|
|
Modern Bilgisayar Mimarisi Bilgisayar
Organizasyonu Destekli Prof. Dr. Osman ALİEFENDİOĞLU Prof. Dr. Cengiz UĞURKAYA Editör: Prof. Dr. Toros Rifat Çölkesen Bilimsel yayıncılığın öncü gücü... ISBN: 978-925-6701-12-0, 20 Ocak 2026 420 sayfa, (16x24 cm2), Enzo Lüks Kitap
Kağıdı Şimdi ön siparişla satın al |
||||||
|
Modern Bilgisayar Mimarisi PDF İçindekiler Arka kapak yazısı. Bilgisayar mimarisi, çağımız
dijital dünyasını ayakta tutan görünmez iskelettir. Donanım bileşenlerinin
nasıl düzenlendiğini, verinin nasıl işlendiğini ve yazılımın donanımla nasıl
etkileştiğini anlamadan, modern bilgi işlem dünyasının dinamiklerini kavramak
mümkün değildir. “Modern Bilgisayar Mimarisi ve Organizasyonu”, bu karmaşık
yapıyı sistematik ve çağdaş bir bakış açısıyla ele alan kapsamlı bir başvuru
kaynağıdır. Kitap,
temel bilgisayar organizasyon kavramlarından başlayarak mikroişlemci ve
mikrodenetleyici yapısına, bellek hiyerarşisinden komut kümesi mimarilerine,
kesme mekanizmasından pipeline komut yürütmeye kadar bilgisayarın işleyişini
tüm yönleriyle ele almaktadır. Her bölüm, teorik temellerin yanısıra modern
işlemci mimarilerinden (Intel, Motorola, ARM, RISC-V vb.) örneklerle
desteklenmiş; okura donanımın ardındaki mantığı adım adım kavrama fırsatı
sunulmuştur. Gelişen
teknolojilere paralel olarak, taşınabilir cihazlar için enerji verimli
mimariler, yapay zeka odaklı donanımlar ve biyolojik bilgisayar sistemleri
gibi ileri düzey konular da ele alınmıştır. Ayrıca, RISC-V Assembly
laboratuvar deneyleri bölümü, kitabı salt teorik bir kaynak olmaktan çıkarıp
öğrenci ve mühendisler için pratik bir rehbere dönüştürmektedir. Bu
eser; bilgisayar mühendisliği, elektrik-elektronik mühendisliği ve yazılım
mühendisliği öğrencileri, donanım tasarımı, gömülü sistemler ve işlemci
geliştirme alanlarında çalışan profesyoneller için modern bilgi işlem
dünyasının kapılarını aralayan bir rehberdir.
İÇİNDEKİLER Önsoz Kısaltmalar Terim
Karşılıkları Önsöz xv Kitap Hakkında xvi Bölüm 1. Giriş: Bilgisayar Mimarisi ve Bilgisayar
Organizasyonu 19 1.1.
Bilgisayar Mimarisi ve Bilgisayar Organizasyonu Kavramları 19 1.2.
Bilgisayar Mimarisi ve İşlemci Mimarisi Sınıflama Metodolojisi 20 1.2.1.
Bilgisayar Mimarisi: Sistem Düzeyinde Sınıflama Yaklaşımı 21 1.2.2.
İşlemci Mimarisi: Komut İşleme ve Donanım Açısından Yaklaşım 25 1.3.
Dijital Mantık ve Boole Cebri 26 1.3.1.
Lojik / Mantıksal Tasarım 26 1.3.2.
Boole Cebri 28 1.4.
Bilgisayar Sistemlerinin Katmanlı Yapısı 28 1.5.
Bilgisayarın Ana Bileşenleri 30 1.6.
Bilgisayar Mimarisini Bilmek ve Epistemolojik Temeller 31 1.6.1.
Mimari: “Donanımı Anlayan Yazılım” 31 1.6.2.
Organizasyon: "Gerçek Donanımın Davranışını Tahmin Etmek" 32 1.7.
Bilgisayar Mimarilerinin Tarihsel Gelişimi 32 1.8.
Bellek ve Saklama/Depolama Hiyerarşisine Genel Bakış 34 1.9.
