Bilgisayarların Temel Donanım Birimleri

08.08.2022 / Bilim / Teknoloji

Donanım (Hardware), bilgisayarı oluşturan veya bilgisayara takılabilen her türlü fiziksel parçaya verilen genel isimdir.

Temel donanım birimleri bilgisayarın sağlıklı olarak çalışması ve işlevsel bir yapıya kavuşması için çalışması temel düzeyde gerekli olan bileşenlerdir. Bu donanım birimleri şunlardır;

• Merkezî işlem birimi
• Anakart
• Ana bellek
• Ekran
• Ekran kartı
• Sabit disk
• Klavye
• Fare
• Kasa

Merkezi İşlem Birimi

Geleneksel olarak Merkezî işlem birimi (Central Processing Unit-CPU) tanıtılırken söylenen ifade bilgisayarın beyni olduğudur. Bu benzetmenin yapılmasının nedeni merkezî işlem biriminin bilgisayar sisteminin yönetilmesi için gerekli olan görevleri yerine getirmesindendir. Merkezî işlem birimi görevlerini; Aritmetik Mantık Birimi ve Kontrol Birimi olmak üzere iki temel bileşeni üzerinden yürütür.

Aritmetik mantık birimi; matematiksel işlemleri (toplama, çıkarma vb.), mantıksal işlemleri (ve, veya, değil, vb.) ve sayılar üzerinde bit kaydırma işlemlerinin gerçekleştirilmesine imkân tanımaktadır. Kontrol birimi ise işlemciye gönderilen komutları çözümleme, anlamlandırma ve çalıştırma işlemlerini gerçekleştirmektedir. Ayrıca kontrol birimi, işlemci içindeki birimlerin eş zamanlı olarak çalışmasını sağlayan kontrol sinyallerini üretir.

Mikroişlemciler, bilgisayarın işlem hızını ve kapasitesini belirleyen en temel bileşenlerden biridir. İşlem gücü ve devir hızı bir mikroişlemcinin hızını belirleyen en temel özelliklerdendir. İşlem gücü, işlemcinin yapabileceği işlem miktarını tabir eder. İşlemcilerin özellikleri ifade edilirken kullanılan 16, 32 ve 64 bit tabirleri, mikroişlemcinin saniyede işleyebileceği bit sayısını veya kelime uzunluğunu ifade eder. Örneğin 32 bit hızına sahip bir işlemci, bir makine devrinde (bir komutu çalıştırmak için gerekli olan süre) 32 bit veya 4 Byte miktarındaki bilgiyi işleyebilmektedir. Mikroişlemcinin işleyebileceği bit miktarı arttıkça bilgisayarın hızı da artmaktadır. Devir hızı, MHz (Millions of Cycles Per Second) cinsinden ölçülür. 1 MHz saniyede bir milyon devir anlamına gelir.

Çekirdek, mikroişlemciler ile ilgili bilenen en yaygın terimler arasındadır. İşlem kapasitesini artırmak ve aynı anda birden fazla işlem yapmak için çekirdek teknolojisi kullanılır. Bu sayede işlemciler ve bilgisayarlar daha hızlı çalışmaktadır. Örneğin dört çekirdekli bir işlemcide aynı anda dört faklı işlem gerçekleştirilebilmektedir.

Anakart

Bilgisayarın temel donanımlarından biri de anakarttır (Mainboard). Anakart; temel donanım birimlerini bir araya getirmek için gerekli olan yuvaları olan ve harici donanım birimleri için bağlantı noktaları barındıran elektronik bir plakadır. Bilgisayarda yer alan tüm donanım birimleri yuvalar ve bağlantı noktaları üzerinden anakarta bağlanmaktadır.

Anakartlar üzerlerine takılan donanımların iletişim kurmasını sağlarlar. Diğer bir ifade ile anakartlar üzerlerindeki donanımların çalışması ve diğer donanımlar ile iletişim kurması için gerekli ortamı sağlar. Anakartın donanımları birbirine bağladığı iletken ortamlara veri yolu (bus) denir. Veri yolunda taşınan verinin miktarına ve iletişimdeki hız ihtiyacına göre veri yollarının özellikleri değişmektedir. Veri yollarının normalde aygıtların birbirleriyle bilgi alışverişini sağlayabilmek için giriş noktaları ya da aygıtın üzerine oturtulabildiği yuvaları vardır. Bu yuvalar slot olarak isimlendirilmektedir. Ayrıca slotlar standart yapıda oldukları için ilgili aygıtlar haricinde kullanılmaları mümkün olamamaktadır.

