Yapay zekadan makale özeti
- Kısa
- Ayrıntılı
- Bu video, bir eğitmen tarafından sunulan bilgisayar mimarisi konulu kapsamlı bir eğitim dersidir. Eğitmen, ETH Zürih'teki Onur Mutlu'nun sunumlarından alıntılar yaparak dersi anlatmaktadır.
- Video, bilgisayar mimarisinin temel kavramlarını, tarihsel gelişimini ve teknik detaylarını ele almaktadır. İçerikte bilgisayar mimarisinin yazılım-donanım arayüzü olduğu, işlemci üretim süreci, transistör teknolojisinin gelişimi, Moore Yasası, bilgisayar başarımı ve güvenilirlik gibi konular detaylı olarak incelenmektedir. Ders, bilgisayar sistemlerinin temel gereksinimlerini (yüksek başarım, düşük güç tüketimi, taşınabilirlik, güvenilirlik ve maliyet) ve bilgisayar donanımlarının (işlemci, bellek, grafik işlemcisi, saklama alanı) yapısal özelliklerini de açıklamaktadır.
- Dersin sonunda, bilgisayar mimarisinin önemi vurgulanarak, bir sonraki derste işlemcinin başarısının nasıl ölçüleceği konusunun işleneceği belirtilmektedir. Ayrıca, bilgisayar sistemlerindeki hataların türleri ve nedenleri, özellikle uzaydan gelen parçacıkların elektronik aletlere etkisi gibi güvenilirlik sorunları da ele alınmaktadır.
- 00:08Bilgisayar Mimarisi Dersine Giriş
- Konuşmacı, bilgisayar mimarisine giriş yaparak bir bölüm anlatacağını belirtiyor.
- Peterson kitabının bir bölümünü okumak, bilişim alanının nereden geldiğini ve nereye gittiğini anlamada faydalı olacaktır.
- Onur Mutlu'nun sunumlarından alıntılar yapıldığı belirtiliyor; Onur Mutlu, bilgisayar mimarisi alanında tanınmış bir akademisyen ve Carnegie Mellon'da hocalık yapmış, Intel, AMD ve Microsoft'da çalışmış biri.
- 01:32Bilgisayar Mimarisi Nedir?
- Bilgisayar mimarisinde önce çözülmek istenen bir sorun belirlenir ve bu sorun elektronlarla çözülmeye çalışılır.
- Sorun önce algoritma aşamasına, sonra yazılım ve program kod haline getirilir.
- Yazılım, donanım arayüzü üzerinden işlemci donanımına aktarılır ve mikro mimari aşamasında donanımın nasıl tasarlanacağı belirlenir.
- 03:23Bilgisayar Mimarisi Alanının Genişliği
- Bilgisayar mimarisi, yazılım ve donanım arayüzünü tanımlayan alan olarak tanımlanabilir.
- Günümüzde bilgisayar mimarisi alanı genişlemiş olup, donanım düşünerek geliştirilen algoritmalar ve yazılımın sistem yazılımı kapsadığı gibi elektronik aygıtların tasarımını da etkilemektedir.
- Bilgisayar mimarisi, kuantum hesaplamada olduğu gibi farklı hesaplama yöntemlerine de etki etmektedir.
- 04:29Farklı Gereksinimler ve Tasarım Kısıtları
- Bilgisayar kullanma ihtiyaçları kişiden kişiye değişiklik gösterir; oyun oynamak, grafik çizmek veya görüntü işleme gibi farklı uygulamalar farklı gereksinimlere sahiptir.
- Her bir sorun farklı gereksinimler getirir ve bu gereksinimler tasarım kısıtları olarak yansır.
- Bilgisayar mimarisinde buyruk kümesi mimarisi (ISA) önemli bir konudur ve bu, yazılım ve donanım arasındaki anlaşmayı belirler.
- 06:23Farklı Mimariler ve Uygulamalar
- ARM, MIPS ve x86 gibi farklı buyruk kümesi mimarileri mobil aygıtlarda ve masaüstü bilgisayarlar arasında kullanılmaktadır.