Modern Mimari Eğilimleri ve Gelecek Perspektifi 35 1.10.
Taşbaskıdan Litografiye: Baskı Sanatından Nanoteknolojiye 37 1.11.
Özet 39 1.12.
Sorular 39 Bölüm 2. İşlemciler: Sınıflaması, Mimarileri ve Organizasyonu 41 2.1.
Temel İşlemci Mimarileri 42 2.1.1.
Bellek ve İşlem Birimi Bağlantısına Dayalı Sınıflama: Von-Neumann ve Harvard 42 2.1.2.
Komut Yapısına Göre İşlemci Sınıflaması: RISC ve CISC 43 2.1.3.
İşlemci Mimari Türlerinin Kesişimi: RISC, CISC, Harvard/Von Neumann 44 2.2.
İşlemci Bileşenleri ve Organizasyonu 46 2.2.1.
Aritmetik Mantık Birimi (ALU) 47 2.2.2.
İşlemci Kontrol Birimi ≈ Processor Control Unit 48 2.2.3.
Saklayıcılar ≈ Registers 50 2.2.4.
Veri ve Adres Yolları 53 2.3.
Bellek Hiyerarşisi ve Cep-Bellek (Cache Memory) Bellek Organizasyonu 54 2.4.
İşlemci Performansını Etkileyen Faktörler 57 2.5.
Gelişmiş İşlemci Mimarileri ve Tarihsel Süreç 59 2.6.
Özet 61 2.7.
Sorular 61 Bölüm 3. Komut Kümesi Mimarisi ISA 63 3.1.
Bilgisayar Sistemlerinde Katmanlı Soyutlama Modeli ve ISA’nın Yeri 63 3.2.
Komut Kümesi Mimarisi ISA Sınıflaması 65 3.2.1.
Geleneksel Klasik ISA’lar 66 3.2.2.
Modern (Basitleştirilmiş / RISC Tabanlı) ISA’lar 67 3.3.
Modern ISA’lar: x86-64, ARM, RISC-V 68 3.3.1.
x86-64 (AMD64 / Intel 64) ISA 68 3.3.2.
ARM (Advanced RISC Machine) ISA 69 3.3.3.
RISC-V ISA 71 3.4.
ISA SIMD ve ISA Vektör Eklentileri 72 3.4.1.
Vektör Eklentisi Komut Kümeleri 72 3.5.
Klasik ISA Komut Türleri 74 3.6.
Bellek Adresleme Modlar 76 3.6.1.
Temel Adresleme Modları 77 3.6.2.
Modern İşlemcilerde Modern Adresleme Modları 79 3.6.3.
Adresleme Modlarının Performans ve Mikro-Mimari Etkileri 80 3.7.
RISC ve CISC Komut Yapısı Karşılaştırılması 81 3.8.
Özet 83 3.9.
Sorular 83 Bölüm 4. Bellek Yönetim Birimi: Bellek Hiyerarşisi ve Sanal
Bellek 85 4.1.
Bellek Hiyerarşisi: Saklayıcılar, Cep Bellek ve Ana Bellek 86 4.1.1.
Saklayıcılar ≈ Registers 86 4.1.2.
Cep Bellek ≈ Cache Memory 87 4.1.3.
Ana Bellek ve NVRAM ≈ Main Memory and NVRAM 89 4.2.
Disk/Depolama Birimleri (SSD/HDD) 91 4.3.
Doğrusal Bellek Yapısında Fiziksel Adres ve Sanal Adres 92 4.3.1.
Fiziksel Bellek 92 4.3.2.
Fiziksel Adres ve Sanal Adres 94 4.3.3.
Fiziksel Bellekteki Doğrusallık Kırılmaları 94 4.3.4.
NUMA Mimarisi ve Topolojisi 95 4.4.
Sanal Bellek Yapısı 96 4.4.1.
Sanal Bellek Oluşturmanın Amacı 96 4.4.2.
Sayfalama ≈ Paging 97 4.4.3.
Dilimleme ≈ Segmentation 99 4.4.4.
Sayfalama ve Dilimleme Birlikteliği 100 4.4.5.
