Bilgi Sistemleri İşletimi

Bilgisayar Mimarisi ve Çalışma Mantığı

Bilgisayar Mimarisi ve Çalışma Mantığı

Bilgi sistemleri altyapısının nasıl çalıştığını anlamanın anahtarı bilgisayar mimarisidir. Çünkü bir bilgisayarın yalnızca fiziksel parçalardan oluştuğunu düşünmek eksik olur. Gerçekte bilgisayar; donanım, gömülü kodlar, çekirdek yapısı, işletim sistemi süreçleri ve sistem yazılımlarının birbiriyle uyumlu çalıştığı katmanlı bir düzendir. Bu bölümde, bilgisayarın hangi mantıkla çalıştığı ve işletim sistemi düzeyindeki temel işleyiş kitapta verilen çerçeveye sadık kalınarak açıklanmaktadır.

1) Bilgisayar Mimarisi Nedir?

Bilgisayar mimarisi, bilgisayarın işletim sistemi ile etkileşime giren, hiyerarşik yapıda düzenlenmiş bir dizi devre ve mantık katmanı olarak görülebilir. Bu yaklaşım, bilgisayarı tek parçalı bir cihaz gibi değil; birbiri üstüne kurulu katmanlardan oluşan düzenli bir sistem olarak anlamamızı sağlar.

Bu hiyerarşik yapının en altında bilgisayar donanımı yer alır. Donanım üzerinde bazı gömülü kodlar bulunur. Bunun üstünde çekirdek yani kernel katmanı yer alır. Kernelin üzerinde ise kullanıcıları destekleyen işletim sistemi süreçleri ve sistem yazılımı çalışır. Böylece donanım kaynakları kontrollü şekilde kullanılır, işlemler yönetilir ve kullanıcı programları için çalışma ortamı sağlanır.

2) Donanım Katmanı

Hiyerarşinin temelinde bilgisayar donanımı yer alır. Donanım, fiziksel parçaların tümüdür ve sistemin işlem yapabilmesi için gerekli fiziksel altyapıyı sağlar. İşlemci, bellek, depolama, çevre birimleri ve diğer fiziksel bileşenler bu katmanda yer alır.

Ancak donanım kendi başına işlev üretmez. Donanımın belirli görevleri yerine getirebilmesi için, ona ne yapacağını söyleyen daha alt ve üst seviye yazılım katmanlarına ihtiyaç vardır. İşte bu nedenle mimari yaklaşımda donanım tek başına değil, üstündeki katmanlarla birlikte değerlendirilir.

3) Firmware Katmanı

Donanımın hemen üstünde firmware yer alır. Firmware, gömülü kodlar içeren ve donanımın temel düzeyde başlatılmasına, tanınmasına ve ilk kontrollerin yapılmasına katkı sağlayan katmandır. Bu yapı, donanımla daha üst düzey yazılım katmanları arasında ilk bağlantıyı kurar.

Kullanıcı çoğu zaman firmware katmanını doğrudan görmez. Ancak sistemin sağlıklı açılması, ilk donanım kontrollerinin yapılması ve çekirdek seviyesine geçişin hazırlanması bakımından kritik önemdedir.

4) Kernel Nedir?

Çekirdek yani kernel, bilgisayar mimarisinde donanımın üzerinde yer alan ve işletim sisteminin en kritik bölümünü oluşturan katmandır. Kernel, çoğu kullanıcının erişiminin kısıtlandığı son derece ayrıcalıklı bir alandır. Bunun nedeni, bilgisayarın temel kaynaklarının ve çalışma düzeninin bu bölüm tarafından yönetilmesidir.

Kernel, uygulama programı gibi çalışan sıradan bir yazılım değildir. Tam tersine, sistemin merkezî kontrol katmanıdır. İşlem oluşturulması, bellek kullanımı, girdi-çıktı desteği ve görev dağıtımı gibi temel işlevler burada yürütülür.

5) Kernelin İşlem Yönetimi Görevi

Kernelin temel görevlerinden biri işlem yönetimidir. İşlem yönetimi; işlem oluşturma, işlem sonlandırma, işlem durum değişimi, görev dağıtımı, işlem senkronizasyonu ve işlemler arası iletişim gibi başlıkları kapsar. Bilgisayarda aynı anda birden çok iş yürütülürken bunların hangi sırayla ve hangi kaynaklarla çalışacağı kernel tarafından düzenlenir.

Bu sayede sistem içindeki görevler birbirine karışmadan, belirli bir düzen içinde çalışır. İşlem yönetimi olmadan bilgisayarın kaynakları düzensiz kullanılır ve sistem kararlı çalışamaz.