Şimdi farklı veri yolu türlerini kısaca tanıyalım;

• PCI (Peripheral Component Interconnect): PCI veri yolu tak çalıştır desteklidir (Plug and Play - PnP). PCI veri yolları genel amaçlı bir mimariye sahip olmakla birlikte çoğunlukla ses ve ekran kartları için kullanılmaktadır. Tak çalıştır özelliği sayesinde herhangi bir ayarlamaya gerek kalmadan PCI veri yolunu kullanan donanımlar rahatlıkla kullanılabilmektedir. 64 bit olan PCI veri yolu 33 veya 66 MHz saat hızlarında veri iletimine imkân tanır. Genellikle tüm anakartlarda bulunan PCI veri yolu standart hâline gelmiştir.
• AGP (Accelerated Graphics Port): İsminden de anlaşılacağı gibi sadece ekran kartlarının çalışmasına imkân tanıyan veri yoludur. AGP veri yolu, 66 MHz hızda çalışır ve 32 bit genişliğe sahiptir.
• USB (Universal Serial Bus): En çok bilenen veri yoludur. Günümüzde kullanılan tüm anakartlar ve kullanılan tüm çevre birimleri USB destekli üretilmektedir. Tak çalıştır destekli bir veri yoludur. USB portu sayesinde bir bilgisayara 127 adet donanım bağlanabilmektedir. Özellikle harici bellekler, klavye, fare, yazıcı vb. donanım birimlerinin bilgisayara bağlanmasında USB portu kullanılmaktadır.

Anakartın üzerinde chipset ve bios gibi önemli görevleri olan bileşenler bulunmaktadır. Anakart üzerinde iki adet chipset bulunur ve donanımlar arasındaki iletişimin gerçekleşmesini sağlarlar. Chipsetler, anakartın kullanabileceği işlemci, bellek, çevre birimlerinin tiplerini belirlerler. Bios (Basic Input Output System) anakart üzerinde yer alan sabit bir bileşendir. Üzerindeki yazılım sayesinde bilgisayar çalıştırıldığı zaman gerçekleştirilmesi gereken işlemleri yerine getirir. Bios yazılımı ilk olarak bilgisayar için çalışması zorunlu olan donanımların kontrolünü yapar. RAM, Ekran, Sabit Disk gibi donanımlar kontrol edilir ve çalıştıklarından emin olunur ve bu aygıtlardaki herhangi bir arıza durumunda kullanıcı uyarılır. Ardından kullanıcının belirlediği başlangıç parametreleri dikkate alınarak donanımlar ayarlanır.

Ana Bellek

Ana bellek veya rastgele erişimli bellek (Random Access Memory-RAM), mikroişlemcinin kullanmak için ihtiyaç duyduğu donanım birimidir. RAM üzerinde giriş birimlerinden veya depolama aygıtlarından alınan veriler, programların ortaya çıkardığı sonuçlar ve herhangi bir çıktı birimine gönderilecek çıktılar tutulmaktadır. Tüm bu veriler işlemci tarafından kullanıldığı için RAM üzerinde tutulmaktadır. Çünkü işlemci kullanacağı tüm veriler için RAM’e başvurmaktadır.

Verilerin RAM üzerinde olması için elektrik enerjisine ihtiyaç duyulmaktadır. Elektrik kesintisi, bilgisayarın kapatılması gibi herhangi bir şekilde gerçekleşecek enerji kaybı, RAM üzerindeki verilerin kaybolmasına neden olur.

Ekran (Monitör)

Ekran (Monitör), bilgisayar sisteminde üretilen çıktıların insan gözünün algılayabileceği formda görüntülenmesini sağlayan çıkış birimidir. Ekranlar yardımıyla veri girişi için klavye ve fare gibi araçlar kullanılabilmektedir ve etkileşimli komutlar verilebilmektedir. Bilgisayarı kolay bir şekilde kullanmak için en gerekli bileşenlerden biridir.

