BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ

... konulu sunumlar: "BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ"— Sunum transkripti:

1 BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ
Yrd. Doç. Dr. Pakize ERDOĞMUŞ

2 İçerik Mühendislik hakkında
Bilgisayar Mühendisliğine Giriş Dersi hakkında Bilgisayar Mühendisi ne iş yapar? Diğer mühendislikler ile ilgisi Bilgisayar Mühendisliğinin temel konuları

3 Bilgisayar Mühendisliğine Giriş
Dersin kaynakları: 1. Bilgisayar Mühendisliğine Giriş Editör: Dr. Rifat ÇÖLKESEN Dersin Değerlendirme Sistemi: Not=%40 Vize+%60 Final Office: Mühendislik Fakültesi 1.kat 64 nolu oda

4 Mühendislik Mühendislik, bilim ve matematiğin yararlı cihaz ve sistemlerin üretimine uygulanmasıdır. Mühendis, alanı ile ilgili teknik bilgileri uygulayabilen ve gerektiğinde mevcut bir ürünü daha faydalı hale getiren veya yeni bir ürün geliştirebilen kişidir.

5 Mühendislik(Engineering)
Yukarıdaki tanıma göre aslında mühendislik insanlık tarihi kadar eskidir, diyebiliriz. Ancak modern anlamda mühendisliğin doğuşu Fransız İhtilalinden sonra başlar. 1800’lerde Alessandro Volta’nın pili bulması, Michael Faraday, Georg Ohm ve diğer bilim adamlarının yeni keşifleri ve en önemlisi James Watt’ın buhar makinesini icadı ile mühendislik kavramı anlam kazanmıştır. Mühendislikte ilk doktora ünvanı 1863’te( PhD) Willard Gibbs’e verilmiştir.( Yale University)

6 Mühendislik(Engineering)
Günümüzde mühendislik için en önemli uluslar arası kuruluş: IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ‘dir. Ülkemizdeki mühendislik için en büyük kuruluş ise: Elektrik-Elektronik Mühendisleri Odası(EMO)’dır.

7 Bilgisayar Mühendisi ne iş yapar?
Computer engineering, also called computer systems engineering, is a discipline that integrates several fields of electrical engineering and computer science required to develop computer systems. Computer engineers usually have training in electronic engineering, software design, and hardware-software integration instead of only software engineering or electronic engineering.

8 Bilgisayar Mühendisi ne iş yapar?
Computer engineers are involved in many hardware and software aspects of computing, from the design of individual microprocessors, personal computers, and supercomputers, to circuit design. This field of engineering not only focuses on how computer systems themselves work, but also how they integrate into the larger picture.

9 Bilgisayar Mühendisi ne iş yapar?
Usual tasks involving computer engineers include writing software and firmware for embedded microcontrollers, designing VLSI chips, designing analog sensors, designing mixed signal circuit boards, and designing operating systems. Computer engineers are also suited for robotics research.

10 Bilgisayar Mühendisi ne iş yapar?
The first accredited computer engineering degree program in the United States was established at Case Western Reserve University in As of September 2011, there were more than 350 ABET-accredited computer engineering programs in the US.(

11 Bilgisayar Mühendisliği
Computer Enginnering Software(Yazılım) Engineering İşletim Sistemleri (Operating Systems) Algorithms and Data Structures) Network and Data Communication (Ağ ve Veri İletişimi) Hardware(Donanım) Engineering Embedded Systems(Gömülü Sistemler) Bilgisayar Mimarisi (Computer Architecture)

12 Diğer mühendislikler ile ilgisi
Bilgisayarlı Sistemleri kullanan tüm mühendislik branşları ile ortak çalışır. Çevre Mühendisliğinden, Makine Mühendisliğine Robotikten, Elektrik mühendisliğine her alan ile ortak çalışır.

13 Bilgisayar Mühendisliğinin temel konuları
Bilgisayarlı veya mikroişlemcili sitemlerin tasarımı:Cep telefonundan el bilgisayarına digital saatlerden, mikrodalga fırınlara bir çok elektronik cihaz için donanım yazılımları gerçekleştirmek. Pc veya ağ kullanıcılı programlar geliştirmek. Nüfus Vergi idaresi Programı, Seçim sonuç programları, Deprem değerlendirme programları, Banka yazılımları v.s.