- Bilgisayar mimarisinde kullanılan malzemeler sadece silikon olmak zorunda değildir, süper iletken veya diğer malzemeler de kullanılabilir.
- Bilgisayar mimarisi, teknolojinin değişmesine rağmen, ihtiyaçların donanımda çözülmesi sanatı olduğu için her zaman önemini korur.
- 08:00Bilgisayar Mimarisi'nin Önemi
- Bilgisayar mimarisini öğrenmek, kendi donanımı tasarlamak için önemlidir ve Türkiye'de bu konuda çaba gösterilmektedir.
- İnsansız hava araçları, füzeler, uçağlar ve otomobiller gibi sistemlerin kalbinde bir bilgisayar bulunur ve askeri projelerde bu sistemlerin kendimiz tasarlanması gerekir.
- Programcılar için de donanımı bilmek önemlidir; daha iyi programlar tasarlamak ve performansı artırmak için donanım bilgisi gereklidir.
- 10:53Bilgisayar Mimarisi ve Donanım
- Bilgisayar donanımını ölçmek ve değerlendirmek için donanımın nasıl çalıştığı bilinmesi gerekir.
- Bilgisayar mimarisini anlamak, maliyet, güç tüketimi, başarım ve güvenilirlik arasındaki ödünleşmeyi anlamak için önemlidir.
- Bilgisayar mimarisi, programları daha hızlı çalıştırmak ve donanımı daha iyi tasarlamak için gerekli bilgileri sağlar.
- 11:55Program Çalıştırma Süreci
- Bir program çalıştırırken, kod yazıp derleyici ile derlenmesi gerekir.
- Bilgisayarlar ikilik sistemde (birler ve sıfırlar) çalıştığından, kodlar bu sistemdeki bitlere dönüştürülür.
- Bir bit, ikilik tabandaki bir basamağı ifade eder ve bilgisayar sisteminin bir defada işleyebileceği bit dizisine bir buyruk (instruction) denir.
- 14:06Programlama Dilleri ve Çeviriciler
- Programlama dilleri üç nesilde gelişmiştir: ilk nesil makine dili, ikinci nesil çeviri dili ve üçüncü nesil üst düzey diller.
- Çevirici diller (asembly), üç ila dört harfli buyruklarla işlemci buyruklarını kolayca yazmayı sağlar.
- Derleyiciler üst düzey dilleri çeviri diliye, çevirciler ise çeviri dillerini makine diline (ikilik tabana) çevirir.
- 18:24Bilgisayarların Tarihi
- İlk hesap makinesi 1642'de yapılmıştır ve hesaplama işlemleri için tasarlanmıştır.
- ENIAC (1946), transistör kullanan ilk makinelerden biri olarak bilinir.
- İlk bilgisayarlar bugünkü bilgisayarlara göre çok daha yavaş, daha fazla yer kaplıyor ve 200 kilovat güç tüketiyor, bu da 13.500 akıllı telefona denk gelmektedir.
- 19:53Bilgisayarların Gelişim Süreci
- 1954'te yapılan bilgisayarlar transistör tabanlı değildi, vakum tüpleri kullanıyordu.
- Transistör tabanlı bilgisayarlar daha sonra geliştirildi ve ordunun bombardıman uçağına yerleştirilebilecek hafif ve az güç tüketen bilgisayarlar talebi bu gelişmeyi hızlandırdı.
- Bilgisayar sistemlerinin hedefleri hafif olması, az güç tüketmesi, taşınabilir olması ve güvenilir olmasıydı.
- 21:24Bilgisayar Sistemlerinin Gereksinimleri
- Bilgisayar sistemlerinden yüksek başarım, düşük güç tüketimi, taşınabilirlik ve güvenilirlik beklenir.
- Savaş uçaklarında da aynı hedefler görülür: yeterince hızlı olmalı, az güç tüketecek, taşınabilir ve güvenilir olmalı.