Bellek ve Disk İkilisinde Yer-değiştirme ≈ Swapping 100 4.5.
Bellek Yönetim Birimi (BYB) ≈ Memory Management Unit (MMU) 102 4.5.1.
Bellek Yönetim Biriminin Temel Görevleri 102 4.5.2.
Bellek Yönetim Biriminin İç Bileşenleri 104 4.6.
Cep Bellek Organizasyonu 106 4.6.1.
Doğrudan Erişimli Cep Bellek 107 4.6.3.
Yarı Bağlantılı Cep Bellek 107 4.6.4.
Cep Bellek Yer-değiştirme Politikaları ≈ Cache Replacement Policies 108 4.6.5.
Cep Bellek Tutarlılığı ≈ Cache Coherency 109 4.7.
Modern Bellek Teknolojileri: DDR5, HBM, NVRAM, Optane 111 4.7.1.
DDR Bellek Teknolojisi (DDR1–DDR5) 111 4.7.2.
HBM ≈ High Bandwidth Memory 112 4.7.3
NVRAM ≈ Non-Volatile RAM 113 4.7.4.
Intel Optane 113 4.8.
Özet 113 4.9.
Sorular 114 Bölüm 5. Veri Aktarımı ve Giriş/Çıkış Birimleri Organizasyonu 115 5.1.
Veri Aktarımına Giriş 115 5.1.1.
İşlemci–Bellek–G/Ç İlişkisi 116 5.1.2.
G/Ç Alt Sisteminin Temel İşlevleri 117 5.1.3.
G/Ç Performans Ölçütleri ≈ Latency, Throughput, Bandwidth 118 5.2.
Sistem Veri Yolları 119 5.2.1.
Paralel ve Seri Veri Yolları 119 5.2.2.
Adres, Veri ve Kontrol Hatları 121 5.2.3.
Seri Veri Yollarında Hat Yapısı 122 5.2.4.
Erişim Hakemliği ve Veri Yolu Çatışmaları 126 5.2.5.
Geçmişten Günümüze Yaygın Kullanılan Arabirim Standartları 126 5.3.
G/Ç Veri Aktarım Teknikleri 127 5.3.1.
Yoklamalı G/Ç ≈ Polling I/O 127 5.3.2.
Kesme Tabanlı G/Ç ≈ Interrupt-Driven I/O 128 5.3.3.
Doğrudan Bellek Erişimi ≈ Direct Memory Access (DMA) 129 5.3.4.
DMA Denetleyicisi ve Çalışma Şekli 130 5.4.
Kesme Mekanizması 132 5.4.1.
Kesme Türleri: Donanım ve Yazılım 132 5.4.2.
Kesme Vektörü ve Kesme Hizmet Rutini 133 5.4.3.
Kesme Önceliklendirme ve PIC/APIC Mimarisi 135 5.4.4.
Kesme ve İstisna Farkı 136 5.5.
Bellek Haritalı ve Port Adresli G/Ç 136 5.8.
Özet 137 5.9.
Sorular 137 Bölüm 6. Modern Veri Depolama Sistemleri ve RAID Mimarileri 139 6.1.
Depolama Birimleri ≈ Storage Units 140 6.2.
Sabit Diskler (HDD) ve Bileşenleri 142 6.2.
Sabit Diskin Fiziksel Yapısı ve Verinin Yazılma Düzeni 144 6.2.1.
Verinin Yazıldığı Plakalar 145 6.2.2.
İzler ≈ Tracks 145 6.2.3.
Sektörler ≈ Sectors 6.2.4.
Silindir ≈ Cylinder 146 6.2.5.
Okuma/Yazma Kafası ≈ Read/Write Head 148 6.2.6.
Lojik Blok Adresleme ≈ Logical Block Addressing (LBA) 148 6.3.
Katıhal Sürücüleri ≈ Solid State Drive (SSD) 151 6.3.1.
Katıhal Sürücü Tasarım Bileşenleri 151 6.3.2.
SSD’lerde Verinin Yazılma Düzeni 153 6.3.3.
NAND Hücre Tipine Göre SSD Türleri 154 6.4.