14 Bilgisayar Mühendisliğinin temel konuları
Veritabanı sistemleri: Bunların tasarımı, sorgulama,raporlama ve arayüzlerinin geliştirilmesi Bilgisayar Ağları: Ağların projelerinin yapılması,kurulması, bakımı ve güvenliği konuları. Sistem Güvenliği:Ağların ve kişisel bilgisayarların güvenliği için yazılımlar geliştirme, şifreleme algoritmaları oluşturma, v.s

15 Bilgisayarın Tarihi gelişimi Vakum tüplerine dayalı teknoloji
Bilgisayarın gelişiminde ivme kazandıran teknolojik cihazlar diyot lamba, triyot lamba ve transistördür. Bunlardan ilk ikisi genel olarak vakum tüpleri olarak adlandırılır. Elektronların boşluktaki hareketini temel alarak geliştirilmiş cihazlardır.

16 Vakum tüplerine dayalı teknoloji
yılları arasında ilk diyot lamba Fleming tarafından yapıldı ve Lee De Forest üçüncü elektrotu da ilave ederek triyot lambayı geliştirdi. Bunu izleyen yıllarda radyo ve televizyon geliştirildi. Radyo Marconi tarafından 1900’lü yıllarda, televzyon ise 1920’li yıllarda icat edildi. İlk televizyon yayını yapan ülke Almanya’dır. Lambalı radyo olarak duyduğunuz radyolar bu elektronik elemanlarla çalışmakta idi.

17 Bilgisayarın Tarihi gelişimi Vakum tüplerine dayalı teknoloji
1944 yılında Harvard Üniversitesi’nde Howard H. Aiken tarafından geliştirilen Mark-I ilk bilgisayar olarak kabul edilir. Ancak çok da başarılı olmamıştır.

18 Bilgisayarın Tarihi gelişimi Vakum tüplerine dayalı teknoloji
IBM – MARK-1

19 Bilgisayarın Tarihi gelişimi Vakum tüplerine dayalı teknoloji
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) ilk genel amaçlı bilgisayar idi. The ENIAC’ın tasarımı ve yapımı ABD Ordusu tarafından 2. dünya savaşı esnasında desteklenmiştir. ENIAC, 30 ton ağırlığında ve 150 metrekarelik bir alanı kaplayan dev bir makine idi.

20 Bilgisayarın Tarihi gelişimi Vakum tüplerine dayalı teknoloji
ENIAC

21 Bilgisayarın Tarihi gelişimi Vakum tüplerine dayalı teknoloji
UNIVAC I (UNIVersal Automatic Computer I) ise ilk ticari bilgisayar olarak adlandırılır. ENIVAC’ın mühendisleri tarafından geliştirilmiştir.

22 Bilgisayarın Tarihi gelişimi
Universal Automatic Computer - UNIVAC-1

23 Yarı İletken(Katı Hal Elektroniği)
’lı yıllarda ise katı hal elektriği teorik çalışmaları yapılmıştır. İlk transistör Bell Lab’da 1947’de Brattain ve arkadaşları tarafından geliştirilmiştir. 1950’lerin sonlarında bilgisayar üretiminde vakum tüpleri yerine transistörler kullanılmaya başlanmıştır. Bu sayede bilgisayarların boyutları küçülmüştür. 1970’li yılların başında ise bir çok transistörün bir silikon tabaka(wafer) üzerine toplanması ile entegre devreler üretilmeye başlandı.

24 Mikroişlemci Mikroişlemci, (bazen kısaltma olarak µP kullanılır) ana işlem biriminin (CPU) fonksiyonlarını tek bir yarı iletken tümleşik devrede (IC) birleştiren programlanabilir bir sayısal elektronik tümdevredir. Bilgisayarın program komutlarını bellekten aldıktan sonra kodlarını çözen ve karşılığı olan işlemleri yerine getiren merkez birimdir. Tek başına mikroişlemci bir anlam ifade etmez. Mikroişlemcili bir sistem olarak tasarlanırlar. Bir mikroişlemci için birden fazla mikroişlemcili sistem tasarlanabilir.

25 Mikroişlemci Blok Diagraı

26 Pentium İşlemci Blok Diyagramı

27 MİKROİŞLEMCİLER TARİHİ
Yanda görülen günümüz için çok basit bir entegre mikroişlemci tarihi için en önemli işlemcilerden biri olan Intel 4004’tür. 1969 yılında BUSICOM firmasında bir hesap makinesi projesinde kullanılmak üzere entegre devre siparişi INTEL firmasına iletilir.

