürlüğe geçildi. Çözünürlükteki 4:3 oranı sadece SXGA ile bozuldu, bu standartta oran 5:4`tür.
Bir ekran kartı temel olarak 3 bileşenden oluşur: Grafik işlemcisi, bellek ve RAMDAC.
* Grafik İşlemcisi: Güncel kartlar için grafik işlemcisi görüntü hesaplamalarını yapmak için ekran kartının üzerine oturtulmuş bir CPU`dur dersek yanlış olmaz. Son zamanlarda grafik işlemcileri yapı ve karmaşıklık bakımından CPU`ları solladılar ve işlev bakımından da görüntü üzerine yoğunlaşmış bir CPU niteliğine kavuştular. CPU`ya neredeyse hiç yük bindirmeden üç boyutlu işlemcleri tek başlarına tamamlayabiliyorlar artık. Bu yüzden de güncel grafik işlemcileri GPU (Graphics Processing Unit - Grafik İşlemci Birimi) adıyla anılıyorlar.
* Görüntü Belleği: Ekran kartının üzerinde bulunur ve görüntü hesaplamalarıyla ilgili veriler burada saklanır. Sisteminizdeki ana bellek gibi çalışır, yalnız burada bu belleğin muhattabı CPU değil görüntü işlemcisidir. Önceleri ekran kartlarının ayrı bellekleri yoktu fakat görüntü işlemcileri hızlanıp geliştikçe ekran kartları sistemden yavaş yavaş bağımsızlıklarını ilan etmeye başladılar. Bellek miktarı kadar ekran kartının sıkıştırma algoritmalarıyla bu belleği ne kadar verimli kullanabildiği de önemlidir.
* RAMDAC: Monitörlerdeki analog sinyallerden bahsetmiştik, işte RAMDAC (RAM Dijital-to-Analog Converter) görüntü belleğindeki verileri analog RGB (Red Green Blue, monitörde renklerin bu üç renkten türetildiğini yazmıştık) sinyallerine çevirerek monitör çıkışına verir. Monitörde kullanılan üç ana renk için de birer RAMDAC ünitesi vardır ve bunlar her saniye belirli bir sayıda görüntü belleğini tarayıp oradaki verileri analog sinyallere dönüştürürler. RAMDAC`in bu işlemi ne kadar hızlı yapabildiği ekran tazeleme hızını belirler. Bu hız Hz cinsinden belirtilir ve ekrandaki görüntünün saniyede kaç kere yenilendiğini gösterir. Örneğin monitörünüz 60 Hz`te çalışıyorsa gördüğünüz görüntü saniyede 60 kere yenilenir. Ekran tazeleme hızını mümkün olduğu kadar 85 Hz`in altına çekmemenizi öneririm, daha düşük tazeleme hızları göz sağlığınız için zararlı olabilir. Tabi bu gözünüzün ne kadar hassas olduğuna da bağlı, bazı gözler 75 ve 85 Hz arasındaki farkı hissedemezken bazıları ilk bakışta bunu anlayabilir. RAMDAC`in iç yapısı ve özellikleri hangi çözünürlükte ne kadar rengin gösterilebileceğini de belirler.
LCD ekranlar yapıları gereği dijtal olduklarından RAMDAC`ten değil de direk görüntü belleğinden görüntü bilgisini alıp kullanabilirler. Bunun için DVI (Digital Video Interface) adında özel bir bağlantı kullanırlar. Bu konuya ileride "Monitörler Nasıl Çalışır?" yazısında detaylı olarak değineceğiz.
* BIOS: Ekran kartlarının da birer BIOS'ları vardır. Burada ekran kartının çalışma parametreleri, temel sistem fontları kayıtlıdır. Ayrıca bu BIOS sistem açılırken ekran kartına ve onun belleğine de küçük bir test yapar.
PC'lerimizdeki bellekler, sistemde yer alan işlemci ve grafik kartları gibi veri yaratan ve işleyen birimlerin ortaya çıkardığı verilerin uzun ya da kısa süreli olarak saklandığı işlevsel birimlerdir. Sabit disk sürücüler, sistem RAM'leri, işlemcilerin içindeki cache diye tabir edilen bellekler, BIOS'un saklandığı EPROM'lar, grafik kartlarının üzerindeki RAM'ler, CD'ler, disketler v.s. hepsi PC'lerde yer alan bellek türleridir.
Bellek kavramı bu derece geniş bir konu olmasına rağmen bu yazıda konumuz olan bir çoğumuzun oldukça aşina olduğu, hep daha fazla olmasını hayal ettiğimiz ve hatta yeri geldiğinde overclock denemelerimize bile dahil ettiğimiz sistem RAM'i denilen bellekler. Peki RAM ne demek? RAM, İngilizcesi Random Access Memory, Türkçesiyle Rastgele Erişilebilir Bellek kelimelerinin başharflerinden oluşan bir kısaltma. Bu noktada, belleklerin RAM'ler ve Sadece Okunabilir Bellekler yani ROM'lar (Read Only Memory) şeklinde sınıflandırıldığını hatırlatmak isteriz. RAM'ler veriyi saklamak için beslemeye yani elektrik enerjisine ihtiyaç duyduğu halde ROM'lar besleme olmasa bile veriyi saklayabilirler. Ayrıca, ROM'lar genellikle, kısaltmanın açılımından da anlaşıldığı gibi sadece okuma amacıyla kullanılırlar. Üzerlerinde saklı verinin kullanıcı tarafından kolayca değiştirilmemesi hedeflenir.
RAM'lerin en başta gelen özelliklerinden birisi � ki RAM ismini almalarından sorumlu olan da budur - sakladıkları verilere manyetik teyplerdeki ya da CD-ROM�lardaki sıralı erişimin aksine, sırasız ve hızlı bir şekilde rastgele erişime imkan vermeleridir. Erişimde sağladıkları hız, RAM'lerin sistemde bu denli önemli ve performansı belirleyici olmalarında en önde gelen etkendir. Veri barındırma kapasiteleri ve hız konusunda, merkezi işlemci üzerindeki düşük kapasiteli ancak çok hızlı bir RAM olan cache belleklerle, kapasiteleri günümüzde inanılmaz boyutlara ulaşmış olan sabit disk sürücüler arasında yer alırlar ve bir çeşit tampon görevi görürler. İşletim sistemi, sabit sürücünün yavaşlığını gizlemek amacıyla, yakın gelecekte ihtiyaç duyulabilecek veriyi henüz ihtiyaç durumu ortaya çıkmadan sabit diskten sistem RAM'leri üzerine yükler ve gerektiğinde hızlı bir şekilde işlemcideki cache belleğe iletilmesini sağlar.
RAM'lerin sistem içindeki yerlerini tanımladıktan sonra simdi de teknolojinin ve erişim protokollerinin ortaya çıkardığı RAM türlerini inceleyelim.
RAM Çeşitleri
RAM'lerin, fiziksel yapıları ve çalışma prensipleri itibariyle mikroişlemcilerden hiç bir farkı yok. Tıpkı mikroişlemciler gibi, silikon üzerine işlenmiş çok sayıda transistörün, bu defa ağırlıklı olarak veri erişiminin kontrolü ve verinin saklanmasıyla ilgili belli işlevleri yerine getirmek amacıyla birbirine bağlanmasıyla ortaya çıkmış ve nispeten daha az karmaşık olan elektronik yapılar. Bu yüzden mikroişlemci teknolojileriyle RAM teknolojilerini ilgilendiren konular tamamıyla ortak. RAM teknoljilerini süren hedef, mikroişlemcilerde olduğu gibi, daha küçük transistörler üretmek, bu sayede aynı büyüklükte bir silikon parçasına daha fazla transistör yani daha fazla işlev sığdırmak ve silikonun daha hızlı çalışmasını sağlamaktır. Bu amaca ulaşma yolunda karşılaşılan engellerin çoğu üretim teknolojilerindeki gelişmelerle aşılmakta olup geri kalan kısım ise geliştirilen daha akıllı algoritmalar ve protokollerle çözülüyor. İşte RAM türlerini bu protokoller belirliyor.
