Modül 2: Bilgisayarın Temel Çalışma Prensipleri: Kaputun Altı

Bir önceki modülde bilgisayarların ve yapay zekanın büyüleyici tarihsel yolculuğunu tamamladık. Şimdi ise merakımızı bir adım daha ileri taşıyarak, bu akıllı makinelerin "kaputunun altına" bakacak ve en temel seviyede nasıl çalıştıklarını keşfedeceğiz. İnsanoğlunun kullandığı onluk sayı sisteminden farklı olarak bilgisayarların neden ikilik sistemi tercih ettiğini, verilerin bu sistemde nasıl temsil edildiğini, en basit mantıksal kararların nasıl verildiğini ve bir bilgisayarı oluşturan temel donanım bileşenlerinin görevlerini inceleyeceğiz. Bu temel bilgiler, YZ algoritmalarının donanım üzerinde nasıl hayat bulduğunu ve performanslarının nelere bağlı olduğunu anlamamız için kritik bir zemin oluşturacaktır.

Bu Modülü Tamamladığınızda:

  • Bilgisayarların neden ikilik (binary) sayı sistemini kullandığını ve verilerin bu sistemde nasıl temsil edildiğini açıklayabileceksiniz.
  • Temel mantık kapılarının (AND, OR, NOT) işlevlerini ve bilgisayarın karar verme mekanizmasındaki rollerini tanımlayabileceksiniz.
  • Bir bilgisayarın ana donanım bileşenlerini (CPU, Bellek, G/Ç) ve Von Neumann mimarisinin temel prensiplerini genel hatlarıyla anlatabileceksiniz.
  • Makine dili ve Assembly dili kavramlarını ve işletim sisteminin temel görevlerini tanımlayabileceksiniz.
  • Bu düşük seviye bilgilerin, bir "YZ Destekli Bilgisayar Bilimcisi" olarak YZ modellerinin performansı ve kaynak kullanımı hakkında size nasıl bir içgörü sağlayacağını değerlendirebileceksiniz.

Hazırsanız, bilgisayarın en temel yapı taşlarını ve çalışma prensiplerini adım adım keşfetmeye başlayalım.

2.1. Her Şeyin Temeli: İkilik Sistem (Binary) ve Veri Temsili

Günlük hayatta sayıları ifade etmek için on farklı rakam (0-9) içeren onluk (decimal) sayı sistemini kullanırız. Ancak bilgisayarlar, elektronik devrelerde iki durumu (sinyal var/yok, voltaj yüksek/düşük) kolayca ayırt edebildikleri için sadece iki durumu temsil eden ikilik (binary) sayı sistemini kullanır: 0 ve 1.

İkilik sistemdeki her bir basamağa bit (binary digit) denir. 8 bitten oluşan bir gruba byte adı verilir. Bir byte, 2⁸ = 256 farklı durumu temsil edebilir. Bilgisayarda harfler, semboller ve diğer tüm veriler de ikilik koda dönüştürülür. ASCII ve daha kapsamlı olan Unicode (örn: UTF-8) gibi karakter kodlama setleri bu işi yapar. İkilik sayılar uzun olabileceğinden, bazen sekizlik (octal) ve onaltılık (hexadecimal) sistemler de gösterimde kolaylık sağlamak için kullanılır.

YZ Perspektifi: YZ modelleri, devasa miktarda veriyi (görüntüler, metinler, sesler) işler. Bu verilerin tamamı, en temel seviyede bilgisayar tarafından 0 ve 1'lerden oluşan ikilik diziler olarak temsil edilir. Veri tiplerinin ve veri temsilinin nasıl çalıştığını anlamak, YZ modellerinin neden bu kadar çok belleğe ve işlem gücüne ihtiyaç duyduğunu kavramamıza yardımcı olur.

2.2. Karar Verme Mekanizması: Mantık Kapıları

Bilgisayarların karmaşık işlemleri yapabilmesinin temelinde, Boole Cebiri prensiplerine dayanan ve mantık kapıları (logic gates) adı verilen elektronik devreler aracılığıyla gerçekleştirilen basit mantıksal kararlar yatar. Mantık kapıları, bir veya daha fazla ikilik girişi alır ve tek bir ikilik çıkış üretir.