- Giderek daha fazla tasarım isteği ve gereksinim ortaya çıkmıştır.
- 23:32Commodore PET Bilgisayarı
- Commodore PET 1977'de yapılmış bir bilgisayar olup, 1 MHz işlemci ve 4 kilobayt bellek içeriyordu.
- Commodore PET'in üzerinde kaset okuyucu, teybe ve yüklü işletim sistemi vardı.
- Commodore PET 3354 dolar civarında satılıyordu ve bu o dönemde uygun fiyatlıydı.
- 24:52Bilgisayarların Farklı Kullanımları
- Bilgisayar sistemlerinden makul maliyet beklenir, bu da ticari ve askeri projeler için önemlidir.
- Günümüzde 3 milyar aygıt üzerinde bilgisayar işlemcisi bulunmakta ve bu sadece bilgisayarlar değil, yazıcılar, cep telefonları, arabalar, bankamatikler ve kredi kartları da dahil olmak üzere çeşitli cihazlarda kullanılmaktadır.
- Kredi kartlarında bile küçük işlemciler ve işletim sistemleri bulunmakta ve bilgileri karşıya iletiyorlar.
- 27:35Modern Bilgisayar Sistemleri
- iPad 2 gibi modern bilgisayar sistemlerinde ekran, pil paketi ve mantık kartı (anakart) bulunur.
- Mantık kartında işlemci, bellek ve grafik işlemcisi yer alır.
- Günümüzdeki bilgisayarlar daha gelişmiş işlemciler (örneğin A5 veya A13) ve çift çekirdekli işlemciler içerir.
- 29:00Donanım Tasarımı ve Paketleme
- Küçük maliyet, hızlı ve az güç tüketimi için tek bir yonga paketleme yöntemi gereklidir.
- Apple, kendi donanımını tasarlamayı tercih etmiş ve geçmişte dış firmalardan aldığı grafik işlemcilerini ve çekirdekleri şimdi kendi üretebilmektedir.
- Bellek, kapattığınızda içerik kaybolurken, flash saklama alanı (sabit saklama alanı) yazıldığında içerik kaybolmaz ve veriyi saklamak için kullanılır.
- 30:27Yonga Tasarımı ve Özellikleri
- Yonga içinde grafik işlemcisi, ARM işlemcisi, çekirdekler ve bellek denetleyici bulunur.
- iPad 2 işlemcisi, Comodore PET 2001'e kıyasla 7300 kat daha hızlı, %95 daha az güç tüketiyor ve milimetre kare başına 7610 kat daha çok transistör içeriyor.
- Teknoloji, transistörleri daha küçük yapıyor ve aynı yongada daha fazla paketleme imkanı sağlıyor.
- 31:28Yonga Üretim Süreci
- Yonga üretimi için silikon, sosis veya salam şeklinde alınıp ince ince dilimlenir ve kimyasal işlemlerden geçirilerek plakalar haline getirilir.
- Bu plakalar üzerinde işlemci tasarımı yapılır ve sonra küçük yongalar haline kesilir.
- Üretilen yongalar test edilir, çalışmayanlar atılır ve çalışanlar paketlenerek kullanılabilir hale getirilir.
- 33:48Yonga Üretimindeki Teknik Detaylar
- Silikon, Türkçede polimere verilen isimdir, aslında silisyum atomu bir yarı iletken olup, yonga üretimi için aynı süreçten geçer.
- Silikon wafer (yuvarlak plaka) üzerine lazerle aşındırarak işlemciler oluşturulur ve çok hassas kesimler yapılır.
- Yonga maliyeti, plakanın maliyeti bölü yonga sayısı ve verin (çalışır şekilde çıkan yonga oranı) ile hesaplanır.
- 36:33Yonga Üretimindeki Hatalar ve Çözümler
- Yonga üretimi sırasında hatalar oluşabilir çünkü çok küçük ölçekte (nanometre) işlem yapılır.