Dizüstü PC�lerde kullanılan SO-DIMMMasaüstü PC'lerdi kullanılan DIMM
Çoğumuz, SDR-RAM, DDR-RAM, DDR II RAM, RDRAM ve hatta artık mazi de kalmış olsa da EDO RAM gibi kısaltmaları duymuşuzdur. Bu kısaltmalar, RAM'e erişmek, yani RAM'den veri okumak ya da RAM'e veri yazmak için kullanılan protokol hakkında bize bilgi verir. Örnek olarak, günümüzde en popüler RAM türü olan DDR bellekleri verebiliriz. Buradaki DDR (Double Data Rate) kısaltması, çift veri hızlı bellekler anlamında kullanılıyor. Bir önceki nesil bellek türlerine isim veren SDR (Single Data Rate) kısaltması ise tek veri hızlı RAM'leri simgeliyor. Bu kısaltmaları daha detaylı açıklayabilmek için sonraki bölümlerde değineceğimiz bazı kavramları anlamak gerekiyor. Bu noktada, ön bilgi olarak söyleyebileceğimiz, DDR ve SDR kavramlarının senkron olarak çalışan, yani veri akışının bir saat işaretiyle düzende tutulduğu tip RAM'lerde, bir saat periyodu içinde gerçekleşen veri akış hızını belirttikleri olacaktır. RD-RAM ise RAMBUS firması tarafından geliştirilen RAMBUS veriyolu üzerinde çalışan, bazı yönlerden DDR'a benzeyen, İngilizce'deki 'RAMBUS Direct' kelimelerinin baş harflerinden ismini alan bir RAM türüdür.
Çalışma Prensipleri
Anakartlarımızdaki bellek soketlerine yerleştirdiğimiz baskı devreleri, anakarta bağlandıkları veri yolunun genişliğine göre DIMM (Dual Inline Memory Module) ve SIMM (Single Inline Memory Module) gibi kısaltmalarla adlandırıyoruz; sanırız bunun da haklı bir sebebi var (!). Bugünlerde en popüler olanı, üzerinde genellikle bant genişliği yüksek ve dolayısıyla daha geniş veriyoluna ihtiyaç duyan DDR bellek yongalarını barındıran DIMM'ler. Dizüstü bilgisayarlarda kullanılan DIMM'ler fazla yer kaplamamaları için küçük olduklarından SO-DIMM (Small Outline Dual Inline Memory Module) yani küçük izdüşümlü RAM adını alıyorlar. DIMM�lere baktığımızda, genellikle 4,8 ya da 16 gibi belli sayılarda bellek yongaları, dirençler ve kondansatörlerin yanısıra SPD (****** Presence Detect) denilen bir ROM yongası bulunduğunu görebiliriz.
DIMM üzerindeki bellek yongaları (büyük olanlar) ve SPD yongası (sol alt köşe)
SPD yongası üzerinde, yazımızın ilerleyen bölümlerinde daha detaylı değineceğimiz, baskı devre üzerindeki bellek yongalarıyla ilgili çeşitli parametreler saklanır. Bu parametrelerin zamanlamayla ilgili olanları (örn. CAS gecikmesi), üretimden sonra yapılan perfromans testleri sonucunda modülün kararlı olarak çalışabileceği en üst performansı gerçekleyecek şekilde belirlenir ve SPD üzerine işlenir. Bellek modülü anakarta yerleştirildikten sonra, SPD üzerindeki bu parametreler boot esnasında BIOS tarafından okunur ve sistemin bellek kontrolüyle ilgili kısımları (yonga seti) gerektiği şekilde haberdar edilir, böylece bellekle olan iletişim sağlanmış olur. Bellek modülünün üreticisi olan firmanın kodu, modülün üretim tarihi, seri numaralrı, bellek yongalarının kapasiteleri ve erişimleriyle ilgili bilgiler SPD yongasında saklanan diğer bilgiler arasında yer alır.
Bizi ilgilendiren asıl kısım ise bellek yongaları. Bunlar, tıpkı mikroişlemciler gibi, kılıflanmış tümleşik devreler. Üretim teknolojisi yani transistörlerin minyatürleştirilmesi bakımından bazı durumlarda işlemcilerden bir nesil önde gidenlerine rastlamak bile mümkün. Yonga üzerinde yer alan ve milyonlarcasının bir araya gelerek bellek dizisini oluşturduğu temel yapı, verinin en temel hali olan bir bitlik veriyi yani ikilik düzendeki 0 veya 1 bilgisini saklamakla sorumlu RAM hücresidir. Bir yongada bu hücreden milyonlarcası kullanıldığından, tasarım ve üretimde çalışan mühendisleri meşgul tutan ve para kazanmalarını sağlayan konuların başında bu bellek hücresini en az yer kaplayacak, en az fireyle en verimli şekilde üretilebilecek şekilde tasarlamak yer alır.
Bellek yongasının nasıl çalıştığını anlamak için önce bu tümdevrenin yapısını inceleyelim. Elimizde bir bellek dizini var. Bu dizini belli sayıda satır ve sütünlardan oluşan iki boyutlu bir tablo olarak düşünebiliriz. Tablomuzun yapıtaşları ise bahsettiğimiz RAM hücreleri. Bu tablo üzerindeki herhangi bir hücreye erişmek (yazmak ya da okumak) için o hücrenin tablodaki konumunu, yani, hangi satır ve sütünun kesişim noktasında bulunduğunu vermemiz gerekir. Bu konum bilgisine adres diyoruz. Erişimi kolaylaştırmak için genelde bellek tablomuz yonga üzerinde daha küçük alt tablolara bölünmüştür. Bu alt tablolara banka (bank) deniyor. Günümüzde bellek yongaları genelde 4 bankalı olarak tasarlanıyor. Kısaca, adresimiz satır ve sütün numaralarının yanısıra bir banka numarasını da içeriyor. Bu sayede bellek yongası hangi bankanın kaçıncı satırındaki kaçıncı sütunundaki hücreye erişim yapılmak istendiğini biliyor. İşlemcilerin belleğe erişirken kullandığı en küçük veri birimi tek bir bit yerine 8 bitten oluşan bayt (byte)'tır. Bu yüzden bellek yongalarında erişilebilen en küçük veri birimi de byte olarak düzenlenmiştir. Böylece bellek tablomuz satır, sütun ve banka adres bilgileriyle erişilen byte'lardan oluşuyor. Diğer bir deyişle bir byte'ı oluşturan ve tablomuzda yanyana konumlanmış olan 8 RAM hücresi aynı anda okunuyor ya da yazılıyor. Bu aslında gerçekte olanın basitleştirilmiş hali. Kullandığımız bellek modüllerinde anakarta bağlantıyı sağlayan veri yolunun genişliği göze önüne alındığında - ki bu DIMMlerde 128 bittir - aynı anda çok sayıda byte okumak mümkün (128bit/8bit=16 byte).
Sanıyorum ki bu noktada bir bankanın yapısını ve nasıl işlediğini incelemek yerinde olacaktır. Bu kısımda günümüzde en popüler olan SDR-RAM ve DDR-RAM bellek tiplerinin temel çalışma prensibi olan dinamik RAM nasıl çalışır hep birlikte göreceğiz. Bahsettiğimiz gibi, banka, esas olarak belli sayıda satır ve sütunlardan oluşan bir byte tablosu. Bu tablodan byte'larımızı okumak için satır ve sütun numarasını yani adresini vermemiz yeterli. Simdi byte�larımızı oluşturan bitlerimize yani RAM hücrelerimize döndüğümüzde nasıl oluyor da bu hücrelerde saklanan veri ile dışarı dünya arasında iletişim sağlanıyor biraz daha yakından bakalım.
RAM hücremizi dışarıya bir vanayla bağlı olan bir hazne olarak düşünelim. Verimizi yani hücrelerde saklanan 0 veya 1 değerlerinden birini saklayan bitlerimizi de haznemizin boş ya da dolu olma durumu olarak, suyu ise yine aktığını varsayabileceğimiz elektriksel yük yani elektronlar olarak modelleyelim. Buna modele göre, RAM hücrelerimiz, yani küçük su hazneciklerimiz, saklayacakları veri 0 ise boş, 1 ise dolu oluyor. Bellek tablomuzda bir sütunda yer alan yani dikey olarak komşu olan haznelerin tümü ortak bir boruya bağlı. Her sütunda bulunan bu ortak borunun elektronikteki karşılığı bit hattı. Bit hattına her okuma veya yazma işleminden önce ayrı bir vana üzerinden su dolduruluyor. Buna birazdan daha detaylı deyineceğiz. Bu boruların bir ucunda, borudaki su seviyesini algılayan algı yükselticisi denilen birimler bulunuyor. Erişim sırasında, önce adresin gösterdiği satırdaki bütün hazneleri bulundukları sütunlardaki ana boruya bağlayan küçük vanalar aynı anda açılıyor ve tüm satırın sakladığı veri okunuyor. Sıra geliyor bu satırın hangi sütununun ayıklanacağına. Bunun için, bir kısmı satırla ilgili işlemlere eş zamanlı olarak, adresin gösterdiği sütun numarası çözümleniyor, o sütuna ait byte�ın algılayıcılarına algıla komutu veriliyor ve o byte okunmuş oluyor.