Optik Diskler ve Manyetik Bantlar 155 6.4.1.
Optik Disk Teknolojisinin Temelleri 155 6.4.2.
Optik Disk Türleri: CD, DVD, Blu-ray 155 6.4.3.
Manyetik Bant Teknolojisinin Temelleri 156 6.5.
RAID Mimarileri 157 6.5.1.
RAID Mimarisi Kavramının Temelleri ve Organizasyonu 157 6.5.2.
RAID Düzeyleri ve Özellikleri 158 6.5.3.
RAID Sistemlerinde Dikkat Edilmesi Gerekenler 159 6.6.
Modern ve Alternatif Depolama Mimarileri 159 6.6.1.
ZFS ve RAID-Z Türevi 160 6.6.2.
Hata Düzeltme Kodlaması ≈ Erasure Coding (EC) 161 6.7.
Ağ Tabanlı Depolama Sistemleri 161 6.8.1.
Ağa Bağlı Depolama Sistemi ≈ Network Attached Storage (NAS) 162 6.8.2.
Depolama Alanı Ağı ≈ Storage Area Network (SAN) 162 6.8.3.
Bulut Depolama ≈ Cloud Storage 163 6.8.
Özet 165 6.9.
Sorular 165 Bölüm 7. İşlemci Organizasyonu: İşlemci, Mikroişlemci ve
Mikrodenetleyiciler 167 7.1.
İşlemci, Mikroişlemci, Mikrodenetleyici ve İşlem Birimi Kavramları 168 7.1.1.
İşlemci ve Mikroişlemci Arasındaki Fark 171 7.1.2.
Mikrodenetleyici ve Mikroişlemci Arasındaki Fark 171 7.1.3.
Modern İşlemci Mimari Bileşenleri 172 7.1.4.
Diğer Özel İşlemci Türleri: DSP, GPU, APU, SoC ve FBGA 174 7.2.
Kontrol Birimi Organizasyonu ve Veri-İşleme-Yolu 179 7.2.1.
Veri-işleme-yolu Organizasyonu 179 7.2.2.
Kontrol Birimi Organizasyonu 180 7.3.
Komut Yürütme Aşamaları ve Pipeline Komut İşleme Organizasyonu 181 7.3.1.
Komut Yürütme Aşamaları 182 7.3.2.
Pipeline Yapıda Performansı Etkileyen Olumsuzluklar 183 7.4.
Saklayıcılar ve Saklayıcı Dosyası Organizasyonu 185 7.5.
ALU Organizasyonu ve Modern ALU Özellikleri 186 7.5.1.
ALU Tasarım İlkeleri 187 7.5.2.
Pipeline Mimaride ALU İlişkisi 188 7.6.
Özet 188 7.7.
Sorular 189 Bölüm 8. İşlemci Denetim Birimi 191 8.1.
Denetim Biriminin Görevleri 192 8.2.
Üretilen Tipik Kontrol İşaretleri Örneği 193 8.3.
Sabit-devreli Denetim Birimi ≈ Hardwired Control Unit 194 8.4.
Mikro-programlı Denetim Birimi 197 8.5.
Modern Denetim Birimlerinde Pipeline Mimari Etkileşimi 200 8.7.
Özet
201 8.8.
Sorular 201 Bölüm 9. Pipeline Komut Yürütme Mimarisi ve İşlemci
Performansı 203 9.1.
Pipeline Yaklaşımının Temel Mantığı 203 9.1.1.
Pipeline Aşamaları: Klasik 5-katmanlı Örnek 204 9.1.2.
Pipeline Mimarini Getirdiği Kazanç: Hızlanma ≈ Speedup 206 9.2.
Pipeline Yapıda Veri Bağımlığı ve Sınırlamalar 208 9.2.1.
Pipeline Mimarinin Sınırlamaları 210 9.3.
Modern İşlemcilerde Pipeline Uygulamaları 211 9.3.1.
Modern Pipeline Uygulamasında Süperskaler İşlemciler 212 9.3.2.
Pipeline Mimarisinde Grafik İşlemciler 213 9.4.