En temel mantık kapıları şunlardır:

  • DEĞİL (NOT) Kapısı: Girişteki değeri tersine çevirir (0 ise 1, 1 ise 0).
  • VE (AND) Kapısı: Tüm girişler 1 ise çıkış 1 olur, aksi takdirde 0 olur.
  • VEYA (OR) Kapısı: Girişlerden en az biri 1 ise çıkış 1 olur, tüm girişler 0 ise 0 olur.

XOR, NAND ve NOR gibi türetilmiş kapılar da yaygın olarak kullanılır. Binlerce mantık kapısı bir araya getirilerek toplama, çıkarma gibi daha karmaşık işlemler yapan devreler oluşturulur.

YZ Perspektifi: YZ modelleri, özellikle karar ağaçları, temelde bir dizi mantıksal karara dayanır. En karmaşık YZ algoritmaları bile, en alt seviyede bu basit mantıksal operasyonların bir ürünüdür. Bu prensibi anlamak, bilgisayarın "karar verme" süreçlerini temel düzeyde nasıl gerçekleştirdiğine dair fikir verir.

2.3. Ana Oyuncular: CPU, Bellek ve Diğer Donanımlar (Von Neumann Mimarisi)

John von Neumann'ın geliştirdiği mimari, günümüz bilgisayarlarının temelini oluşturur ve bilgisayarı şu ana bileşenlere ayırır:

  1. Merkezi İşlem Birimi (CPU - Central Processing Unit): Bilgisayarın "beyni"dir. Program komutlarını getirir, çözer, yürütür ve aritmetik/mantık işlemlerini yapar. İçinde Aritmetik Mantık Birimi (ALU), Kontrol Birimi (CU) ve Yazmaçlar (Registers) bulunur.
  2. Bellek (Memory): Program komutlarını ve işlenen verileri geçici olarak saklar.
    • RAM (Random Access Memory): Aktif program ve verilerin tutulduğu ana bellektir; elektrik kesilince bilgiler kaybolur.
    • ROM (Read-Only Memory): Genellikle sadece okunabilir, temel başlatma programlarını (BIOS/UEFI) saklar; elektrik kesilince bilgiler kaybolmaz.
    • Önbellek (Cache Memory): CPU ile RAM arasında, sık kullanılan verilere hızlı erişim sağlayan küçük ve hızlı bir bellektir.
  3. Giriş/Çıkış Birimleri (I/O - Input/Output Units): Bilgisayarın dış dünya ile iletişimini sağlar (Klavye, fare, ekran, yazıcı vb.).
  4. Veriyolları (Buses): CPU, Bellek ve G/Ç birimleri arasında veri, adres ve kontrol sinyallerini taşıyan elektronik yollardır (Veri Yolu, Adres Yolu, Kontrol Yolu).

YZ Perspektifi: YZ modellerinin eğitimi ve çalıştırılması yoğun kaynak gerektirir. CPU genel sistem yönetimi için kritikken, büyük YZ modelleri ve veri setleri önemli miktarda RAM tüketir. Önbellek, YZ işlemlerini hızlandırabilir. G/Ç hızı ve veriyollarının performansı, büyük veri setlerinin işlenmesinde darboğaz oluşturabilir. Bu mimariyi anlamak, YZ modellerinin donanım ihtiyaçlarını ve performans etkilerini değerlendirmemize yardımcı olur.

2.4. İşlemcinin Dili: Makine Dili ve Assembly

CPU'nun doğrudan anlayabildiği tek dil, 0 ve 1'lerden oluşan makine dili (machine language) veya makine kodu (machine code)'dur. Her işlemci mimarisinin kendine özgü bir makine dili komut seti vardır.

Makine dilinde program yazmak zor olduğu için, makine dili komutlarını kısa kelimelerle (anımsatıcılar - mnemonics) ifade eden Assembly dili (assembly language) geliştirilmiştir. Assembly dilinde yazılan bir program, Assembler adı verilen bir programla makine diline çevrilir. Assembly, donanım üzerinde hassas kontrol sağlar ancak büyük projeler için pratik değildir.

YZ Perspektifi: Modern YZ geliştiricileri genellikle bu dillerde doğrudan kod yazmazlar. Ancak, YZ kütüphanelerinin en alt seviyede nasıl çalıştığını anlamak veya ultra yüksek performans gerektiren optimizasyonlar için bu bilgi değerli olabilir. YZ araçlarının ürettiği kodun en nihayetinde bu temel komutlara dönüştüğünü bilmek önemlidir.