Hazne 0 mı yoksa 1 mi saklıyor bilmek istediğimizde, yani hücremizi okumak istediğimizde, haznemizi bit hattına bağlayan vanasını açıyoruz. Haznemiz boş ise önceden ağzına kadar suyla dolu olan borudaki (bit hattı) suyun haznemizin alabileceği kadar kısmı haznemizin içine doluyor ve ana borumuzdaki su biraz eksiliyor. Bit hattımızın ucunda yer alan su seviyesi algılayıcısı (algı yükselticisi), boru tamamen su doluysa 1, bir hazne kadar su eksilmişse 0 veriyor. Her sütunun altında o sütunun ana borusuna bağlı bir algılayıcı yer alıyor. Tekrar okuma işlemine geri dönersek, haznemiz okuma öncesi haznemiz boş ise yani 0 saklıyorsa vanası açıldığında ana borudaki su içine doluyor, ana borudaki su seviyesi düşüyor ve algılayıcımız 0 veriyor yani hücremizde saklanan veriyi doğru olarak dışarı aktarıyor. Haznemiz okuma öncesi zaten dolu ise (1 saklanıyorsa) haznemizin vanası açıldığında hiçbir su akışı olmuyor ve algılayıcımız dışarıya 1 değerini doğru olarak iletiyor. Bu noktada önemli bir konuyu açıklamak gerekiyor ki eminim bazı okuyucularımızın dikkatinden kaçmamıştır. Haznemiz 0 saklıyorsa yani boşsa, okuma işleminden sonra içine su doluyor, dolayısıyla içeriği bozuluyor ve bir anda 1 saklıyormuş durumuna geliyor. Aynı olay 1 saklama durumunda gerçekleşmiyor. Peki bu pratikte nasıl engelleniyor? Unutmayalım ki amacımız hazneyi, içeriğini bozmadan okuyabilmek. Basit bir fikir olarak, okuma işleminden sonra algılayıcımızın algıladığı değeri hücremize tekrar yazmak aklımıza gelebilir ancak bu performans açısından büyük kayıp olur. Düşünsenize, 0 olan her bit için her okuma sonrası bir de yazma işlemi için bekle. Gerçekte olay çok daha basit: Haznemiz ana borudaki suyun içine akmasına izin veriyor ancak bu suyu içinde saklamıyor, bunun yerine bir bakıma kanalizasyon diye nitelendirecegimiz çok daha büyük ve bellekteki her hazne tarafından paylaşılan başka bir hazneye başka bir kanalla boşaltıyor. Hücremizi kanalizasyona bağlayan kanal yine bir vana tarafından kontrol ediliyor. Haznemiz doluyken, kendi içindeki bir geri beslemeyle bu vana kapalı tutuluyor ve böylece hazneden kanalizasyona su kaçışı engelleniyor. Hazne boşken ise bu vana açılıyor. Bu kanalizasyonun elektronikteki karşılığı toprak. Böylece boşsa yine boş kalarak ama yapması gerektiği gibi bağlı olduğu sütunun bit hattındaki yani ana borusundaki suyun seviyesini azaltarak sakladığı verinin algılayıcı tarafından doğru olarak algılanmasını sağlıyor.
Okuma işlemini biraz olsun açıklığa kavuşturduktan sonra bakalım yazma işlemi nasıl gerçekleşiyor. Yazma işleminde amacımız haznemizin içeriğini gereken durumlarda değiştirmek. Gereken durumlardan kastettiğimiz, hücremize yazmak istediğimiz değer, hücremizin hali hazırda sakladığıyla aynıysa, herhangi bir değişikliğe gerek olmaması. Mekanizma, okumayla hemen hemen aynı. Yazma işlemi öncesi tıpkı okumada olduğu gibi sütuna ait ana boru suyla dolduruluyor. Bunun yapılma sebebi, önceden gerçekleşmiş bir yazma veya okuma işlemi nedeniyle ana borudaki su seviyesinde azalma olduysa bu eksiği tamamlamak, çünkü gördüğümüz gibi bu temel çalışma prensiplerinden birisi. Yazma işlemi sırasında istenilen hücrenin (haznenin) vanası açılıyor ve yazmak istediğimiz verinin 0 ya da 1 olmasına göre algılayıcıların bulunduğu ucundan ya haznenin bağlı bulunduğu sütundaki ana borudan yüksek basınçla su emiliyor (0) ya da boruya yüksek basınçta su basılıyor (1). Haznemiz boşsa vanası açılınca bir ucundan zaten ana borudan su emildiği için yine boş kalıyor, içine su dolmuyor. Aynı şekilde haznemiz doluysa ve 1 yazılmak isteniyorsa boruya basınçlı bir şekilde su basıldığı için haznemiz yazma işlemi sırasında yine dolu kalıyor. Öte yandan, haznemiz boş ise ve 1 yazılacaksa, yani dolması isteniyorsa, vanası açıldığında ana borudaki basınçlı su, hücrenin kanalizasyona olan su akışını bastırarak dolmasını sağlıyor ve hazne dolunca da geri besleme mekanizmasıya kanalizasyona açılan vana kapanıyor, haznemiz dolu kalıyor ve böylece sakladığı yeni veri 1 olarak değişmiş oluyor. Benzer şekilde, haznemiz dolu ise ve 0 yazılmak yani boşaltılmak isteniyorsa, yazma işlemi sırasında borunun ucundan basınçla su emiliyor, haznemizin vanası açıldığında emme gücüyle dolu olan haznemizdeki su da ana boruya çekilerek emiliyor. Hazne boşaldığında kanalizasyona olan bağlantı da boşalma işlemine destek olarak açılıyor ve işlem sonunda ana boruya bağlantı vanası kapandığımnda hücremiz boş olarak yeni verisi olan 0'ı saklamış oluyor.
Bir seviye üste çıktığımızda, bankaların ortak bir veri hattına birarada bağlanmasıyla ana bellek tablomuzun oluştuğunu görürüz. Bellek tablosunun yanında, adreste gösterilen banka numarasını çözen, yongayı gerektiğinde güç tasarrufu gibi nedenlerle kapatıp açılmasını, belirli komutların çalıştırılmasını kontrol eden kontrol yazmaçları (mode register) ve saat sinyalinin alınıp bankalara dağıtılmasını sağlayan sürücü devreleri bellek yongasını oluşturur.
Modem kelimesi, MOdulator-DEModulator kelimelerinin birlesiminden olusmustur. Genellikle telefon hatti üzerinden sayisal (digital) verilerin transferinde kullanilir.
Veri gönderen modem, sayisal veriyi telefon hattiyla uyumlu analog sinyallere dönüstürür, bu isleme modülasyon denir. Veri alan modem ise analog isaretleri tekrardan sayisal veriye çevirir bu isleme de demodülasyon denir. Kablosuz modemler ise sayisal verileri radyo sinyallerine dönüstürür.
Modemler, 1960’li yillardan itibaren terminallerin ana bilgisayarlara telefon hatti üzerinden baglanmasi amaciyla kullanilmaya baslamistir.
Yukaridaki sistemde, merkez disinda bulunan aptal terminal telefon hatti üzerinden yaklasik 300 bps (bit per second-saniye basina bit sayisi) hizindaki modemi kullanarak ana bilgisayardan veri alip veri göndermektedir. Tabi ki günümüzde durum bundan çok farklidir.
300 bps insanlara uzunca bir süre yetti çünkü saniyede yaklasik 30 karakter transfer edilebiliyordu (bir kisi zaten saniyede 30 karakter yazamaz . Insanlar BBS’lerden büyük programlar ve resimler alip göndermeye baslayinca, 300 bps yetersiz kalmistir.
* 300 bps – 1960’lardan 1983’lere kadar * 1200 bps – 1984 ve 1985 te popülerlik kazandi * 2400 bps * 9600 bps – 1990 larda ortaya çikti * 19.2 kilobit * 28.8 Kbps * 33.6 Kbps * 56 Kbps - 1998 de standart haline geldi * ADSL, teorik olarak saniyede 8 mbit’e varan veri transferi (Mbps)
MODEM NASIL ÇALISIR? 300 bps modemleri anlatarak baslayalim çünkü bu modemlerin anlasilmasi çok kolaydir. Bu modem sayisal veriyi telefon hatti üzerinden göndermek için Frequency Shift Keying (FSK) yani frekans kaymali anahtarlama teknigini kullanir. Bu metotta farkli bit’leri ifade etmek için farkli tinilar yani frekanslar kullanilir.