Yapay Zeka ve Derin Öğrenme Hızlandırıcılarında Pipeline Yapı 215 9.5.
Dijital İşaret İşleme (DSP) Birimleri ve Pipeline Mimari 215 9.6.
Modern İşlemcilerde Hızlanma Analiz Sonuçları 216 9.7.
Pipeline Mimaride Dikkat Edilmesi Gerekenler 217 9.8.
Özet
219 9.9.
Sorular 219 Bölüm 10. Kesme Mekanizması: IRQ/NMI, Kesme Hizmet Rutini 221 10.1.
Sistemlerde Kesme Mekanizması Gerekliliği 221 10.2.
Kesme Mekanizması Yapısı 223 10.2.1.
Kesme Mekanizması Bileşenleri ve İşlemci/Denetleyici Farkı 224 10.2.2.
Maskelenebilir ve Maskelenemeyen Kesmeler 228 10.2.3.
Kesme Vektör Tablosu 229 10.2.4.
Kesme Sürecinde Öncelik Durumları 230 10.3.
Kesmenin Tetiklenmesi ve Üretilmesi 231 10.3.1.
Yazılım Kaynaklı Kesmeler 232 10.3.2.
Donanım Kaynaklı Kesme 233 10.3.4.
İç-içe Kesme: Kesme Süreci İçinde Yeni Kesme İsteği 233 10.4.
Adım Adım Klasik Kesme Davranışı 234 10.5.
Pipeline Mimarisi ile Kesme Etkileşimi 235 10.5.1.
Hassas Kesme ve Belirsiz Kesme Kavramları 235 10.5.2.
Kesme Gecikmesi ve Pipeline Derinliği 236 10.5.3.
Mimari Örnekler: MIPS, ARM ve x86 Pipeline-Kesme Yönetimi 236 10.6.
Kesme ile İstisna Arasındaki Farklar 237 10.7.
Özet 238 10.8.
Sorular 238 Bölüm 11. Mikrodenetleyici Mimarileri ve Organizasyonu 239 11.1.
Mikrodenetleyici Mimarisinin Kavramsal Temeli 239 11.1.1.
Donanım Organizasyonunun Temel Bileşenleri 240 11.1.2.
Mimari Evrim ve Performans Eğilimleri 241 11.2.
Mikrodenetleyicilerde Kesme Mekanizması 245 11.3.
Yaygın Mikrodenetleyici Mimarileri: 8051, PIC, AVR, ARM, RISC-V 264 11.3.1.
Intel 8051 Mikrodenetleyicisi 246 11.3.2.
Microchip PIC Serisi Mikrodenetleyiciler 247 11.3.3.
Atmel AVR Mikrodenetleyicileri 249 11.3.4.
ARM Cortex-M Serisi 250 11.3.5.
RISC-V Mikrodenetleyicileri 252 11.4.
Örnek Bir Mikrodenetleyici İncelmesi: 8051 Ailesi 253 11.4.1.
8051 Mikrodenetleyicisinin Genel Yapısı 254 11.4.2.
8051 Çevre Birimleri 254 14.4.3.
8051’de Kesme Mekanizması 255 11.4.4.
8051’in ISA’sı: Komut Kümesine Genel Bir Bakış 259 11.5.
Özet 265 11.6.
Sorular 266 Bölüm 12. Mimari Açıdan Motorola ve Intel Aileleri 267 12.1.
Motorola İşlemcilerinin Genel Özellikleri 267 12.1.1.
Motorola 68K Serisi İşlemciler ve Temel Özellikleri 268 12.1.2.
Motorola 68K Mimari Ayrıntıları 269 12.1.3.
Motorola 68K Serisi Sonrası Gelişmeler 270 12.1.4.
Power PC İşlemcisi ve Sonrası 271 12.1.5.
Motorola Akıllı Telefon İşlemcileri 271 12.2.
Intel İşlemcilerinin Genel Özellikleri 272 12.2.1.
Intel İşlemciler ve Temel Özellikleri 273 12.2.2.
Intel Mimari Ayrıntıları 273 12.2.3.
Pentium Serisinin Sonu ve Core Serisinin Başlangıcı 275 12.2.4.