2.5. Orkestra Şefi: İşletim Sisteminin Temel Görevleri

İşletim sistemi (Operating System - OS), donanım kaynaklarını yöneten, kullanıcı ile donanım arasında arayüz sağlayan ve uygulamaların çalışması için platform oluşturan temel yazılımdır (Windows, macOS, Linux vb.).

Temel görevleri şunlardır:

  • Süreç Yönetimi: Çalışan programları (süreçler) yönetir, CPU zamanını paylaştırır.
  • Bellek Yönetimi: RAM'i farklı süreçlere tahsis eder, verimli kullanılmasını sağlar.
  • Dosya Sistemi Yönetimi: Verilerin disklerde düzenli saklanmasını ve erişilmesini sağlar.
  • Giriş/Çıkış (I/O) Yönetimi: Çeşitli G/Ç aygıtlarıyla uygulamalar arasındaki iletişimi koordine eder.
  • Kullanıcı Arayüzü: Kullanıcının bilgisayarla etkileşimini sağlar (CLI veya GUI).
  • Güvenlik ve Yetkilendirme: Kullanıcı hesaplarını yönetir, sistemi korur.

İşletim sisteminin en temel çekirdeğine kernel denir.

YZ Perspektifi: YZ modelleri yoğun kaynak tüketen süreçlerdir. İşletim sistemi, bu kaynakların adil dağıtılmasında, verimli bellek yönetiminde ve büyük veri setlerine hızlı dosya sistemi erişiminde rol oynar. Özellikle GPU gibi YZ için kritik donanımların doğru sürücülerle yönetilmesi, tam performans için gereklidir. İşletim sisteminin işleyişini anlamak, kaynak kullanımını optimize etmeye ve performans sorunlarını teşhis etmeye yardımcı olur.

2.6. Düşük Seviye Bilgisinin YZ İçin Genel Önemi: Neden "Kaputun Altı" Önemli?

Bu modülde ele aldığımız düşük seviye kavramlar, yüksek seviyeli YZ araçları kullanan bir geliştirici için uzak görünebilir. Ancak "kaputun altını" bilmek şu açılardan önemlidir:

  • Performans Anlayışı ve Optimizasyonu: Donanım ve işletim sistemi prensiplerini anlamak, YZ modellerindeki performans darboğazlarını tahmin etmeye ve optimizasyon stratejileri geliştirmeye yardımcı olur.
  • Kaynak Yönetimi Bilinci: Kaynakların nasıl çalıştığını bilmek, modelleri daha verimli tasarlamayı ve israfı önlemeyi sağlar.
  • Hata Ayıklama ve Sorun Giderme: Düşük seviye bilgi, sistemle ilgili sorunları teşhis etmede farklı bir bakış açısı sunar.
  • Yeni Teknolojileri Anlama: Yeni YZ donanımlarını (NPU'lar, TPU'lar) ve işletim sistemi seviyesindeki hızlandırma tekniklerini anlamak için temel mimari bilgisi gereklidir.
  • Daha Derin Kavrayış ve Sezgi: Soyutlama katmanlarının altında neler olup bittiğine dair sezgi, YZ araçlarını daha bilinçli kullanmanızı sağlar.
  • Uç (Edge) YZ ve Gömülü Sistemler: Kaynak kısıtlı cihazlarda çalışan YZ uygulamalarında düşük seviye bilgi kritiktir.

"Kaputun altını" bilmek, sizi sadece bir YZ aracı kullanıcısı olmaktan çıkarıp, sistemlerin nasıl çalıştığını daha temelden anlayan, daha yetkin bir bilgisayar bilimcisi yapar.

Özet ve Bir Sonraki Adıma Hazırlık

Bu modülde, bilgisayarın en temel çalışma prensiplerini keşfettik. İkilik sistemden mantık kapılarına, Von Neumann mimarisinden işletim sisteminin rollerine kadar pek çok kritik kavrama değindik ve bu düşük seviye bilgilerin YZ dünyasında neden hala değerli olduğunu vurguladık.

Artık bilgisayarın donanımsal ve en temel yazılımsal katmanlarına dair bir anlayışa sahibiz. Bu sağlam temel üzerine, şimdi insanoğlunun bu donanıma nasıl daha karmaşık ve anlaşılır talimatlar verdiğini, yani programlama dillerinin büyüleyici dünyasını keşfetmeye geçebiliriz. Bir sonraki modülde, programlama dillerinin evrimini ve farklı düşünme biçimlerini nasıl yansıttıklarını inceleyeceğiz.

Modül 3'e Geç