Bilgisayarlarda kullanılan ekran türlerini CRT, LCD, LED olarak sıralamak mümkündür.

CRT (Cothode Ray Tube) ekranlar, günümüzde nadiren kullanılan ve ekonomik ömürlerini tamamlamış donanım bileşenleridir. Tüplü televizyonlara benzeyen bu ekranlar diğer türlerine göre oldukça fazla yer kaplamaktadırlar. Bununla birlikte eski olmalarına rağmen parlaklık, görüntü kalitesi ve çözünürlük düzeyleri açısından oldukça kalitelidirler.

LCD (Liquid Crystal Display) ekranlar sıvı kristallerin kullanıldığı teknolojiye sahip ekranlardır. Temel çalışma mantığı plastik plakalar arasında yer alan sıvı kristalin ışığı bir öndeki tabakaya aktarıp aktarmama durumuna göre çalışır. LCD ekranlarda kullanılan sıvı kristallerin istenilen rengi ve çözünürlüğü ortaya koymaları için belirli konumlara gelmeleri gerekir ve bu duruma tepki süresi denmektedir. Tepki süresi mili saniye (ms) ile ölçülür. Bu süre azaldıkça ekran daha hızlı tepki vermekte ve istenilen formu almaktadır.

LED (Light Emitting Diyode) ekranlar ışık kaynağı olarak LED teknolojisini kullanmaktadır. İnce ve hafif olan bu ekranlar LCD ekranlara benzer bir teknolojiye sahiptirler. Işık kaynakları LED’lerden oluşmaktadır. LED ekranların organik yapıya sahip OLED türleri bulunmaktadır. OLED (Organic Light Emitting Diode) ekranlar organik film tabakası kullanılan ekranlardır. Oldukça ince ve hafif olan film tabakası renklendirme için kullanılmaktadır. Ayrıca esnek yapıya sahip olanları FOLED (Flexible OLED) olarak tanımlanmaktadır. OLED ekranlarda kullanılan organik malzemenin yapısına göre PMOLED (Passive Matrix OLED) ve AMOLED (Active Matrix OLED) olarak isimlendirilen türleri mevcuttur.

Çok farklı teknolojileri kullanılarak üretilmeleri ekranların ne kadar önemli bir donanım bileşeni olduğunu göstermektedir. Oldukça çeşide sahip olması ekranların seçimini zorlaştırmaktadır. Bu noktada ekranların temel özelliklerinin bilinmesi gerekmektedir. Ekranlarda aranan en önemli özellikler çözünürlük, görüntü netliği, büyüklük ve ekran yenileme oranı olarak sıralanabilir.

Çözünürlük, ekranda oluşacak görüntünün kaç adet noktanın birleşiminden oluşacağıdır. Ekranda görüntüleme için kullanılan her bir nokta piksel (pixel) olarak adlandırılır. Ekran çözünürlüğü (resolution), görüntünün oluşumunda yatay ve dikey olarak ekranda bulunan nokta sayısı ile ölçülür. Çözünürlük yükseldikçe yani ekranda görüntülenebilecek nokta sayısı arttıkça, ekrana daha fazla bilgi sığar ve ekrandaki görüntüler küçülür. Çözünürlük değerini yatay (satır) ve düşey (sütun) olarak sıralanan piksel sayısının yazımıyla ifade edilir. Örneğin; 1024x768 ifadesi, ekrandaki görüntünün yatay olarak 1024 piksel, düşey olarak ise 768 piksel kullanılarak oluşturulacağı anlamına gelmektedir. Günümüzde ekranlar birden fazla çözünürlük oranını desteklemektedir. Böylece aynı ekranda farklı çözünürlükleri istenildiği anda kullanmak mümkün olmaktadır. Bu özellik Multisync olarak isimlendirilmektedir.

Görüntü netliği, ekran yüzeyindeki noktaların arasındaki uzaklığa bağlıdır. Buna Dot Pitch denilmektedir. Nokta aralığı ne kadar düşük olur ise görüntü netliği o kadar artmaktadır.