28 MİKROİŞLEMCİ TARİHİ O sıralarda  INTEL de proje sorumlusu olan Marcian Hoff, gelen talep yerine çok daha farklı bir temele dayanan bir yapıyı üretmeye karar verir. Bu yapıyla entegre devrelerin çalışmaları, içlerine yüklenen programla belirlenecektir. Bu fikirle ilk mikroişlemci fikri doğmuş olur.

29 MİKROİŞLEMCİ TARİHİ O zamanın bir başka büyük entegre üreticisi Motorola firması 6800 adında 8bit mikroişlemcisini piyasaya sürdü ve Mototrola,  mikroişlemcinin yanı sıra 6820(PIA) ve 6850(ACIA) adında çevresel birimleri piyasaya süren ilk firma oldu.  

30 MİKROİŞLEMCİ TARİHİ Bu arada diğer firmalarda mikroişlemci üretmeye başladı. Bir INTEL çalışanı Zilog adında kendi firmasını kurdu. Zilog firması ilk mikroişlemcisi Z80 i 1976 yılında duyurdu. Z80 birçok ek özelliklere sahipti. 64Kb bellek,  176 komut,  çok sayıda register(işlemci terimi),  yenilenebilir(refresh) dimaik RAM, tek kaynaktan besleme ve müthiş bir işlem yapabilme hızı. Z80 in bu büyük başarısıyla herkes INTEL den vazgeçti ve Z80 e yöneldi. Bariz bir şekilde anlaşıldığı gibi Z80 o zamanların en iyi 8bit mikroişlemcisi haline geldi. Aynı zamanda Zilog un yanında Mostek,  NEC,  SHARP,  ve SGS diğer üreticiler ortaya çıktı. Z80 Spectrum,  Partner,  TRS703,  Z-3 gibi birçok bilgisayarın kalbi haline geldi.    1976 yılında INTEL firması 8bit işlemcisinin bir gelişmiş versiyonu 8085 ile tekrar gündeme geldi.

31 İKİNCİ NESİL MİKROİŞLEMCİLER
İntel ilk işlemcilerinden 8088’den sonra 8086, 80286, 80386, 80486, Pentium ve Pentium Pro işlemcileri kullanılmaya başlandı. Bu işlemcileri birbirlerinde farklı kılan noktalar iç yapıları ve işlem kapasiteleridir. Örneğin, işlemcisi 8088 işlemcisine göre 3-4 kat daha hızlı bir işlemcidir.   veri yolu adres yolu 80386DX 80386SX 80486SX PENTIUM PENTIUM PRO PENTIUM II PENTIUM III PENTIUM IV ITANIUM

32 ÜÇÜNCÜ VE DÖRDÜNCÜ NESİL MİKROİŞLEMCİLER
Bilgisayarlar 1 ve 0 işleyen makinalardır. Bilgisayarın işlem gücü bilgisayarın aynı anda işleyebileceği 1 ve 0 sayısına bağlıdır. Buna veri yolu uzunluğu veya bit genişliği adı verilir. Bilgisayarlar sınıflandırılırken de bu bit genişliğine göre sınıflandırılırlar. Örneğin 8-bitlik bilgisayar denilince aynı anda 8 biti işlediği anlaşılır.  Mikroişlemciler, bilgileri bilgisayarın belleğinden alıp işler ve bilgileri tekrar belleğe kaydeder. Bellekte bilgiler bit grupları şeklinde saklanmaktadır (her sekiz bitlik gruba 1 byte denmektedir. 1KB=1024Byte 1MB=1024 KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB 1PB=1024PB …….

33 INTEL İŞLEMCİ AİLESİ 8086 mikro işlemci 20 bit ile bellek adresleyebilen 20 bitlik adres yolu kullanan bir mikroişlemcidir bir mikroişlemci 1 MB’lık (220) bellek adresleyebilir. 8088 mikro işlemci, 16 bit üzerinden işlem yapan veri yolu 8 bit olan bir mikro işlemcidir. 80286 Mikro işlemci, adres yolu 20 bit iç ve dış veri yolu 16 bit ve 16 MB’a kadar belleği doğrudan adresleyebilirler. 80386 Mikro işlemci, SX ve DX olarak piyasaya sürülen 386 işlemcilerin adres yolu 32 bit olup 4 GB’lık ana bellek adresleyebilir. SX işlemcinin dış veri yolu 16, iç veri yolu 32 bittir. Saat hızı Mhz’dir. DX işlemcisinin hem iç hem de dış veri yolu 32 bit saat hızı MHZ’dir. 80486 Mikro işlemci, iç ve dış adres yolu 32 bit olup 4 GB adresleyebilen bir mikro işlemcidir. Saat hızları 25 ile 100 Mhz arasında olan çeşitleri vardır. SX modelinde matematik işlemci yoktur. DX ve DX2 modellerinde matematik işlemci olup işlemcinin içinde 4 KB veri ve 4 KB komut önbelleği vardır.(İLK BİLGİSAYARIM)