- Aynı plakanın farklı bölgelerinde üretilen aynı işlemcilerin performansı farklı olabilir, bu nedenle test edilerek sınıflandırılır.
- Plakalar yuvarlak yapılır çünkü dikdörtgen plakaların kenarları daha hassas olup, hafif bir kayma bile tüm kenarları bozabilir.
- 39:02İlk Bilgisayarlar ve Transistör Sayısı
- 1945'te yapılan ilk genel amaçlı bilgisayar, 1940'ların özel amaçlı bilgisayarlarından farklı olarak hesaplama yapmak için tasarlanmıştır.
- İlk bilgisayarlar 200 kilovat elektrik tüketirken, günümüzdeki akıllı telefonlar bunun 3500 katı işlem gücüne sahiptir.
- Transistör, mantıksal devre tasarımı dersinde anlatılan, elektrik akımını açıp kapatmak için kullanılan bir anahtardır.
- 40:13Mor Yasası ve Transistör Gelişimi
- Bilgisayarların her neslinde işlemcideki transistör sayısı artmaktadır; günümüzdeki cep telefonlarında milyarlarca transistör bulunmakta ve saniyede bir trilyon işlem gerçekleştirilmektedir.
- 1965'te Intel'in kurucularından Gordon Mor, "her 18 ayda bir kullanılan transistör sayısı ikiye katlanıyor" diyerek Mor Yasası'nı ortaya koymuştur.
- Mor Yasası, Newton yasaları gibi zorunlu bir yasa değil, endüstri tarafından takip edilen bir trendtir ve bu yasaya göre transistör sayısı her 18 ayda ikiye katlanmaktadır.
- 42:39İşlemci Gelişimi ve Yanlış Anlaşımlar
- 1946'daki ilk bilgisayardan itibaren Intel'in 4004, Pentium 4 gibi işlemcilerin transistör sayıları artarak günümüzde Apple'ın A13 işlemcisinin 8,3 milyar transistöre sahip olması sağlanmıştır.
- Mor Yasası'nın yanlış anlaşılmasından kaynaklanan yaygın bir hata, "her 18 ayda bir bilgisayar hızının ikiye katlandığı" iddiasıdır; aslında yonga başına düşen transistör sayısının ikiye katlandığıdır.
- Bill Gates gibi diğer teknoloji liderlerinin benzer yasalar söylemesine rağmen, en çok tanınan ve takip edilen yasa Gordon Mor'un yasasıdır.
- 44:19İşlemci Güç Duvarı
- İşlemcilerin başarımı ve saat vuruş sıklığı zamanla artmış, ancak bu artışla birlikte güç tüketimi de artmış.
- 1986'da işlemciler 12,30 MHz saat vuruş sıklığı ve 3 watt güç tüketimiyle çalışırken, Pentium Pro'dan Pentium 4'e geçişte güç tüketimi 29 watt'a ulaşmış.
- Pentium 4'in ikinci sürümünde 3,60 GHz saat vuruş sıklığına karşılık 100 watt güç tüketimi olmuş ve bu seviyede soğutma çözümleri yetersiz kalmış.
- 45:39Güç Duvarının Etkileri
- Günümüzde işlemciler 4 GHz'e kadar gidebiliyor, bazıları hafif 5 GHz'e kadar çıkabiliyor, ancak bu artış hızı geçmişteki hızına göre çok daha yavaş.
- Güç duvarı nedeniyle işlemcilerin saat vuruş sıklıkları çok fazla artmıyor, çünkü saat vuruş sıklığı arttıkça güç tüketimi de yükseliyor.
- Birim alandaki transistör sayısının artmasıyla birlikte ısı, soğutma ihtiyacı ve enerji tüketimi de artıyor.
- 46:24Soğutma Çözümleri ve Maliyetler
- Yüksek güç tüketimi için fan (pervane) kullanılabilir ancak bu ses çıkarıyor ve kalınlığı arttırıyor.