Ekranlar için kullanılan büyüklük (size) terimi, ekran köşegeninin inç cinsinden uzunluğudur. Uzunluk ölçü birimi olan inç 2,54 cm’ye karşılık gelmektedir. Bilgisayarlarda kullanılan ekranlar bu ölçü birimine göre boyutlandırılmaktadır. Günümüzde 15”, 17” ve 19” (inç) ekranlar yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek çözünürlük oranlarını kullanabilmek için 17” veya daha büyük ekranlar tercih edilmelidir.

Ekrandaki görüntünün saniyede kaç kez tazelendiği ekran yineleme sayısını (Refresh Rate) verir. Ekran tazeleme frekansı yükseldikçe daha sabit bir görüntü elde edilir. Bu frekans Hertz (Hz) olarak ölçülür. Örneğin 75 Hz olan yineleme hızı oldukça ideal bir değerdir.

Ekranların en ve boy oranları bir diğer özellikleridir. Genel olarak 4 (En): 3 (Boy) veya 16:9 ekran boyutları bulunmaktadır. 16:9 boyutlu ekranlar geniş ekran (Wide Screen) olarak bilinmektedir. Ekranların önemli olarak değerlendirilen bir diğer özelliği de renk derinliğidir (Color Depth). Bu özellik ekranın gösterebileceği renk sayısını ortaya koymaktadır. Renk derinliği genel olarak bit ile ifade edilir. Örneğin 32 bitlik renk derinliğine sahip bir ekran 232 rengi (4294967296) desteklemektedir. Ekranların renk derinliği kadar ışık miktarları da önemlidir. Ekranların ışık miktarları “nits” cinsinden ifade edilir. Bir diğer ışık ölçüsü candela (cd)’dır. Örneğin, LCD ekranlar yaklaşık olarak 200-300 nits ışık verebilir veya yüksek çözünürlüklü 2880x1620 çözünürlüğündeki bir ekran 300 nits ışık verebilir.

Dokunmatik teknolojisi ile ekranlar hem çıkış hem de giriş birimi olmaya başlamışlardır. Dokunmatik ekranlar (Touch screens), insan parmağına veya sert bir nesneye karşı duyarlı ekranlardır. Bu sayede ekrandaki görüntü üzerinde çeşitli işlemler gerçekleştirilebilmektedir. İşaretleme, seçme, sürükleme, ölçeklendirme gibi veri girişinde kullanılan birçok işlem dokunmatik ekranlar ile gerçekleştirilebilmektedir.

Ekran Kartı

Ekran ile anakart arasında, grafik ve video dönüşümünü sağlayan donanımlardır. Ekran kartı, grafik kartı olarak da adlandırılır. Ekran kartları anakart üzerinde bütünleşik olarak üretilebildikleri gibi AGP veya PCI yuvalarını kullanan harici olanları da mevcuttur. Dâhili ekran kartları, anakart üzerinde bulunur ve DVI, VGA vb. çıkışları anakartta yer alır. İhtiyaç duydukları bellek alanı bilgisayarın temel bellek birimi olan RAM üzerinden sağlanmaktadır. Yaygın olarak kullanılan ekran kartı türü ise haricî ekran kartlarıdır. Bu ekran kartları anakartın AGP veya PCI yuvalarına takılabilmektedir. Tüm bileşenleri üzerlerinde yer alan haricî ekran kartları, özellikle yüksek seviyeli grafik çalışmalarında, oyunlarda ve video belleğinin yüksek olması gereken üç boyutlu gösterimleri desteklemede tercih edilmektedir.

Ekran kartları, ekran üzerinde oluşacak görüntüyü işlemekte ve ekrana aktarmaktadır. Bu özellikleri ile mikroişlemcilerin yüklerini hafifletmektedirler. Ekran kartları, görüntü işleyebilmeleri için kendilerine özel grafik işleme birimi (Graphics Processing Unit), BIOS ve bellek (RAM) bileşenlerine sahiptirler. Ayrıca ekran kartları işlemcilerinin sağlıklı çalışabilmesi ve belirli bir ısı düzeyinde kalmaları için soğutma sistemleriyle donatılmaktadırlar.

Ekran kartlarında oluşturulan görüntüler ekranlara; VGA/SVGA, DVI, HDMI, DP gibi çeşitli portlar kullanılarak aktarılmaktadır. Bu sayede ekran kartı ile üretilen görüntünün farklı cihazlara aktarımı mümkün hâle gelmektedir.

