Elektrik-ElektronikYazılım

Bitler ve Bitlerin Depolanması

Bugünün bilgisayarlarında bilgi 0’lar ve 1’ler kalıpları olarak kodlanır. Bu rakamlara bit denir (binary digits kısaltması). Bitleri sayısal değerlerle ilişkilendirmeye meyilli olsak da, anlamı eldeki uygulamaya bağlı olan sembollerdir. Bazen bit kalıpları sayısal değerleri temsil etmek için kullanılır; bazen alfabedeki karakterleri ve noktalama işaretlerini temsil ederler; bazen görüntüleri temsil ederler; ve bazen sesleri temsil ederler.

Boolean İşlemleri

Bitlerin bir bilgisayar içinde nasıl saklandığını ve işlendiğini anlamak için, 0 bitinin false değerini ve 1 bitinin true değerini temsil ettiğini hayal etmek uygundur. True/ False değerleri işleyen işlemlere mantık adı verilen matematik alanında öncü olan matematikçi George Boole (1815-1864) onuruna Boolean işlemleri denir. Temel Boolean işlemlerinden üçü, AND, OR ve XOR’dur (exclusive or). (Bu Boolean işlem adlarını İngilizce sözcük karşılıklarından ayırmak için büyük harf kullanırız.) Bu işlemler, üçüncü bir değer (çıktı) üretmek için bir çift değeri (işlemin girdisi) birleştirdikleri için çarpma ve toplama aritmetik işlemlerine benzer. Ancak aritmetik işlemlerin aksine, Boolean işlemleri sayısal değerler yerine true/ false değerleri birleştirir. Boolean işlemi AND, iki küçük ya da daha basit ifadenin birleşim ile birleştirilmesiyle oluşturulan bir ifadenin gerçekliğini ya da yanlışlığını yansıtacak şekilde tasarlanmıştır.

P AND Q – P bir ifadeyi temsil eder ve Q başka bir ifadeyi temsil eder. Örneğin; elma bir meyvedir ve brokoli bir sebzedir.

AND işlemine yapılan girdiler, bileşik ifadenin bileşenlerinin gerçekliğini veya yanlışlığını temsil eder; çıktı bileşik ifadenin kendisinin gerçekliğini veya yanlışlığını temsil eder. P AND Q formunun bir ifadesi sadece her iki bileşeni de doğru olduğunda doğru olduğundan, 1 ve 1’in 1 olması gerektiğine karar verirken, diğer tüm durumlar yukarıdaki şekil ile uyumlu olarak 0 çıktısı üretmelidir.

Benzer bir şekilde, OR işlemi, formun bileşik ifadelerine dayanır. P OR Q; P bir ifadeyi ve Q başka bir ifadeyi temsil eder. Bu tür ifadeler, bileşenlerinden en az biri doğru olduğunda doğrudur; İngilizce dilinde XOR işleminin anlamını yakalayan tek bir bağlantı yoktur. XOR, girişlerinden biri 1 (doğru) ve diğeri 0 (yanlış) olduğunda 1 (doğru) çıktı üretir. Örneğin, P XOR Q formunun bir ifadesi “P ya da Q olur ama ikisini birden değil” anlamına gelir. (Kısacası, XOR işlemi girişleri farklı olduğunda 1 çıkış üretir.)

NOT işlemi başka bir Boolean işlemidir. Yalnızca bir girişi olduğundan AND, OR ve XOR’dan farklıdır. Çıktısı bu girdinin tersidir; operasyonun girişi NOT doğru ise, çıkış yanlıştır, tersi de geçerlidir. Örnek verecek olursak; “Balzac bir yazardır” cümlesinin NOT’ı “Balzac bir yazar değildir” olur.

Kapılar(Gates) ve Flip Floplar

İşlemin giriş değerleri verildiğinde Boolean işleminin çıktısını üreten cihaza kapı adı verilir. Kapılar dişliler, röleler ve optik cihazlar gibi çeşitli teknolojilerden yapılabilir. Günümüz bilgisayarlarında kapılar genellikle 0 ve 1 rakamlarının gerilim seviyesi olarak gösterildiği küçük elektronik devreler olarak uygulanır. AND, OR, XOR ve NOT kapılarının, giriş değerleri bir tarafa girerken ve çıkış diğer taraftan çıkarken, farklı şekilli sembollerle temsil edildiğini unutmayın. Kapılar, bilgisayarların yapıldığı yapı taşlarını sağlar. Bu, flip-flop olarak bilinen devrelerin bir koleksiyonundan özel bir örnektir.

Bir flip-flop, bilgisayar belleğinin temel bir birimidir. 0 veya 1 çıkış değeri üreten, başka bir devreden bir darbe (0’a dönen 1’e geçici bir değişiklik) diğer değere geçmesine neden olana kadar sabit kalan bir devredir. Başka bir deyişle, çıktı(output), harici uyaranların kontrolü altında bir sıfırı veya birini “hatırlamak” için ayarlanabilir. Her iki giriş de 0 olduğu sürece çıkış (0 veya 1 olsun) değişmez. Bununla birlikte, geçici olarak üst girişe 1 yerleştirilmesi, çıktıyı 1 olmaya zorlar, oysa geçici olarak alt girdiye(input) 1 yerleştirilmesi, çıktıyı 0 olmaya zorlar.