34 INTEL İŞLEMCİ AİLESİ Pentium Mikro işlemci, Intel firmasının 1994 yılında piyasaya sürdüğü 32 bitlik iç 64 bitlik dış veri yolu kullanan, adres yolu 64 bit olan mikro işlemcidir. 8 KB veri 8KB komut olmak üzere toplam 16 KB’lık önbelleği vardır. Saat hızı 66 ile 200 MHz arasında değişmektedir.Pentium işlemcide 3.1  milyon tane transistör vardır. Pentium  Pro mikroişlemcide Pentium işlemciye ek olarak 256 KB’lık bir L2 ön bellek vardır. Bu işlemlerinde ona hız kazandırmıştır. Saat frekansları 166 ile 200 arsında değişmektedir.  5.5 milyon transistör barındırır. Pentium MMX (MultiMedia eXtension) Eski pentium işlemcilere göre 1.5 kat daha fazla transfer içeren ve pentium işlemcilerle tamamen uyumlu  uyum olan işlemcilerdir. Pentium MMX işlemcilerin 166, 200 ve 233 MHZ hızıında çalışan modelleri vardır. Bu işlemci multimedya (çoklu ortam yazılımları, oyunlar, MPEG gibi grafik tabanlı yazılımlar) uygulamaları için özel komutlar içerir. Ayrıca pentiumlar 16 KB olan önbellek miktarı MMX’de 32 KB’a çıkarılmıştır.

35 INTEL İŞLEMCİ AİLESİ Pentium II Pentium pro işlemcisi ile MMX işlemcisinin birleşimi ile 1997 de orta çıkarıldı. 233,266,300,400 ve 450 MHZ saat hızında çalışan işlemcilerdir. Bu işlerin diğerlerinden farkı SEC (single Edge Contact) adı verilen genişleme yuvalarına (slot) takılan bir işlemcidir. İşlemci anakart üzerindeki Slot-1 adı verilen özel yuvaya takılır. Pentium II işlemcilerde 32 KB’lık bir L1 önbellek ve 512 KB’lık L2 önbellek içerir.

36 INTEL İŞLEMCİ AİLESİ Pentium Celeron Pentium II işlemcilerinin pahalı olması nedeniyle çıkarılan Pentium II işlemcinin ucuz sürümüdür. Aralarındaki temel fark 512 L2 önbelleğinin Pentium Celeron işlemcilerde olmamasıydı. Fakat L2 önbelleğinin olmaması büyük performans düşüklüklerine yol açtığından sonraki sürümlerinde 128 KB’lık bir önbellek konuldu. Pentium III  Pentium III’le birlikte 3-D, konuşma tanıma, video ve ses uygulamalarını destekleyen 70 tane komut eklenmiştir. Bununla birlik yeni komut seti SIMD (single Insruction Multiple Data)’ komutlarını  desteklemektedir. Bu komutlar bir komut ile çoklu hafıza bölgelerindeki verilerin eş zamanlı olarak düzenlenmesine izin vermektedir. PIII’ler 800 Mhz’e kadar saat hızı sunmaktadır. Pentium III’lerin ilk çıktığında 32 KB’lık L1 512 KB’lık L2 önbellekleri vardı. Fakat 128 KB’lık L1 ve 512 KB’lık L2 önbelleğine sahip AMD’nin Athlon işlemcisi testlerde Pentium III’ü geçince Pentium III işlemcisini yeniledi. Yeni çıkan işlemcisinde L2 önbellek miktarını 256 KB’a düşürdü fakat bu önbellek işlemci ile aynı hızda çalışmakta idi. Bir önceki PIII’de ise L2 önbellek işlemcinin yarı hızında çalışmakta idi.