Bir terminal modem, bilgisayar modemini aradigi zaman, baslangiç modemi olarak adlandirilir ve 0 (sifir) için 1070 hertz frekans, 1 (bir) için 1270 hertz frekans kullanir. Bilgisayar modemine cevaplayan modem denir ve 0 (sifir) için 2025 hertz frekans, 1 (bir) için 2225 hertz frekans kullanarak verileri alir. Çünkü baslangiç ve cevaplayan modemler farkli frekanslar ile iletim yaparlar ve hatti es zamanli olarak kullanirlar. Buna full-duplex islem denir. Sadece tek yönlü veri ileten modemlere half-duplex denir ve pek yaygin degildir.
Iki tane 300 bps modemin birbirine baglandigini düsünelim. Terminaldeki kullanici “a” harfini girdiginde bu harfin ASCII karsiligi 97’dir, bilgisayar bu sayiyi ikilik sisteme çevirir 01100001. Terminalin içindeki UART cihazi (universal asynchronous receiver/transmitter – evrensel asenkron alici/verici) byte’lari bit’e çevirerek terminalin içindeki seri port olarakta bilinen RS-232 port’una yollar. Terminalin modemi RS-232 port’una baglidir ve bit’leri alarak telefon hatti üzerinden yollar.
DAHA HIZLI MODEMLER Modem üreticileri, modemleri daha hizli hale getirmek için FSK’dan daha karmasik ve gelismis yöntemler kullanmak zorundaydilar. Ilk önce phase-shift keying (PSK)’i kullandilar. Daha sonra quadrature amplitude modulation (QAM) teknigini kullandilar. Bu teknikler, 3000 hertz bant genisligine sahip telefon hatti üzerinden çok büyük hizlarda veri aktarimina izin vermistir. 56K modemler en iyi hatlarda bile 48K civarinda baglanarak bu teknigin limitlerine ulasmistir. Bu hizli modemler gradual degradation teknigini kullanarak, veri göndermeden önce telefon hattini test ederler ve eger telefon hatti modemin hizina yetisemeyecekse modemin hizini düsürürler.
Modemlerin evrimindeki bir sonraki adim asymmetric digital subscriber line (ADSL) ile olmustur. Asymetric (asimetrik) kelimesinin kullanim sebebi bu modemlerin veriyi çok hizli olarak tek bir yönlü degil bir çok yönde göndermesidir. ADSL modemlerin avantaji, kullanici ile telefon sirketi arasindaki mevcut bakir telefon hatlarini kullanmasidir. Bakir teller ses iletimi için yeterli olan 3000 hertz’ten fazlasini tasiyabilir. Eger telefon sirketiyle eviniz ADSL modeme sahipse, aranizdaki telefon hatti çok hizli bir dijital veri iletim hattina dönüsür. Ideal sartlarda 1 Mbps veri gönderme, 8 Mbps veri alma hizina sahiptir. Ayni hat ayni anda hem telefon görüsmesi hem de dijital veri iletimi için kullanilir.
ADSL modemin çalisma prensibi basit bir yapidadir. Telefon hattinin 24000 hertz ile 1100000 hertz arasindaki bant genisligi, 4000 hertz’lik bölümlere ayrilmistir ve her bir bölüme bir sanal modem atanmistir. Bu 249 sanal modemin her biri kendine ayrilan bant bölümü kullanarak iletim yapar ve bu sanal modemlerin hizlarinin toplami o hattin toplam hizi demektir.
CPU'nun (Central Processing Unit, Merkezi İşlem Birimi), bilgisayarlarımızın temel parçası olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz. Bir sistemdeki herhangibir parça ne işe yararsa yarasın mutlaka işlemciye (yazının daha başı ama kalan bölümde CPU yerine hepimizin kullandığı işlemci kelimesini kullanacağım) bağımlı olarak çalışır. Klavyedeki tuşlara her basışınız, yaptığınız her fare hareketi bile bir şekilde işlemciye uğrar. Kullandığınız işlemci, herşeyden önce sisteminizin performansını ve kullanabileceğiniz işletim sistemlerini belirler. Hatta çoğumuz bilgisayar alırken ilk önce işlemciyi belirleriz. Şimdi AMD - Intel savaşını (çok istediğinizi biliyorum ama bu yazının amacına pek uygun değil) bir yana bırakıp işlemcilerin nasıl çalıştığına bir göz atalım.
Mantık Kapıları ve Boolean Mantığı
Hangi işlemciyi kullanırsanız kullanın çalışma prensibi aynıdır: Bir işlemci elektriksel sinyalleri 0 ve 1 (ikili sistemle çalışan bilgisayarlarımız için anlamlı olan tek değerler) şeklinde alır ve verilen komuta göre bunları değiştirerek sonucu yine 0'lardan ve 1'lerden oluşan çıktılar halinde verir. Sinyal yollandığı zaman ilgili hatta bulunan voltaj o sinyalin değerini verir. Örneğin 3.3 voltla çalışan bir sistemde 3.3 voltluk bir sinyal 1, 0 voltluk bir sinyal de 0 değerini üretir.
İşlemciler aldıkları sinyallere göre karar verip çıktı oluştururlar. Karar verme işlemi her biri en az bir transistörden oluşan mantık kapılarında yapılır. Transistörler, girişlerine uygulanan akım kombinasyolarına göre devreyi açıp kapayabilen ve bu sayede de elektronik bir anahtar görevi gören yarıiletken devre elemanlarıdır. Modern işlemcilerde bu transistörlerden milyonlarca tanesi aynı anda çalışarak çok karmaşık mantık hesaplarını yapabilirler. Mantık kapıları karar verirken (yani akımın geçip geçmeyeceğini belirlerken) Boolean Mantığı'nı kullanırlar. Temel Boolean operatörleri AND (ve), OR (veya) ve NOT'tır (değil). Bu temel operatörlerle birlikte bunların değişik kombinasyonları kullanılır, NAND (not AND) gibi.
Bir AND kapısının 1 değerini verebilmesi (yani akımı iletebilmesi için) iki girişindeki değerin de 1 olması (yani iki girişinde de akım olması) gerekir. Aksi takdirde 0 değerini verecek; yani akımı iletmeyecektir. OR kapısında ise akımın iletilmesi için girişlerin ikisinde de akım olmalı veya ikisinde de akım olmamalıdır. NOT kapısı ise girşindeki değerin terisini çıkışına verir.
OR Kapısı
A B Q 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1
AND Kapısı
A B Q 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1
NOT Kapısı
A Q 0 1 1 0
NAND kapıları çok kullanışlıdır, çünkü bu kapılar sadece iki transistör kullanarak üç transistörlü AND kapılarından daha fazla işlevsellik sağlarlar.
NAND Kapısı
A B Q 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0
Bunların yanında NOR (not OR), XOR (eXclusive OR) ve XNOR (eXclusive not OR) gibi değişik kapıların değişik kombinasyonlarından oluşan ve çok daha farklı aritmetik ve mantık işlemleri için kullanılan kapılar vardır.
Bu mantık kapıları dijital anahtarlarla beraber çalışırlar. Oda boyutundaki bilgisayarların zamanında bunlar bildiğimiz fiziksel anahtarlardı fakat günümüzde MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) denen bir çeşit transistör kullanılır. Bu transistörün basit ama hayati öneme sahip bir görevi vardır: Voltaj uygulandığında devreyi açarak veya kapatarak tepki verir. Genel olarak kullanılan MOSFET türü, üst sınırda veya ona yakın voltaja sebep olan bir akım uygulandığında devreyi açar, uygulanan voltaj 0'a yaklaşınca da devreyi kapatır. Bir programın verdiği komutlara göre milyonlarca MOSFET aynı anda çalışarak gerekli sonucu bulmak için akımı gerekli mantık kapılarına yönlendirir. Her mantık kapısı bir veya daha fazla transistör içerir ve her transistör akımı öyle kontrol eder ki, sonuçta devre kapalıyken açılır, açıkken kapanır veya mevcut durumunu korur.
AND ve OR kapılarının şemalarına bakarak nasıl çalıştıkları hakkında fikir sahibi olabiliriz. Bu iki kapıda iki sinyal alıp onlardan bir sinyal üretir. AND kapısından akım geçmesi için girişlerine uygulanan sinyallerinin ikisinin düşük de voltajlı (0) veya ikisinin de yüksek voltajlı (1) olması gerekir. OR kapısında ise giriş sinyallerinden birinin değerinin 1 olması yeterlidir akımın geçmesi için.
Her girişteki elektrik akışını o girişin transistörü belirler. Bu transistörler devrelerden bağımsız ayrı elemanlar değillerdir. Çok miktarda transistör yarı-iletken bir maddenin (çoğu zaman silikonun) üzerine yerleştirilip kablolar ve dış bağlantılar olmadan birbirine bağlanır. Bu yapılara entegre devre denir ve ancak bu entegre devreler sayesinde karmaşık mikroişlemci tasarımları yapılabilir.