Bu iddiayı daha ayrıntılı olarak ele alalım. Devrenin akım çıkışını bilmeden, alt giriş 0 olarak kalırken üst girişin 1 olarak değiştirildiğini varsayın (Yukarıdaki şekil). Bu, bu kapıya yapılan diğer girdiden bağımsız olarak OR geçidinin çıkışının 1 olmasına neden olur. Buna karşılık, AND geçidine her iki giriş de 1 olacaktır, çünkü bu geçide diğer giriş zaten 1’dir (flip-flopun alt girişi 0 olduğunda NOT geçidi tarafından üretilen çıkış). AND geçidinin çıkışı 1 olur, yani OR geçidine ikinci giriş artık 1 olur (Yukarıdaki şekil). Bu, flip-flopun üst girişi tekrar 0 olarak değiştirilse bile OR geçidinin çıkışının 1 olarak kalmasını garanti eder (Yukarıdaki şekil). Özetle, flip-flop çıkışı 1 olmuştur ve bu çıkış değeri üst giriş 0’a döndükten sonra da kalacaktır. Benzer şekilde, 1 değerini geçici olarak alt girişe yerleştirmek flip-flop çıkışını 0 olmaya zorlayacaktır. ve bu çıkış, giriş değeri 0’a döndükten sonra da devam edecektir.

Flip-flop devresini tanıtmaktaki amacımız üç yönlüdür. İlk olarak, cihazların bilgisayar mühendisliğinde önemli bir konu olan dijital devre tasarımı olarak bilinen bir süreç olan kapılardan nasıl oluşturulabileceğini gösterir. Aslında, flip-flop bilgisayar mühendisliğinde temel araçlar olan birçok devreden sadece biridir.

Bir mühendisin, bir flip-flop içinde hangi devrenin gerçekten kullanıldığını bilmesine gerek yoktur. Bunun yerine, soyut bir araç olarak kullanmak için yalnızca flip-flopların dış özelliklerini anlamak gerekir. Bir flipflop, diğer iyi tanımlanmış devrelerle birlikte, bir mühendisin daha karmaşık devre oluşturabileceği bir dizi yapı taşı oluşturur. Buna karşılık, bilgisayar devresinin tasarımı, her seviyesi soyut araçlar olarak alt seviye bileşenleri kullanan hiyerarşik bir yapı alır.

Flip-flopu tanıtmanın üçüncü amacı, modern bir bilgisayarda biraz saklamanın bir yolu olmasıdır. Daha kesin olarak, bir flip-flop, 0 veya 1 çıkış değerine sahip olacak şekilde ayarlanabilir. Diğer devreler, flip-flop girişlerine darbeler göndererek bu değeri ayarlayabilir ve yine de diğer devreler, depolanan değere flip-flop çıkışı olarak çıktı. Bu nedenle, çok küçük elektrik devreleri olarak inşa edilen birçok flipflop, 0s ve 1s örüntüleri olarak kodlanan bilgileri kaydetme aracı olarak bir bilgisayar içinde kullanılabilir.

Gerçekten de, çok büyük ölçekli entegrasyon (VLSI) olarak bilinen teknoloji, bir yonga plakasında (çip olarak adlandırılan) milyonlarca elektrikli bileşenin oluşturulmasına izin veren teknoloji, kontrol devreleriyle birlikte milyonlarca flip flop içeren minyatür cihazlar oluşturmak için kullanılır. Sonuç olarak, bu çipler bilgisayar sistemlerinin yapımında soyut araçlar olarak kullanılmaktadır. Aslında, bazı durumlarda VLSI tek bir yonga üzerinde tüm bilgisayar sistemini oluşturmak için kullanılır.

Onaltılık Gösterim

Bir bilgisayarın iç faaliyetlerini düşünürken, bazıları oldukça uzun olabilen bir bit dizisi olarak adlandıracağımız bit desenleriyle uğraşmalıyız. Uzun bir bit dizisine genellikle akış denir. Ne yazık ki, streamleri insan zihninin kavraması zordur. Sadece 101101010011 modelinin kopyalanması sıkıcı ve hataya açıktır. Bu nedenle, bu tür bit desenlerinin temsilini basitleştirmek için, genellikle onaltılık gösterim olarak adlandırılan bir gösterim kullanırız; bu, bir makine içindeki bit desenlerinin dört katın katları olma eğiliminde olmasından yararlanır. Özellikle, onaltılık gösterimde dört bitlik bir deseni temsil etmek için tek bir sembol kullanılır. Örneğin, on iki bitlik bir dize üç onaltılık sembolle temsil edilebilir.

Aşağıdaki şekil onaltılık kodlama sistemini göstermektedir. Sol sütun, dört uzunluktaki tüm olası bit kalıplarını görüntüler; sağ sütun, bit desenini solunda temsil etmek için onaltılık gösterimde kullanılan sembolü gösterir. Bu sistem kullanılarak, 10110101 bit modeli B5 olarak temsil edilir. Bu, bit desenini dört uzunluktaki alt dizelere bölerek ve daha sonra her bir alt dizeyi onaltılık eşdeğeriyle temsil ederek elde edilir – 1011, B ile temsil edilir ve 0101, 5 ile temsil edilir. Bu şekilde, 16 bitlik desen 1010010011001000, A4C8 daha sade bir formdur.

Etiketler

Doğanay YILMAZ

Teknolojiye ve onun gelişimine hayran, Dokuz Eylül Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği öğrencisi.

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu
Kapalı

Reklam Engelleyici Algılandı

Mühendis Gelişim Topluluğu tüm faaliyetlerini gönüllü olarak sürdürmektedir.Lütfen bize destek olmak için reklam engelleyicinizi kapatın.