Bilgisayar ve Programlamanın Gelişimi

Birinci nesil bilgisayarlar (1940-1956): Vakum tüplerinin kullanıldığı ENAC benzeri çok büyük cihazlardır. • İkinci nesil bilgisayarlar (1956-1963): Transistörlere geçişin yapıldığı bilgisayarlardır. • Üçüncü nesil bilgisayarlar (1964-1971): Tümleşik devreler kullanılan ve kendi aralarında haberleşebilen bilgisayarlardır. • Dördüncü nesil bilgisayarlar (1971 - günümüz): Günümüzde kullanılan bilgisayarların da dâhil olduğu modern bilgisayarlardır. • Beşinci nesil bilgisayarlar (günümüz - yakın gelecek): Yapay zekâ ile donatılmış, gelişim süreci devam eden bilgisayarlardır. Birinci

Günümüzde kullanılan modern bilgisayarların temeli 1940’lı yıllarda atılmıştır. Lamba olarak da adlandırılan vakum tüplerinin kullanımına dayanan bu bilgisayarlar, devasa büyüklükte yer kaplayan elektronik cihazlardır. Birinci nesil bilgisayarlarda elektronik sistemi olarak vakum tüpleri, bellek olarak da manyetik silindirler kullanılmıştır. Bu bilgisayarların programlanmasında, bilgisayar tarafından algılanabilen en düşük seviye dil olan makine dili kullanılmıştır. Veri girişi kağıt şeritler ve delikli kartlar ile yapılırken, sonuçlar yazılı çıktı olarak alınmıştır.

Transistör, elektrik akımını kontrol edebilen, gerektiğinde anahtar olarak kullanılabilen yarı iletken bir elektronik devre elemanıdır. 1947 yılında, dünyanın önde gelen telefon şirketlerinden Bell laboratuvarlarında, Amerikalı fizikçiler John Bardeen, Walter Brattain ve William Shockley tarafından icat edilmiştir. Vakum tüplerine göre çok daha küçük, ekonomik, hızlı ve güvenilir olan transistörler, radyo, televizyon, telefon ve bilgisayar gibi araçların daha kolay üretilmesine olanak sağlamıştır.

Bilgisayarların elektronik donanımında transistörlerin kullanılması bilgisayar teknolojisine seviye atlatırken, bazı problemleri de beraberinde getirmiştir. Kullanılan transistör sayısının fazlalığı sebebiyle, devreler karmaşık hâle gelmiş ve transistör kablolarını birbirine bağlamak zorlaşmıştır. Fiziksel kısıtlardan dolayı transistörlerin ve devrelerin küçülmesi olanaksız olmuştur. Bu problemler, 1958 yılında ack Kilby tarafından geliştirilen tümleşik devrenin transistörlerin yerini almasıyla aşılmış, üçüncü nesil bilgisayarlarda tümleşik devreler kullanılmıştır.

Günümüzde kullanılan modern bilgisayarları da kapsayan dördüncü nesil bilgisayar dönemi, mikroişlemcilerin üretilmesiyle başlamıştır. Genel amaçlı ilk mikroişlemci, Amerikalı bilim adamı Ted Ho tarafından, 1971 yılında üretilen, yaklaşık 2300 transistöre sahip, ntel 4004 adlı işlemcidir. Mikroişlemcilerin geliştirilmesi, daha hızlı, daha küçük ve daha ucuz bilgisayarların yapılmasına imkan vermiştir.

Yakın gelecekte uygulama ve kullanım alanlarının yaygınlaşacağı beşinci nesil bilgisayarlar, yapay zekâ teknolojileri ile donatılmaktadır. Modern bilgisayarlar ses tanıma yöntemlerini kullanarak, verilen komutları algılayabilmekte ve gerekli cevapları verebilmektedir. Bilgisayarların hesaplama ve işleme gücünü arttırmak da bilim adamlarının yoğunlukla üzerinde çalıştığı bir konudur. Tüm bu çalışmalar ve ileri programlama teknikleriyle insan zekâ düzeyine yakın makineler geliştirilecektir.