Güncel işlemciler mikroskobik boyuttaki transistörlerin dirençler, kondansatörler ve diyotlarla bir araya getirilmesinden oluşan milyonlarca karmaşık mantık kapısından oluşur. Mantık kapıları entegre devreleri oluştururken entegre devreler de elektronik sistemleri oluşturur.
CISC ve RISC Kavramları
Yıllar geçtikçe iki işlemci ailesi piyasaya hakim olmaya başladı: Intel Pentium ve Motorola PowerPC. Bu iki işlemci aynı zamanda uzun yıllar boyunca kullanılacak ve günümüze kadar değişmeyecek iki farklı mimariye sahiplerdi.
CISC (Complex Instruction Set Computer), geleneksel bilgisayar mimarisidir. İşlemci kendi üzerinde bulunan microcode adlı minyatür bir yazılımı kullanarak komut setlerini çalıştırır. Bu sayede komut setleri değişik uzunluklarda olabilir ve bütün adresleme modellerini kullanabilirler. Bunun dezavantajı çalışmak için daha karmaşık bir devre tasarımına ihtiyaç duyulmasıdır.
İşlemci üreticileri daha komlpleks (ve güçlü) işlemciler üretmek için sürekli daha büyük komut setleri kullandılar. 1974 yılında IBM'den John Cocke bir çipin daha az komutla çalışabilmesi gerektiğini düşündü ve ortaya sadece sınırlı sayıda komut setleri kullanabilen RISC (Reduced Instruction Set Computer) mimarisi çıktı. Bu mimaride komutların uzunluğu sabittir ve bu yüzden de direk olmayan adresleme modu kullanılamaz. Sadece tek bir saat döngüsünde veya daha az sürede çalıştırabilecek komutlar işleme konabilir. RISC işlemcilerin en büyük avantajları komutları çok çabuk işleyebilmeleridir çünkü bu mimaride komutlar çok basittir. Bu sayede RISC işlemcileri tasarlayıp üretmek daha ucuzdur, çünkü bu basit komutlar için daha az transistör ve daha basit devreler gerekir.
En Basit Haliyle Bir İşlemci
Execution Unit (Core=Çekirdek): Bu ünite komutları çalıştırır ve pipeline (işhattı) denen yollarla beslenip tamsayıları kullanarak okuma, değiştirme ve komut çalıştırma işlemlerini yapar. Artimetik hesaplamalar için ALU (Arithmetic and Logic Unit) denen aritmetik ve mantık üniteleri kullanılır, ALU için işlemcilerin yapıtaşıdır diyebiliriz.
Branch Predictor: Bu ünite bir program çalışırken başka bir satıra atlayacağı zaman hangi satırların işleme konacağını tahmin etmeye çalışarak Prefetch (komutların bellekten ne zaman çağrılacağına karar verir ve komutları Decode ünitesine doğru sırayla gönderir) ve Decode (bu ünite de kompleks makina dili komutlarını ALU'nun ve registerların kullanabileceği basit komutlara dönüştürür) ünitelerine hız kazandırmaya çalışır.
Floating Point Unit: Bu ünite tamsayı olmayan floating point (kayar nokta) hesaplamalarından sorumludur
L1 Cache: İşlemci için önbellek. Önemli kodlar ve veriler bellekten buraya kopyalanır ve işlemci bunlara daha hızlı ulaşabilir. Kodlar için olan Code ve veriler için olan Data cache olmak üzere ikiye ayrılır. Güncel işlemcilerde L2 (Level 2, 2. seviye) önbellek de bulunur. Önceleri L2 önbellek anakartta bulunurdu. Daha sonra slot işlemciler ortaya çıktı ve işlemci çekirdeğinin de üzerinde bulunduğu kartuj şeklindeki paketlerde önbellek çekirdeğin dışında ama işlemciyle aynı yapıda kullanılmaya başlandı. Bu kısa geçiş döneminden sonraysa önbellek işlemci çekirdeklerine entegre edildi.
BUS Interface: İşlemciye veri – kod karışımını geitirir, bunları ayırarak işlemcinin ünitelerinin kullanmasını sağlar ve sonuçları tekrar birleştirerek dışarı yollar. Bu arayüzün genişliği işlemcinin adresleyebileceği hafızayı belirler. Örneğin 32 bitlik hafıza genişliğine sahip bir işlemci 232 byte (4 GB) hafızayı adresleyebilir ve bu hafızadan aynı anda 32 bit üzerinde işlem yapabilir. Günümüzde masaüstü pazarına 32 bitlik işlemciler hakimken sunucu uygulamarı ve bilimsel çalışmalar için de 64 bitlik işlemciler yaygın olarak kullanılır.
Bir işlemcideki bütün elemalar saat vuruşlarıyla çalışır. Saat hızı bir işlemcinin saniyede ne kadar çevrim yapabileceğini belirler. 200 MHz saat hızı 200 MHz olan bir işlemci kendi içinde saniyede 200 çevrim yapabilir. Her çevrimde işlemcinin ne kadar işlem yapabileceği işlemcinin yapısına göre değişir. Bu saat vuruşları anakart üzerindeki Clock Generator denen yongayla üretilir. Bu yonganın içinde çok hassas kristaller vardır. Bu kristallerin titreşimleri saat vuruşlarını oluşturur.
Program Counter (PC) denen birim içinde çalıştırılacak bir sonraki komutun hafızadaki adresini bulundurur. Bu komutun çalıştırılma zamanı geldiğinde kontrol ünitesi komutu işlenmek üzere hafızadan alır ve işlemci üzerindeki Instruction Register denen bölüme işlenmek üzere aktarır. Yazmaç da diyebileceğimiz registerlar hafızadan verilerin veya kodların yazılabildiği geçici saklama alanlarıdır. İçindeki adresi gerekli yazmaca aktaran PC daha sonra bir arttırılır ve bir sonraki komutun zamanı geldiğinde Instruction Register'a aktarılmak üzere hazırda beklemesi sağlanır.
Komut işlendikten sonra hesaplamayı yapan birim Status Register (SC) denen yazmacın değerini değiştirir, bu yazmaçta bir önceki işlemin sonucu saklıdır. Kontrol ünitesi bu yazmaçtaki değeri kullanarak sonuca göre gerekli komutları çalıştırabilir.
Bu okuduklarınızın tamamı komutun uzunluğuna ve işlemcinin mimarisine göre bir veya daha fazla saat vuruşunda yapılabilir.
Makina Dili
Bir işlemcinin yaptığı işleri temelde üçe ayırabiliriz:
- Bir işlemci ALU'sunu veya FPU'sunu kullanarak tamsayılarla ve ondalık sayılarla matematiksel işlemleri yapabilir
- Verileri bir bellek alanından diğerine hareket ettirebilir.
- Verdiği karara göre bir programın farklı bir satırına atlayıp yeni bir komut çalıştırabilir.
Bir programcının rahatlıkla anlayabileceği gibi bu üç temel işlem bir programı çalıştırmak için yeterlidir. işlemciler komutları bizim yazdıklarımızdan çok daha farklı bir şekilde algılarlar. Bir komut bit (binary digit, 0 veya 1 değerini alabilen ikili sistemdeki basamaklar) dizilerinden oluşur fakat bu bit dizilerini akılda tutmak çok zordur. Bu yüzden komutlar bit dizileri yerine kısa kelimelerle ifade edilir ve bu kelimelerden oluşan dile Assembly Dili denir. Bir assembler bu kelimeleri bit dizilerine çevirerek işlemcinin anlayabileceği şekilde hafızaya yerleştirir. Komutlara örnek verelim:
LOADA mem – bellek adresini A yazmacına yükle
LOADB mem - bellek adresini B yazmacına yükle
CONB con – B yazmacına sabit bir değer ata
SAVEB mem – B yazmacını bellek adresine kaydet
SAVEC mem - C yazmacını bellek adresine kaydet
ADD – A ile B'yi toplayıp sonucu C'ye kaydet
SUB – A'dan B'yi çıkartıp sonucu C'ye kaydet
MUL – A ile B'yi çarpıp sonucu C'ye kaydet
DIV – A'yı B'ye bölüp sonucu C'ye kaydet
COM – A ile B'yi karşılaşıtırıp sonucu teste kaydet
JUMP addr – adrese atla
JEQ addr – eşitse adrese atla
JNEQ addr – eşit değilse adrese atla
JG addr – büyükse adrese atla
JGE addr – büyük veya eşitse adrese atla
JL addr – küçükse adrese atla
JLE addr – küçük veya eşitse adrese atla
STOP – işlemi durdur
Şimdi aşağıdaki C kodlarının assembly diline derlendikten sonra neye benzediklerine bakalım. a=1;
f=1;
while (a <= 5)
{
f = f * a;
a = a + 1;
}
C bilmeyenler için kısaca anlatmakta fayda var: a değişkeni 5 olana kadar her seferinde bir arttırılarak f değişkeninin değeriyle çarpılıyor ve f değişkeninin değeri 5 faktöryel oluyor. Küme parantezleri içindeki while döngüsü bittikten sonra parantez içindeki koşul tekrar kontrol ediliyor ve doğru olduğu sürece döngü tekrar tekrar işleme konuyor.