VGA (Video Graphics Array) / SVGA (Super Video Graphics Array) hemen hemen tüm ekranlar tarafından desteklenen bir bağlantıdır. Analog yapıya sahip bir bağlantı şeklidir. Bu nedenle veri aktarımı için dijital – analog dönüşümü yapılmaktadır. Bu durum bazı veri kayıplarına sebep olmaktadır.

DVI (Digital Video Interface) sayısal veri aktarımına imkân tanıyan bağlantı arayüzüdür. Bu teknolojide veriler sıkıştırılmadan ve dijital olarak gönderilmektedir. DVI arayüzlerde, veri aktarımı için tek veya çift kanal kullanılabilmektedir. Tek kanal yapılar (Single Link) en fazla 1920x1080 çözünürlüğü destekler iken çift kanal (Dual Link) 2560x1600 çözünürlüğe imkân tanımaktadır.

HDMI (High Defination Multimedia Interface) hem ses hem de video verilerini sıkıştırmadan taşıyan bir arayüzdür. Temel olarak DVI teknolojisini örnek almıştır. Bu teknoloji sadece bilgisayarlarda değil, neredeyse görsel veri taşıyan tüm cihazlarda kullanılmaktadır. HDMI teknolojisinde kullanılan bant genişliği 10.2 Gbit/s’dir.

DP (Display Port) sayısal veri taşıyan bir arayüzdür. HD kalitede veri taşımak için kullanılmaktadır. Normal ve mini olmak üzere iki farklı türü bulunmaktadır.

Sabit Disk

Sabit diskler (Hard disk), verilerin kalıcı olarak saklandığı donanım birimleridir. Bilgisayarı kullanmamıza yarayan işletim sistemi, kullandığımız programlar ve bu programların oluşturduğu çıktılar, oyunlar vb. birçok yazılım bileşeni ve veri sabit diskler üzerinde saklanmaktadır. Özelliklerine ve çalışma yapılarına göre 3 farklı türde sabit disk bulunmaktadır. Bunlar;

• HDD (Hard Disk Drive): Sabit diskler verileri metal plakalar üzerinde yazmakta ve okumaktadırlar. Okuma/yazma işlemi okuma/yazma kafalarının ileri geri hareketi ve plakların dönmesiyle gerçekleştirilir. Bu plaklar dakikada 5400 ve 7200 devir yapabilir. Bu devir sayısı RPM (Rotates Per Second) olarak ölçülmektedir. HDD sabit disklerde bir veya birden fazla disk bulunmakta ve diskin her iki yüzeyi de veri saklamak için kullanılmaktadır.
• SSD (Solid Stade Drive): Elektronik kart üzerine veri depolama yapmaktadırlar. Veriler RAM veya Flash hafıza bileşenlerinde tutulmaktadır. Veri saklamak için elektrik enerjisine ihtiyaç duyulduğu için bu tür sabit disklerin dâhilî pilleri bulunmaktadır. Mekanik bileşenlerinin bulunmaması nedeniyle bu tür diskler, daha sessiz çalışmakta ve daha az enerji tüketmektedirler. Bununla birlikte enerji arızalarına hassasiyetleri ve veri kurtarma noktasında HDD’lerin gerisinde kalmaları olumsuz özellikleri arasındadır.
• HHD (Hybrid Hard Drive): SDD ve HDD disklerin üstün özelliklerini üzerinde barındırmaktadırlar. HHD diskler hem hızlı veri erişimine hem de güvenli veri saklama özelliğine sahiptirler. Bu diskler flash hafıza türünde yüksek boyutlu tampon bir belleğe ve verileri saklamak için kullanılan plak yapısına sahiptir. Temel olarak verilere erişim tampon bellek üzerinden gerçekleştirilmektedir. Böylece disklerdeki verilere erişmek için geçirilen süre kısaltılmaktadır.

Klavye

Bilgisayara veri girmek için kullanılan giriş birimidir. Klavye üzerinde; harfler ve rakamların yanı sıra noktalama işaretleri ve özel fonksiyon tuşları yer alır. Her dil için farklı klavyeler mevcuttur. Alfabetik karakterlerin bulunduğu kısımdaki sol üst karaktere göre Q veya F klavye olarak adlandırılan iki farklı Türkçe klavye türü bulunmaktadır.