37 Masaüstü Bilgisayarlar İçin Üretilen Son Kuşak Intel İşlemciler
Intel® Core i7 İşlemci Intel® Core™2 Extreme İşlemci Intel® Core™2 Duo İşlemci Intel® Pentium® Extreme Edition İşlemci Intel® Pentium® D İşlemci Hyper-Threading Teknolojisini destekleyen Intel® Pentium® 4 işlemci Extreme Edition Hyper-Threading Teknolojisini destekleyen Intel® Pentium® 4 işlemci Intel® Pentium® 4 İşlemci Intel® Celeron® D İşlemci Intel® Pentium® 3 İşlemci Intel® Pentium® 2 İşlemci Intel® Pentium® İşlemci

38 Dizüstü Bilgisayarlar için üretilen İşlemciler
Intel® Atom™ İşlemci Intel® Core™2 Quad İşlemci Intel® Core™2 Duo İşlemci Intel® Core™ Duo İşlemci Intel® Core™ Solo İşlemci Intel® Pentium® M İşlemci Hyper-Threading Teknolojisini destekleyen Mobil Intel® Pentium® 4 İşlemci Mobil Intel® Pentium® 4 İşlemci Mobil Intel® Pentium® 4 İşlemci - M Intel® Celeron® M İşlemci Mobil Intel® Celeron® İşlemci

39 Server İşlemcileri Intel® Itanium® 2 İşlemci Intel® Xeon® İşlemci
Intel® Xeon® İşlemci MP Intel® Pentium® D İşlemci HT Teknolojisini destekleyen Intel® Pentium® 4 İşlemci Intel® Pentium® 4 İşlemci

40 Intel® Network Processors
Intel® IXP465 Network processor Intel® IXP460 Network processor Intel® IXP455 Network processor Intel® IXP425 Network processor Intel® IXP423 Network processor Intel® IXP422 Network processor Intel® IXP421 Network processor Intel® IXP420 Network processor

41 MİKROİŞLEMCİ TARİHİ Mikroişlemcilerin bu tarihi gelişimi sadece donanım ile mümkün değildir. Aynı zamanda yazılımda donanıma paralel hızda gelişmiştir. 1948 yılında transistörün keşfi ile başlayan genel amaçlı ve çok fonksiyonu çip üretme fikri mikroişlemcilerin üretilmesine öncü olmuştur.

42 MİKROİŞLEMCİ TARİHİ Bu dönemde ilk derleyici Grace Hopper tarafından geliştirilir. Yine yılları arasında üretilen bilgisayarlar için IBM firması COBOL ve FORTRAN gibi yüksek düzeyli dilleri geliştirdi.

43 Tümamiral Grace Murray Hopper (9 Aralık 1906 – 1 Ocak 1992) Amerikalı bilgisayar bilimcisi ve ABD donanmasında rütbeli askerdi. Harvard Mark I bilgisayarının ilk programcılarından biriydi. Bilgisayar programlama dilleri için ilk derleyiciyi geliştirdi. İlk modern programlama dillerinden biri olan COBOL'un geliştiricilerindendi. Bilgisayar dilinde "debugging" diye bilinen programı hatalardan temizleme konseptinin de ilk kullanıcılarındandı. Amerikan savaş gemisi USS Hopper adını kendisinden almıştır. Hopper

44 MİKROİŞLEMCİ TARİHİ yılları arasında geliştirilen bilgisayarlar için MIT MULTICS işletim sistemini geliştirdi. Bu OS daha sonra BELL LAB’da UNIX’ı geliştirmede kullanıldı. Yine C dili de bu dönemde geliştirildi. 1971’li yıllarda INTEL bir bilgisayarın bir çok parçasını tek bir tümdevreye yerleştirirken Bill GATES heniz 16 yaşında ve 5 yıl sonra Microsoft Firmasını kuracaktır.

45 MİKROİŞLEMCİ TARİHİ 1977’de Steve Jobs ve Steve Woznaik Apple 1 bilgisayarı üretti.1980’li yıllarda Apple en çok satan PC olmuştur. 1981 yılında IBM 8088 işlemciyi kullanan ilk kişisel bilgisayarla piyasaya girdi. Bu yıllarda Gates IBM için MS-DOS’u geliştirdi. 1983’te ilk GUI’ye sahip işletim sistemi Apple Lisa piyasaya sürüldü.Bu yıllarda IBM DOS’u ile Macintosh’un tahtını sarsamadı.

46 MİKROİŞLEMCİ TARİHİ 1990’da Windows 3.1 piyasaya sürüldükten sonra Microsoft ve de IBM bilgisayarlar bu yarışta öne geçmiş oldular. Dördüncü nesil bilgisayarlar için “Multimedia is the computer” denilmekte iken gelecek bilgisayarlar için “Network is the computer” denilmektedir.

47 Videolar Intel museum 40 years of chamging world Get Inside an Intel 45nm Chip Factory 4. How do they make Silicon Wafers and Computer Chips? 5. Silicon Wafer Processing Animation