Bir C derleyicisi bu kodları assembly diline çevirir. RAM'in 128, assembly programını barındıran ROM'un da 0 numaralı hafıza adresinden başladığını varsayarsak işemcimiz için yukarıdaki C kodları aşağıdaki şekilde görünür: // adres 128'deki a'yı al
// adres 129'daki f'i al
0 CONB 1 // a=1;
1 SAVEB 128
2 CONB 1 // f=1;
3 SAVEB 129
4 LOADA 128 // a>5 ise 17'ye atla
5 CONB 5
6 COM
7 JG 17
8 LOADA 129 // f=f*a;
9 LOADB 128
10 MUL
11 SAVEC 129
12 LOADA 128 // a=a+1;
13 CONB 1
14 ADD
15 SAVEC 128
16 JUMP 4 // 4. satırdaki if koşuluna geri dön
17 STOP
Şimdi bu komutların hafızada nasıl göründüğüne bakalım. Bütün komutlar ikili sistemdeki sayılarla gösterilmeli. Bunun için her komuta opcode denen bir numara verilir:
Üretim
İlk işlemciler valflar, ayrık transistörler ve çok kısıtlı bir şekilde entegre edilebilmiş devrelerden oluşuyordu fakat günümüz işlemcileri tek bir silikon yonga üzerine sığabiliyorlar. Çip üretiminde temel madde bir yarıiletken olan silikondur. Üretim sırasında çeşitli işlemler yapılır. Önce silicon ignot denen ilindirik bir yapı üretilir. Bunun hammaddesi saflaştırılmış silikondan elde edilen bir çeşit kristaldir. Daha sonra bu silindirik yapı ince ince dilimlenerek wafer denen dairesel tabakalar oluşturulur. Wafer tabakaları yüzeyleri ayna gibi olana kadar cilalanır. Çipler bu wafer tabakaları üzerinde oluşturulur. Aşağıdaki resimde bir wafer tabakasıyla üzerindeki çipleri görebilirsiniz.
Çipler üst üste katmanlardan oluşur ve bu katmanlar için değişik hammaddeler vardır. Örneğin yalıtkan yüzey olarak silikon dioksit kullanılırken iletken yollar ploisilikonla oluşturulabilir. Silikona iyon bombardımanı yapılarak silikondan transistörler üretilir ve bu işleme doping denir.
Bir katman photoresist (ışığa duyarlı) bir maddeyle kaplanır ve bu katmana istenen şeklin görüntüsü projeksiyonla yansıtılır. Bu işlemden sonra ışığa maruz kalan yüzey maskelenir ve kalan madde bir çözücü yardımıyla temizlenir. Maskelenen bölümde transistörler ve yollar oluşturulduktan sonra etching denen kimyasal bir işlemle istenmeyen maddeler katmandan uzaklaştırılarak katmana son şekli verilir. Bu işlem bütün çip hazır olana kadar her katman için ayrı ayrı yapılır. Katmanlardaki yapılar bir metrenin milyonda birinden daha küçük olduğu için bir toz tanesi bile (toz tanelerinin boyutları 100 mikronluk ölçülere kadar çıkabilir ki bu da işlemcideki yapıların 300 katından daha büyüktür) çok büyük problemler çıkarabilir. Bunun için koruyucu giysilerle girilebilen tozsuz odalarda üretim yapılır.
Başlarda yarı-iletken üretiminde hata payı %50 civarındaydı ve çoğu zaman üretilen çiplerin ancak yarıya yakını sağlam çıkıyordu. Bu oran %100 olamasa da geliştirilen üretim teknikleriyle günümüzde oldukça yükselmiştir. Wafera eklenen her katmandan sonra testler yapılır ve hatalar tesbit edilir. Die denen wafer üzerindeki ”çıplak” çipler birbirinden ayrılır ve yapılan testlerden sonra sağlam olanlar kullanıma uygun şekilde paketlenir. Günümüzde işlemciler PGA(Pin Grid Arrays) formunda paketlenir. Bu paketlerde seramik bir dörtgenin altına dizilmiş pin denen bağlantı noktaları vardır. İşlemci çekirdekleri paketlendikten sonra aşağıdaki gibi görünür.
Intel'in entegre çip tasarımıyla üretilen ilk işlemcisi olan 4004 10 mikronluk bir üretim tekniğiyle üretiliyordu. İşlemci içindeki en küçük yapı bir metrenin on milyonda biri kadardı. Günümüzdeyse 0,13 mikronluk üretim teknikleri kullanılıyor ve çok yakında 0,1 mikronun da altına inilecek. Bu arada yukarıdaki fotoğraflar için haber editörümüz Ahmet'e teşekkür ediyorum, bazı fotoğrafları aradığım zaman bir türlü bulamamak gibi ilginç bir yeteneğe sahip olduğumdan bu bölüm az daha fotoğrafsız kalıyordu
Moore Yasası
1965 yılında Intel'in kurucularından Gordon Moore'un ortaya attığı Moore Yasası'na göre işlemcilerdeki transistör sayısı 18 ayda bir ikiye katlanır. Moore, bu yasanın sonraki on yıl boyunca geçerliliğini koruyacağını tahmin etmişti ama Intel bu yasayı günümüze kadar çiğnemeden devam ettirmeyi aşağıdaki grafikte de görebileceğiniz gibi başardı.
Fizik yasaları, mühendislerin saat hızlarını sonsuza kadar arttırabilmelerini engeller. Silikonun sınırlarına neredeyse ulaşılmak üzereyken saat hızlarının hala arttığını görüyoruz. Saat hızı her zaman performans anlamına gelmiyor, bu yüzden mühendisler işlemcilerin her saat vuruşunda daha fazla komutu işleyebilmeleri için de uğraşıyorlar aynı zamanda. 4 bitlik bir işlemci bile iki tane 32 bitlik sayıyı toplayabilir ama bunun için pek çok komutu işlemesi gerekir. 32 bitlik bir işlemci bu toplamayı tek bir komutla yapabilir.
İşlemcilerin saat vuruşlarında işlem yaptıklarını söylemiştik. Normal yöntemlerle bir komutu yüklemek, çözmek, kullanacağı veriyi almak, çalıştırmak ve son olarak da sonucu yazmak için beş saat vuruşu gerekir. Bu sorunu çözmek için günümüz işlemcileri pipelining denen teknolojiyi kullanılır. Bu teknolojide bir işlemi yapmak için değişik aşamalar ard arda dizilir ve bir işlemin bir aşaması yapılırken boştaki kaynaklarla da başka bir işlemin herhangi bir aşaması yapılabilir. Bu teknolojiyle bir komutu tek bir saat vuruşunda bitirebilmek mümkün olur. Superscalar denen bir mamariyle paralel pipellinelar kullanılarak performans daha da arttırılabilir. Bu konudaki son gelişme Intel'in Hyperthreading teknolojisidir. Komutları paralel olarak çalıştırmak için çift işlemciye ihtiyaç duyulur. Bu teknolojideyse olaya şu şeklide yaklaşılır: Komutlar thread denen parçalardan oluşur ve çift işlemciyle komut seviyesinde paralellik yerine tek işlemciyle thread seviyeinde paralellik sağlanır. Komutlar threadlere ayrılır ve bu threadler paralel olarak işlenip çıkışta tekrar birleştirirler. Tek bir işlemci tam anlamıyla olmasa da belirli bir seviyede çift işlemci gibi çalışır. Bu yöntem sadece tek bir işlemcinin kaynakları kullanıldığı için çift işlemcinin yerini tutamasa da bazı uygulumalarda belirli bir performans artışı sağlar. En büyük dezavantajı komutların parçalanıp tekrar birleştirilmesi sırasında kaybedilen zaman yüzünden aynı anda birden çok komutun işlenmesine ihtiyaç duymayan programlarda az da olsa performans düşüşü yaşanmasıdır.
Bir İşlemcinin Performansı
Bir işlemcinin performansını belirleyenler arasında kullanıcıların en çok tartıştıkları aşağıdakilerdir:
- İşlemci Mimarisi: Burayı çoğu kimse atlasa da en önemli etken budur. Bir işlemcinin bir saat döngüsünde ne kadar uzunlukta kaç tane komutu aynı anda işleyebildiğini saat hızı ya da önbelleği değil sadece mimarisi belirler.