Intel Core i9-14900KS 275 12.3.
Motorola ve Intel Ailelerin Karşılaştırılması 276 12.3.1.
Motorola 68K ve Intel x86 Serilerin Karşılaştırması 276 12.3.2.
Motorola ve Intel İşlemcilerinin Organizasyon Karşılaştırılması 277 12.4.
Motorola ve Intel Dışında İşlemciler: ARM, MIPS, SPARC, Dec Alpha 280 12.4.1.
ARM Mimarisi (Advanced RISC Machines) 280 12.4.2.
MIPS Mimarisi 281 12.4.3.
SPARC (Ölçeklenebilir İşlemci Mimarisi) 282 12.4.4.
PowerPC ≈ IBM – Motorola – Apple 283 12.4.5.
DEC Alpha 284 12.4.6.
IBM z/Architecture ≈ Mainframe İşlemcileri 285 12.4.7. GPU Mimarileri ≈ NVIDIA, AMD 285 12.4.8. RISC-V 286 12.5.
Özet 287 12.6.
Sorular 288 Bölüm 13. Taşınabilir Cihaz Mimarileri 289 13.1.
Gelişmiş Mobil İşlemci Türleri 291 13.2.
Bellek ve Saklama Organizasyonu 292 13.2.1.
LPDDR Bellekler ≈ Low Power Double Data Rate Memory 292 13.2.2.
Cep (Cache) Bellek ve Hiyerarşi 293 13.2.3.
Flash Saklama Birimi ve UFS/eMMC 294 13.3.
Mobil Cihazlarda Enerji Verimliliği ve Güç Yönetimi 295 13.3.1.
Dinamik Voltaj ve Frekans Ölçeklemesi (DVFS/AVFS) 295 13.3.2.
Uyku ve Düşük Güç Modları 298 13.4.
Taşınabilir Sistem İşlemci Mimarisi ARM 298 13.4.1.
ARM (Advanced RISC Machines) ve RISC Felsefesi 298 13.4.2.
ARM Mimarisi Temel Özellikleri 299 13.4.3.
ARM Mimarisi Aileleri 304 13.5.
“big.LITTLE” Çekirdek Yapısı ve Heterojen Tasarım 306 13.6.
Özet 307 13.7.
Sorular 308 Bölüm 14. Yapay Zeka için
Bilgisayar Mimarileri / Donanımlar 309 14.1.
Yapay Zeka Uygulamasının İşlem Süreci ve Paralellik Doğallığı 309 14.1.1.
Derin Öğrenmede İleri Geçiş ve Geri Yayılım 310 14.1.2.
Sinir Ağlarında Nöron İşlemleri 310 14.2.
Yapay Zeka Uygulamaları Özel Donanım Birimleri 312 14.2.1.
Grafik İşleme Birimi ≈ Graphics Processing Unit (GPU) 312 14.2.3.
Tensör İşleme Birimi ≈ Tensor Processing Unit (TPU) 313 10.2.4.
Sinirsel İşlem Birimi ≈ Neural Processing Unit (NPU) 314 14.2.5.
GPU, TPU ve NPU Karşılaştırması 315 14.2.6.
Vaka Analizi: Google TPU Mimarisi 315 14.3.
Derin Öğrenme İşlem Akışı 316 14.4.
Uç Yapay Zeka (Edge AI) ve Donanım Tabanlı Öğrenme 317 14.5.
Tipik Bir Yapay Zeka Sunucu Sistemi 318 14.5.1.
Büyük YZ Modellerinde GPU ve Hızlandırıcıların Rolü 319 14.6.
Yapay Zeka Uygulaması Geliştirme Framework Altyapısı 320 14.6.1.
Framework ile Mimari/Donanım İlişkisi 320 14.6.2.
Yazılım Mimarisi ile Donanım Katmanları Arasındaki Etkileşim 320 14.6.3.
Yapay Zeka Framework Türleri 321 14.7.
Komple Yapay Zeka Bulutunda Gerekli Sunucu Türleri 324 14.7.1.
Sunucu Sistemlerinin Üreticileri 324 14.7.2.
Yapay Zeka Sunucuları Ağ Topolojisi 325 14.7.3.