- Daha etkili soğutma için sıvı azot veya sıvı su kullanılabilir ancak bu da ek maliyet oluşturuyor.
- Masaüstü bilgisayarlarda genellikle daha ucuz olan hava üflemeli pervaneli sistemler tercih ediliyor.
- 47:31Güç Sorununun Önemi
- Güç meselesi hem mobil aygıtlar hem de masaüstü bilgisayarlar için ciddi bir sorun.
- Elektrik faturasının yüksek olması yanında soğutma maliyetlerinin artması ve küresel ısınma gibi sorunlar da var.
- Daha fazla güç tükettiğinizde, daha fazla ısı çıktığında bunu atmak için daha fazla masraf yapmanız gerekiyor ve işlemcileri daha az güç tüketecek şekilde tasarlamak gerekiyor.
- 48:12İşlemcilerin Sıcaklığı
- 1986'da işlemciler bir tavayı ısıttığınızda metalin ısınmış haline benzer sıcaklıkta çalışırken, 2010 yılına gelindiğinde nükleer reaktörün sıcaklığına, sonra roketin egzozuna ve sonunda güneşe yaklaşıyor.
- İşlemcilerin sıcaklığı arttıkça güvenilirlik azalıyor ve aşınma artıyor.
- Daha küçük işlemciler yapıldıkça birim alandaki güç tüketimi artıyor ve bunu soğutmak giderek zorlaşıyor.
- 49:48Bellek Duvarı
- Bellek duvarı, bellek hızının işlemci hızına yetişememesi durumudur.
- İşlemci çekirdeklerinden çok belleğin yongada daha fazla yer tuttuğu görülüyor.
- Bellek duvarını aşmak için bellek içinde hesaplama düşünülmeye başlandı ve yeni bellek teknolojileri geliştiriliyor.
- 51:54Güvenilirlik ve Hatalar
- Güvenilirlik, sistemlerin çökme ve yeniden kurulum gerektirmeye karşı dayanıklılığını ifade eder.
- Hatalar iki ana kategoriye ayrılır: kalıcı hatalar ve geçici hatalar.
- Geçici hatalar, uzaydan gelen parçacıkların elektronik aletlere çarpması sonucu oluşabilir ve bu durumda veri bozulabilir.
- 52:44Geçici Hataların Etkileri
- Uzayda, Mars'a giden aletlerde ve yüksek irtifalarda (örneğin uçaklarda) parçacık çarpması daha fazla olabilir.
- Güneşten gelen yüksek enerjili parçacıkları durdurmak için iki metre beton gerekebilir.
- Geçici hatalar, radyasyonun içeri girmesiyle birlerin sıfıra veya sıfırların bir olmasına neden olabilir.
- 54:09Geçici Hataların Önlenmesi
- Geçici hataların formülleri vardır ve bunlar ile ilgili metrikler bulunmaktadır.
- Transferler küçüldükçe, hataları değiştirmek daha kolay hale gelir ve bir çarpmada birden fazla hata oluşabilir.
- Sunucu bilgisayarlarında kapatıp açma seçeneği her zaman mevcut olmadığı için, hataya karşı önlem alınması gerekir.
- 55:29Hata Ölçütleri
- İki hata arasında geçen zamanı ölçen MTBF (Mean Time Between Failures) metriği vardır.
- Bozulana kadar geçen zamanı ölçen MTTF (Mean Time To Failure) metriği önemlidir.
- Tasarım, garanti süresi boyunca aletin çalışmasını sağlamak için yapılmalıdır.
- 56:30Bilgisayarın Bileşenleri
- Bir bilgisayarın beş ana bileşeni vardır: veri yolu, denetim, işlemci, bellek ve araçlar (giriş-çıkış).
- Giriş aletleri (klavye, dokunmatik ekran, mikrofon) ve çıkış aletleri (ekran, ses) bilgisayarın önemli bileşenleridir.
- Veri yolu ve denetim işlemcinin içinde yer alırken, bellek bilgisayarın ayrı bir bileşeni olarak bulunur.