- Saat Hızı: İşlemcinin çalışma frekansıdır ve günümüzde GHz mertebesine kadar ulaşmıştır. Saat hızı ne kadar yüksek olursa saniyedeki saat vuruşu (ve işlemci çevrimi) sayısı da o kadar yüksek olacağından saat hızının performansa etkisi oldukça yüksektir. Yalnız burada yapılabilecek çok büyük bir hata farklı mimarideki işlemcileri saat hızlarına göre karşılaştırmaktır. Saat hızı kullanılarak ancak aynı işlemci ailesi içinde gerçekçi karşılaştırmalar yapılabilir. Bir işlemcinin saat hızını sistem hızıyla (FSB, Front Side Bus) işlemcinin çarpanının çarpımı belirler. Sistem hızı fazla yüksek olmasa da işlemci kendi içinde çarpanlarını kullanarak çok daha yüksek hızlara çıkabilir. Örneğin oldukça popüler olan 1.8 GHz hızında çalışan bir Pentium 4 işlemci 18x100 MHz'te çalışır.
- L1/L2 Cache: Önemli veriler işlemcinin ihtiyaç anında onlara daha hızlı ulaşabilmesi için önbellekte tutulur. 1. seviye önbellek daha önceliklidir ve buradaki verileri işlemci daha çok kullanır. Önbellek miktarlarını karşılaştırırken işlemci mimarisi yine çok önemlidir. Mesela 16 KB L1 cache bir Pentium 4 için yeterliyken aynı performansta çalışan bir AMD Athlon işlemcide 128 KB L1 cache bulunur. Önemli olan önbelleğin ne şekilde kullanıldığıdır.
Ham işlemci performansını ifade etmek için MIPS (Million Instructions Per Second, saniyede işlenebilen komut sayısı) ve MFLOPS (Million Floating Point Operations Per Second, saniyede yapılabilen kayar nokta hesabı) birimleri kullanılır ve performans konusunda evrensel geçerliliği olan tek kavramlar bunlardır.
Yazılım Uyumluluğu
Bilgisayarların ilk günlerinde herkes kendi yazılımını yazdığı için işlemci mimarisi biraz daha arkaplandaydı. Geçen zamanla birlikte yazılımlar da oldukça gelişti ve bugünse yazılım başlı başına bir sektör. Günümüzde her ihtiyacımız için oturup kendi yazılımlarımızı hazırlmamamız imkansız, bir o kadar da gereksiz. Belirli bir standartlaşmayla beraber işlemcilerin önemi de arttı.
Günümüz PC'leri Intel 80x86 mimarisini kullanır. Bu mimari 70'li yıllardan bugüne kadar gelmiştir, güncel CISC işlemciler hala bu mimariyi kullanır. Bu standartlaşmanın sonucu olarak programlar işlemcilere göre değil komut setlerine göre yazılır ve 80x86 mimarisine göre yazılmış bir programın bir Intel işlemcide çalışıp da bir AMD işlemcide çalışmaması (ya da bunun tersi) mümkün değildir. İşlemcilere özel bazı ek komut setleri olsa da (SSE, 3D Now! gibi) bunlar sadece işlemciye yönelik optimizasyonlardır ve programlar temelde aynıdır. 80x86 miamarisine göre yazılmış 32 bitlik bir program aynı mimarideki 32 bitlik bütün işlemciler tarafından sorunsuzca çalıştırılabilir.
SLI kısaltmasını "Ayarlanabilir Bağlantı Arabirimi" diyebiliriz. PCI arabiriminin anakartlar üzerinde kullanılmaya başlamasından beri anakartlar üzerinde bir tane PCIe 16x veya iki tane PCIe 8x lere yer verebiliyorlar. Buda yüksek performanslı iki adet ekran kartını aynı sistemde kullanmaya olanak sunuyor. Yani kısaca açıklarsak; İki tane 8x PCIe yuvası ekran kartları için gerekli olan bant genişliğini rahatlıkla sunuyor. SLI daki mantık ise çok açı; İki ekran kartı oyunlarda gördüğünüz 3D görüntüleri oluşturabilmek için iş yükünü aralarında paylaşıyorlar. Tabi bunuda sürücüler sağlıyor. Yük dinamik olarak dağıtılıyor. Şu an için SLI desteğini nVidia 4 SLI yonga seti sunuyor.Ekran kartlarından nVidia firmasıda ATI firmasıda destek verirken platform olarakta hem Intel hem de AMD tabanlı sistemlerde destek veriyor.
Vertex Shader/ Pixel Shader
Vertex Shader T&L ünitesinin temel birimidir. VertexShader işin 3d transformasyon kısmıyla ilgilenir. Yani objelerin 3 boyutlu ortamda yer değiştirmesi, büyüyüp veya küçülmesi gibi işlemlerde binlerce noktanın 3 boyuttaki koordinatları ve ölçülerinin hesaplanmasını yapar.
T&L ünitesinin bir diğer ünitesi Pixel Shader’dir.Pixel Shader işin görsel kısmıyla ilgilenir.3 boyutlu objelerin üstünü kaplayan dokunun işlenmesi,filtrelenmesi, görsel efektler oluşması işiyle Pixel Shader ilgilenir.Yani kısaca açıklamak gerekirse Vertex Shader bir objeyi oluşturup onun analitik ölçüleri ve dinamik durumuyla ilgilenirken Pixel Shader ise onun görsel olarak güzel gözükmesini sağlar.
Anti-Aliasing
Bu teknik gözü aldatarak görüntünün doğal görünmesini sağlıyor.Görüntü sistemlerinde düz çizgiler çizmek son derece basittir.İş eğri çizgiler çizmeye geldimi işler biraz karışır.Çizilen çizgi merdiven basamağı gibi görünür.İşte bu noktada devrete anti-aliasing girer.Çizilen siyah bir çizginin kenarlarından piksellere onlara yakın gri (vs.) tonlardaki renklerle shade uygulayarak görüntüyü bulanıklaştırır,ve görüntüyü kusursuzlaştırır.Tabi bu işlemler gerçekleşirken sisteme aşırı yük bindirir.Çünkü doğru rengi seçmek ve shade uygulamak çok karmaşık işlemlerdir.
Turbo Cache Ve Hyper Memory
Kısaca ekran kartının sistem belleğini kullanması demek.Anakartların ddr2 bellekleri kullanmaya başlamalarından sonra ekran kartı üreticilerine ürünlerini daha uygun fiyatlara üretme imkanı doğdu.Bunun sebebi ise daha düşük hafızalı ekran kartları üretilip gerekli olan hafızayı sistem belleğinden karşılamalarından kaynaklanıyor.Bu ekran kartları 64MB ’tın üstünü sistem belleğinden karşılayarak 256mb ye kadar çıkarabiliyorlar.Aynı şekilde 32MB ’nin üstünü sistem belleğinden karşılayarak 128MB ye kadar çıkarabiliyorlar.Tabi sisteminizin hafıza miktarı 512MB nin üzerinde ise bunu karşılayabiliyor.Aslında her iki teknolojide aynı altyapıya sahip.İsimlerinin farklı olmasına bakmayın.ATI'nin HyperMmemory nVidia’nın ise TurboCache diye adlandırdığı bu teknolojinin altında maliyeti düşürmek var.Asıl dikkat edilmesi gereken nokta bu kartların kutularının üzerinde 128MB veya 256 MB yazmasıdır.Aslında bu kartlar 32MB veya 64MB dir.Kutu üzerindeki rakamlara ulaşıp ulaşamaması sizin sisteminizdeki hafıza miktarına bağlıdır.Tabi sistem hafızasından ayrılan bu miktar sistem performansınızın düşmesine sebep olacaktır...
DirectX Nedir?
DirectX,Bildiğiniz gibi Microsoft® tarafından devamlı geliştirilen, telif hakkı gerektirmeden oyun geliştirmede ve Windows tabanlı uygulamalarda kullanılabilecek bir multimedyadır.Ancak biraz daha özele indiğimizde DirectX’in ne kadar gelişmiş olduğunu göreceksiniz.DirectX'in bileşenleri;
Microsoft DirectDraw®
Microsoft Direct3D®
Microsoft DirectSound®
Microsoft DirectMusic®
Microsoft DirectInput®
Microsoft DirectPlay®
Microsoft DirectShow®
Microsoft DirectSetup®
Şimdi bunların bizimle ilgili kısımlarını birer cümle ile açıklayalım;,
-DirectDraw :Ekran kartının ve ekranda oluşacak görüntünün işlenmesini blitting ve page-flapping olarak bilinen diğer donanım özelliklerini
daha hızlı bir şekilde işlenmesini bitmap verilerinin ve off-screen(*) belleğinin kontrolünü sağlıyor.Ayrıca Direct3D’nin temelini oluşturur.