6) Kernelin Bellek Yönetimi Görevi

Kernelin bir diğer temel görevi bellek yönetimidir. Belleğin tahsis edilmesi, gerektiğinde yeniden tahsis edilmesi ve serbest bırakılması kernel tarafından desteklenir. Hangi işlemin ne kadar bellek kullanacağı ve belleğin hangi alanlarının hangi süreçlere ayrılacağı bu katmanda yönetilir.

Bellek yönetimi, sistem performansı ve kararlılığı açısından çok önemlidir. Çünkü sınırlı belleğin düzensiz kullanılması, işlemlerin çakışmasına, performans kaybına ve sistem hatalarına yol açabilir.

7) Kernelin Girdi / Çıktı Yönetimi Görevi

Kernel, girdi/çıktı işlemlerine de destek sağlar. Kullanıcıdan veri alınması, çevre birimleriyle iletişim kurulması ve işlem sonuçlarının dış ortama aktarılması gibi işlemlerde temel kontrol bu katman üzerinden yürütülür.

Klavye, ekran, yazıcı, depolama birimleri ve diğer çevre bileşenleriyle ilgili pek çok işlem, doğrudan veya dolaylı olarak kernelin kontrol mekanizmasına bağlıdır. Bu nedenle I/O desteği kernelin temel teknik sorumlulukları arasında sayılır.

8) Kernelin Diğer Temel İşlevleri

Kitapta kernel işlevleri yalnızca üç başlıkla sınırlandırılmamış, daha geniş şekilde ele alınmıştır. Bunlar arasında kesinti işleme yönetimi, görev dağıtımı, işlem senkronizasyonu ve işlemler arası iletişim de bulunmaktadır. Ancak sınav açısından en sık öne çıkan başlıklar işlem yönetimi, bellek yönetimi ve girdi/çıktı işlemleri desteğidir.

Bu nedenle soru çözerken kernelin teknik ve kaynak yöneten yapı olduğunu akılda tutmak gerekir. Kullanıcı deneyimi, ofis uygulaması veya iş birimi süreçleri kernelin doğrudan görevi değildir.

9) Sistem Yazılımı Nedir?

Çekirdeğin üzerinde kullanıcıları destekleyen çeşitli işletim sistemi işlemleri vardır. Bunların bütününe sistem yazılımı denir. Sistem yazılımı, bilgisayar sistemini çalıştırmak, kontrol etmek ve sürdürmek için kullanılan programların toplamıdır.

Sistem yazılımı, sistem yardımcı uygulamalarından ve çeşitli programlardan oluşur. Bu yazılımlar sistem bütünlüğünü sağlar, bilgisayardaki programların ve olayların akışını kontrol eder ve bilgisayarla olan arayüzleri yönetir. Kısacası sistem yazılımı, tüm sistemin düzenli çalışmasını sağlayan yönetsel yazılım katmanıdır.

10) İşletim Sistemi ile Uyum ve Kontrol Mantığı

Bilgisayar için geliştirilen erişim kontrol yazılımı, veri iletişimi uygulamaları, veri tabanı yönetimi, çevre birimlerinin yönetimi, ağ yönetimi ve diğer yardımcı programların işletim sistemi ile uyumlu olması gerekir. Bu durum, işletim sisteminin ve sistem yazılımının merkezî kontrol rolünü göstermektedir.

Bir başka ifadeyle, sistem yazılımı yalnızca teknik bir arka plan değildir. Donanım kaynaklarının, çekirdek işlevlerinin ve diğer yazılımların düzenli biçimde bir arada çalışmasını sağlayan ana kontrol mekanizmasıdır.

Final Özet (Sınavlık)

• Bilgisayar mimarisi, işletim sistemi ile etkileşime giren hiyerarşik devre ve mantık katmanlarından oluşur.
• Temel akış donanım, firmware, kernel ve işletim sistemi süreçleri şeklindedir.
• Firmware, donanım ile üst katmanlar arasında geçiş sağlayan gömülü kod yapısıdır.
• Kernel, işletim sisteminin ayrıcalıklı ve çekirdek katmanıdır.
• Kernelin temel görevleri arasında işlem yönetimi, bellek yönetimi ve girdi/çıktı işlemleri desteği bulunur.
• İşlem oluşturma, görev dağıtımı, işlem senkronizasyonu ve işlemler arası iletişim kernel kapsamındadır.
• Sistem yazılımı, bilgisayar sistemini çalıştıran, kontrol eden ve sürdüren programların toplamıdır.
• Sistem yazılımı, sistem bütünlüğünü sağlar ve tüm sistemin akışını kontrol eder.