Uygulama Sunucusu ile Model Sunucusu İlişkisi 326 14.8.
Özet 327 14.9.
Sorular 327 Bölüm 15. İşlemci Tasarımında En Alt Organizasyon Seviyesi 329 15.1.
Kombinezonsal Devre Tasarımı 329 15.1.1.
Örnek: 1-bitlik Toplayıcı Devresi Tasarımı 331 15.1.2.
Örnek: Aritmetik Mantık Birim (ALU)
Tasarımı 332 15.2.
Ardışıl Mantıksal Devre Tasarımı 334 15.3.
Mantıksal Devre Tasarımında Algoritmik Yaklaşım 337 15.4.
Basit 4-bitlik İşlem Birimi Tasarımı 338 15.5.
Özet 15.6. Sorular 345 Bölüm 16. Biyolojik
Bilgisayarlar ve Yeni Nesil Bilgi İşleme Mimarileri 347 16.1.
DNA, Protein ve Hücre Tabanlı Bilgi İşleme 349 16.1.1.
DNA Tabanlı Bilgi İşleme 349 16.1.2.
Protein Tabanlı Bilgi İşleme 351 16.1.3.
Hücre Tabanlı Bilgi İşleme 352 16.1.4.
Biyolojik Bilgisayar Yaklaşımlarının Karşılaştırılması 353 16.2.
Biyolojik Bilgisayarların Mimari Yaklaşımı 353 16.2.1.
Mimari Temel: Von Neumann Dışı Bir Yapı 353 16.2.2.
Mimari Katmanlar 354 16.2.3.
Biyolojik Donanım Bileşenleri 354 16.2.4.
Mimari Özellikler ve Sistem Dinamikleri 355 16.2.5.
Mimari Sınıflandırma Önerisi 355 16.3.
Biyolojik Bilgisayarların Teknik Özellikleri 356 16.3.1.
İşlem Hızı ve Paralellik 357 16.3.2.
Hata Toleransı ve Kendini Onarma Özelliği 358 16.3.3.
Enerji Verimliliği, Ölçeklenebilirlik ve Depolama Yoğunluğu 358 16.4.
Olası Uygulama Alanları: Tıp, Yapay Zeka ve Nano-biyoteknoloji 359 16.4.1.
Tıp ve Biyomedikal Uygulamalar 359 16.4.2.
Yapay Zeka ve Biyomoleküler Hesaplama 360 16.4.3.
Nano Sistemler ve Biyoentegre Teknoloji 361 16.5.
Biyolojik Bilgisayar Proje Örnekleri 361 16.5.1.
DNA Tabanlı Kanser Hücresi Algılayıcı Biyolojik Bilgisayar 362 16.5.2.
CL1: İnsan Beyin Hücreleriyle Çalışan İlk Ticari Biyolojik Bilgisayar 363 16.5.3.
DNA Tabanlı Moleküler Mantık Devreleri ile Kanser Tanısı 365 16.6.
Biyolojik Bilgisayarlarda Etik, Biyogüvenlik ve Toplumsal Sorumluluk 367 16.7.
Özet 368 16.8.
Sorular 369 Bölüm 17. İşletim Sistemi ile Bilgisayar Mimarisi Etkileşimi 371 17.1
İşletim Sistemlerinin Genel Yapısı ve Mimarisi 372 17.1.1
İşletim Sisteminin Temel Bileşenleri 373 17.1.2
İşletim Sistemi Mimarisi Türleri 376 17.1.3.
İşletim Sisteminin Donanımla Etkileşim Noktaları 377 17.2.
Bağlam Anahtarlama ve Saklayıcıların Korunması 378 17.3.
Ayrıcalık Düzeyleri ve Halka Organizasyonu 379 17.4.
Bellek Yönetim Birimi (MMU) ve Çeviri Önbelleği (TLB) Organizasyonu 380 17.5.
Donanım Destekli Güvenlik 381 17.5.1
Mimari Yaklaşımlar 381 17.5.2
İşletim Sistemi Üzerindeki Etkiler 382 17.6.
Özet 383 17.7.