(*Off-Screen:Arkaplanda çalışan bir programdır ve daha hızlı görüntü elde edebilmek için kullanılanılır.)
-Direct3D : Artık günümüzdeki tüm grafik kartları, 3D hızlandırıcı desteğiyle satılıyorlar. Günümüzdeki oyunlarınoyunların çok büyük bir kısmı Direct3D’yi kullanmaktadır.Direct3D ilk olarak iki ayrı API ile çıkmıştı ve halende bu iki API uzerine kuruludur.(Immediate Mode ve Retained
Mode)
-Immediate Mode:Immediate Mode’da, objelerin cizilme sistemi programcının isteği doğrultusunda yapılır.Immediate Mode donanımsal sisteme daha yakın olduğundan kullanımı oldukça güçtür.Ancak bu sistem donanıma doğrudan erişim sağlamaktadır.Buda daha iyi performanslarda uygulama geliştirmenize olanak sağlar.
-Retained Mode:Retained Mode, çeşitli eklentilerle Immediate Mode üzerine kurulmuştur. Bu eklentilerden, doku(texture) yönetimi, nesne
dosyalarının yüklenmesi ve animasyon gibi (vs)örnekler verebiliriz.Retained Mode’un, kullanımı ve öğrenilmesi Immediate Mode nazaran daha kolaydır.Fakat programcıların daha çok performans isteyemeleri sonucu, Microsoft DirectX 6 ile Retained Mode API’sini geliştirmeyi durdurdu.Retained Mode API'sini geliştirmek yerine Direct 3D takımı Immediate Mode’un kullanımı kolaylaştırmak ve programcılara yeni işlevsellik sağlayacak eklemelerde bulundular.Retained Mode şu an için çokça kullanılan ve çok önemli olan multitexturing ve ışıklanırma gibi
bir çok işlevselliği sağlamaktadır.
API :
Programcıların da her kart için ayrı kod yazmaları mümkün olmadığından bütün kartların ve yazılımınların bilbirleri ile anlaşabileceği ortak bir platforma ihtiyaçları var. API, uygulamalarla onları çalıştıran donanımınların birbirleri ile anlaşmalarını sağlıyor.
GDI+:
GDI, açılım olarak Graphics Device Interface (grafik araç arayüzü) anlamına gelmektedir.Kısaca açıklarsak nesneye,objeye dayalı yapıdaki
grafik uygulamalarının geliştirilmesi GDI aracılığı ile yapılır.
blur ve modelling transformation(vs) gibi.OpenGL Windows versiyonunun geliştirlimesinden sonra oyun yapımcıları tarafından çok tutuldu ve halende yaygın olarak kullanılmakta.
Texture mapping:Yüzeyleri desen veya herhangi bir dosya ile kaplamaya yarar.
Smooth shading:HErhangi bir yüzey üzerinden yansıyan ışınlar zararlı veya zararsız etkilerde bulunsa bile shading yapılabilmesini sağlar.
Motion blur:Hareketli görüntülerin arkalarında iz bırakmalarını sağlar.
Modelling transformation:Nesnelerin uzaydaki büyüklüklerini, yer ve perspektiflerinin değişmelesini sağlar.
Çift Tamponlama:Animasyonlarda oluşan titremeyi gidermeye yardım eder. Animasyonda birbirini izleyen her bir çerçeve ayrı bir bellek tamponunda oluşturulur. Ve sadece çerçevenin görüntülenmesi tamamlandığında ekranda görülebilir.
Anti-aliasing :Bilgisayar ekranında çizilmiş doğruların uçlarında oluşan çentikleri azaltır. Çentik uçlu doğrular genellikle düşük çözünürlükte çizildiklerinde oluşular. Anti-aliasing, mimari zig-zag ları azaltmak için rengi ve doğruların yakınındaki pixellerin yoğunluğunu değiştirir.
Gouraud gölgelemesi:3 boyutlu(3D) cisme düzgün bir gölgeleme uygulamak için kullanılan bir yöntemdir ve cismin yüzeyleri boyunca ince renk farkları sağlar.
Z-buffering: Üç boyutlu cismin Z koordinatının izini tutar. Z-buffer'ı; gözlemcinin cisminin yaklaşık izini sürer. Z-Buferring aynı zamanda saklı yüzeyin yerinin değiştirilmesimde önemli bir göreve sahiptir.
Grafik işlemcisi Güncel kartlarında grafik işlemcisi görüntü hesaplamalarını yapmak için ekran kartına eklenmiş birer sistem diyebiliriz.Yeni nesil ekran kartlarındaki işlemciler sistemdeki CPU 'ya hiç yük bindirmeden bütün işlemleri kendi başlarına tamamlayabilir duruma geldiler.Bu yüzden artık GPU(Graphics Processing Unit)(Grafik İşlemci Birimi) olarak adlandırılıyorlar.Günümüz ekran kartlarında bulunan GPU’lar işlev ve karmaşıklık bakımından cpu ları geçtiler.
Görüntü belleği
-Ekran kartının üzerinde bulunur ve görüntü hesaplamalarıyla ilgili bütün veriler burada saklanır. Buradaki belleğin muhatabı ekran kartı işlemcisidir.Eskiden ekran kartlarında bellek yoktu.Ekran kartları teknolojinin getirdikleriyle beraber neredeyse kendi başlarına sistem oluşturur hale geldiler.Hafızalardaki Bellek miktarı kadar ekran bu belleği ne kadar verimli kullanabildiği de önemlidir.Başlarda 2MB bellek yeterli gelirken yeni nesil ekran kartlarında 256mb standart hale gelmeye başladı.
Çözünürlük
-Çözünürlük görüntü kalitesini belirleyen en önemli faktördür.Ekrandaki görüntünün kaç pixel den oluşacağını belirtir.(Yatay dikey olarak)(Örneğin 1204-768,1600-1400gibi). Windows ekranında çözünürlük ne olursa ekrandaki nesneleri oluşturan piksel sayısı değişmez.Çözünürlük arttıkça ekrandaki kullanılabilir alan artar.Nesneler ,yazılar küçülür.Yani masa üstündeki kullanılabilir alan çözünürlükle doğru orantılıdır.Tabi görüntü kalitesini arttırmanın sonucunda denetlenmesi gereken pixel sayısı,işlem gücü,bellek miktarı,bant genişliği kısacası genel işlem hacmi artar.Buda performans düşüşüyle sonuçlanır.İstediğiniz çözünürlüğü ekran kartınızın ve monitörünüzün desteklemesi lazım.Monitörünüz fiziksel olarak gerekli sayıda pikseli oluşturması lazım.
Bios
-Anakartta olduğu gibi ekran kartlarındada bios bulunur. Biosda ekran kartının çalışma parametreleri kayıtlıdır. Bios bilgisayarınız açılırken ekran kartını küçük bir denetimden geçirir.
Ramdac(RAM Dijital-to-Analog Converter)
-Ramdac’lar görüntü belleğindeki verileri RGB çıkışına çevirerek monitör çıkışına iletir. Monitörde kullanılan ana renklerin her biri için ayrı Ramdac vardır. Ramdac’ların çalışma hızı ekranın tazeleme hızını belirler.(hz olarak belirtilir).Örneğin 85 hz de çalışıyorsanız ekranınız saniyede 85 kez yenilenir. Ekran tazeleme hızınızı mümkün olduğunca yiksek tutmanızı tavsiye ederim. Çünkü göz sağlığınız için önemlidir.RAMDAC`in iç yapısı ve özellikleri hangi çözünürlükte ne kadar rengin grüntülenebileceğinin belirlenmesinde önemlidir. LCD ekranlar yapıları gereği dijtal olduklarından RAMDAC`ten değil de direk görüntü belleğinden görüntü lietişimi geçerler. DVI (Digital Video Interface) adındaki bağlantı sayesinde görüntü belleğinden görüntü bilgisini alıp kullanabilirler.
Bu kadar pixel(piksel)’den bahsettik. Ne olduğu açıklamadan geçmeyelim.
Piksel
-Görüntünün en küçük birimine piksel denir. Her pikselin kendine ait renk,yoğunluk gibi bilgileri vardır. Yani her pixel’in bir kişiliği vardır diyebiliriz. Piksellerden binlercesi bir araya gelerek ekrandaki görüntüyü oluşturuyor. Monitöre dikkatle bakarsanız pikselleri görebilirsiniz.Görüntü küçük noktalardan(piksellerden) oluşmuştur.
Anakart,Hard Disk,Ekran Kartları,Ram,Modem,İşlemciler Hakkında Geniş Bir Döküman....
. Insanlar BBS’lerden büyük programlar ve resimler alip göndermeye baslayinca, 300 bps yetersiz kalmistir.
Normal