Klavyeler bilgisayarlara iki farklı port kullanılarak bağlanmaktadırlar. Bu portlar PS/2 ve USB’dir. PS/2 portlar USB’lere göre daha eskidir. Anakart üzerinde hem klavye hem de fare için PS/2 portlar bulunmaktadır. Klavye için kullanılan PS/2 port yuvasının yakınında klavye işareti bulunmaktadır. Ayrıca portun rengi genellikle mordur. USB klavyeler ise USB portuna bağlanırlar. Bu portu kullanan klavyeler kablolu veya kablosuz olabilmektedirler. Kablosuz klavyelerde USB portuna takılan alıcı cihaz ile klavye ve bilgisayar arasındaki iletişim sağlanır.

Fare

Ekran üzerinde hareket ettirilen işaretçi vasıtasıyla komut vermeyi sağlayan giriş birimlerindendir. Fare; ekrandaki ögeleri seçmeye, hareket ettirmeye ve bu ögelerin temsil ettiği işlemlerin yapılmasına olanak tanıyan önemli bir giriş birimidir. Bilgisayar ekranındaki işaretçinin kontrolü fare hareketi ile sağlanır. İstenilen komutun verilmesi için farenin tuşları kullanılır. Modeline göre farenin sahip olduğu tuş ve tekerlek (scroll) sayısı değişmektedir.

Tuşlar fare yardımıyla komut vermeyi sağlarken tekerlek, sayfa ve pencereler içerisinde gezinmeye yardımcı olur. Farelerin tuş yapıları sağ veya sol elin kullanımına göre ayarlanabilmektedir. Genel olarak sağ elini kullanan bir kişi için farenin sol tuşu seçme, işaretleme ve sürükleme işlemleri için kullanılır iken sağ tuş belirlenen özel görevleri çalıştıracak komutları listelemek için kullanılmaktadır. Bu özellikler sol el kullanıcıları için tam tersi olarak belirlenebilmektedir.

Üretim özelliklerine göre fare, el hareketlerini mekanik, LED’li optik ve lazerli optik yöntemlerle algılayabilir. Bu şekilde elde ettiği bilgileri bilgisayara kablo, kızılötesi, radyo dalgalar veya bluetooth ile aktarabilir. Günümüzde yaygın olarak optik fareler kullanılmaktadır. Optik fareler, altlarında bulunan LED’in veya lazer ışık kaynağının yaydığı ışığın yansıması ile hareketi algılarlar. Özellikle lazerli optik fareler işaretçi hareketinde yüksek hassasiyet sunmaktadırlar. Hassasiyet farenin DPI (Dot Per Inç) değeriyle orantılıdır. Bu değer yükseldikçe hassasiyet düzeyi artmaktadır.

Kasa

Kasa, anakart, sabit disk, ekran kartı gibi temel birimlerinin içerisine konulduğu bir donanımdır. Temel donanım birimlerinin yerleştirilmesi için gerekli yuvalara, veri kabloları ve enerji bağlantılarına sahiptir. Kasalarda tüm donanım birimlerinin enerji ihtiyacını karşılamak için güç kaynağı (Power Supply) bulunur. Güç kaynağı, şebekeden gelen elektriği her bir donanımın çalışma voltajına indirgeyerek sunar. Bu nedenle her bir donanım parçasına özel kablo ve konnektör yapısına sahiptir. Böylece her donanım kendine uygun konnektör ile güç kaynağından gerekli enerjiyi temin eder. Mikroişlemci, ekran kartı gibi anakart üzerinde yer alan parçalar enerji ihtiyaçlarını anakarttan temin ederler.

Kasa içerisinde kullanılan bir diğer önemli bileşen ise veri kablolarıdır. Veri kabloları donanım birimlerini anakarta bağlamak için kullanılmaktadır. Örneğin, sabit disk ile anakart arasındaki bağlantı için veri kabloları kullanılmaktadır. Diğer donanım birimlerinde olduğu gibi farklı tiplerde veri kabloları mevcuttur.