Sorular 383 Ek 1. RISC-V Assembly Laboratuvar Deneyleri 385 Deney
1. Toplama ve Çıkarma İşlemleri 387 Deney
2. Koşullu Dallanma ve Karar Yapısı 387 Deney
3. Döngü ve Sayaç Uygulaması 388 Deney
4. Dizi Üzerinde Toplama 388 Deney
5. Basit Giriş/Çıkış İşlemleri (Simülasyon Ortamında) 389 Deney
6. Sabit Sayıların Toplanması 390 Deney
7. Koşullu Dallanma 390 Deney
8. Döngü ile Sayı Sayma 391 Deney
9. Dizi Elemanlarının Toplanması 392 Deney
10. Faktöriyel Hesaplama 392 Deney
11. Klavyeden Girilen İki Sayıyı Karşılaştırma 393 Deney
12. Fibonacci Serisinin İlk 10 Elemanını Hesaplama ve Belleğe Yazma 394 Deney
13. Bir Sayının Asal Olup Olmadığını Belirleme 395 Deney
14. RISC-V ile İki Sayının OBEB (GCD) Hesaplanması 396 Kaynakça 399 Dizin 410 Kitap Hakkında Bu
kitap, bilgisayar mimarisini yalnızca donanım bileşenleri düzeyinde değil;
işletim sistemi, performans, güvenlik ve güncel mimari eğilimlerle birlikte
ele alan bütüncül bir başvuru kaynağı olarak tasarlanmıştır. Bu nedenle
içerik, temel kavramlardan başlayıp ileri düzey mimari yapılara doğru adım
adım ilerleyen bir yaklaşımla hazırlanmıştır. Kitabın
ilk bölümleri bilgisayar mimarisinin temel kavramlarını, tarihsel gelişimini
ve mimari–organizasyon ayrımını ortaya koymayı amaçlamaktadır. Orta
bölümlerde komut kümeleri, bellek hiyerarşisi, kesme mekanizmaları, G/Ç
organizasyonu ve işlemci iç yapıları ayrıntılı biçimde ele alınarak klasik
mimari bilgi omurgası oluşturulmuştur. İlerleyen bölümlerde ise çok
çekirdekli sistemler, hızlandırıcılar, yapay zeka işlem birimleri, işletim
sistemi etkileşimi ve donanım destekli güvenlik gibi güncel ve ileri konulara
yer verilmiştir. Temel
mimari kavramlara hâkim okuyucular, kitaptaki bölümleri gereksinimlerine göre
doğrudan okuyabilirler; ancak ders amaçlı kullanımda bölümlerin sıralı olarak
izlenmesi önerilmektedir. Bölüm sonlarında verilen özet ve değerlendirme
soruları, kavramların pekiştirilmesi ve sistem düzeyinde düşünme becerisinin
geliştirilmesi amacıyla hazırlanmıştır. Ek
bölümde sunulan RISC-V assembly laboratuvar uygulamaları, mimari kavramların
yalnızca teorik düzeyde kalmamasını sağlayarak, işlemci davranışlarının
doğrudan gözlemlenmesine imkan verir. Bu ek bölüm özellikle mikroişlemci,
gömülü sistemler ve bilgisayar mimarisi derslerinde uygulamalı çalışma yapmak
isteyenler için tamamlayıcı bir kaynak niteliğindedir. Kitap
boyunca mimari terimler tutarlı biçimde kullanılmaya özen gösterilmiş, sıkça
karıştırılan kavramlar özellikle ayrıştırılmış ve donanım–yazılım sınırı
bilinçli olarak vurgulanmıştır. Bu yönüyle eser, okuyucuya bilgisayar
sistemlerinin yalnızca “nasıl çalıştığını” değil, aynı zamanda “neden
bu şekilde tasarlandığını” da göstermeyi hedeflemektedir. Hazırlanması
yıllara yayılan bu çalışmanın olası eksiklerinin giderilmesi ve daha da
geliştirilmesine katkı sağlayacak her türlü yapıcı görüş ve öneri,
memnuniyetle karşılanacaktır. Papatya
Bilim Yayınevi - Yayın Kurulu |
|||||||