Modern bilgisayarların yapısını oluşturan mimari modeldir. Amerikalı bilim adamı John von Neumann tarafından, 1945 yılında ortaya konulmuştur. İşlemci ve belleğin birbirinden ayrıldığı bu modelde, bilgisayarı oluşturan üç ana bileşen öngörülmüştür: • Girdi/ıktı Birimleri: Kullanıcı ile bilgisayar arasındaki iletişimi sağlayan birimlerdir. Kullanıcı komutlarının girilmesi ve işlem sonuçlarının alınması, bu birimlerin temel görevidir. • Merkez İşlem Birimi: Verilerin işlenmesinden sorumlu bileşendir. Programların çalışmasını ve işlemlerin yapılmasını sağlar. • Bellek: Bilgisayarın kullanacağı veri deposudur. Bilgisayar tarafından işlenecek veriler, programlar ve komutlar, bu bileşende saklanır.

İşlemci ve bellek arasındaki veri transfer hızı, bellek kapasitesine göre çok küçüktür. Bu transfer hızı, modern makinelerin işlemci hızıyla kıyaslandığında da oldukça yavaş kalmaktadır. Ortaya çıkan bu gecikmeden dolayı, işlemci bellekten alınacak veya belleğe gönderilecek veriyi beklemek durumunda kalır.

Bilgisayarın fiziksel ve elektronik yapısını oluşturan bileşenlere donanım adı verilir. Bir bilgisayarı fiziksel yapısına göre değerlendirdiğimizde, bilgisayarın birçok donanım bileşeninden oluşan bir sistem olduğunu görmekteyiz. Bu sistemi oluşturan parçaların her birinin farklı bir görevi bulunmaktadır. İşletilebilir bir bilgisayara sahip olmak için, bu parçalar belirli bir düzen içerisinde bir araya getirilmelidir.

Merkez İşlem Birimi (CPU - Central Processing Unit) • Ana Bellek (Main Memory) • İkincil Depolama Aygıtları (Secondary Storage Devices) • Girdi Aygıtları (nput Devices) • ıktı Aygıtları (Output Devices)

Bilgisayarda programların çalışmasını ve işlemlerin yapılmasını sağlayan temel bileşen merkez işlem birimidir. Bilgisayarın beyni olarak da kabul edilen merkez işlem birimi, bilgisayarın en önemli ve karmaşık parçasıdır.

Ana bellek, bilgisayarın çalışma esnasında kullandığı alandır. Bilgisayarda bir program yürütülürken, programın kendisi ve programla ilgili veri ana bellekte tutulur. Ana bellek, çoğunlukla rastgele erişimli bellek (RAM - Random Access Memory) olarak da adlandırılır. Bu tür belleklerde veriye erişim hızlı bir şekilde gerçekleşir. Günümüzde kullanılan kişisel bilgisayarların ana bellek kapasiteleri GB (Gigabyte) cinsinden belirtilir.

İkincil depolama aygıtlarının en sık kullanılan çeşidi sabit disklerdir. Genellikle tüm bilgisayarlarda gömülü bir sabit disk bulunmaktadır. Günümüzde sabit disklerin kapasitesi TB (Terabyte) seviyesine kadar çıkmıştır. Sıklıkla kullanılan diğer depolama aygıtları haric disk, CD (compact disc), DVD (digital versatile disc), manyetik teyp ve USB bellek olarak listelenebilir.

Kullanıcılardan veya farklı cihazlardan bilgisayara gelen her türlü veriye girdi adı verilir. Bu verilerin toplanması ve bilgisayara iletilmesi, girdi araçları tarafından gerçekleştirilir. Modern bilgisayarlarda en sık kullanılan girdi araçları klavye, fare, mikrofon, dijital kamera, tarayıcı ve barkod okuyucudur.

Bilgisayarın kullanıcılar veya farklı cihazlar için oluşturduğu her türlü veriye çıktı adı verilir. Üretilen verilerin belirli bir formata çevrilmesi ve sunulması çıktı araçları ile yapılır. Modern bilgisayarlarda en sık kullanılan çıktı araçları monitör, yazıcı, hoparlör, kulaklık ve projektördür.

Sistem yazılımları, bilgisayar kullanımı için gerekli ana fonksiyonları sağlayan, bilgisayar donanımına ve sistemin yürütülmesine yardımcı olan yazılımlardır. Sistem yazılımları üç gruba ayrılır: • İşletim Sistemleri: Bilgisayarda işlem yapabilmek, bilgisayara bağlı birimleri kontrol edebilmek ve bilgisayar programlarını kullanabilmek için geliştirilmiş yazılımlardır. Windows Vista, Windows 7, Mac OS , edora ve Ubuntu günümüzdeki popüler işletim sistemlerindendir. Hizmet Programları: Bilgisayar sistemini desteklemek amacıyla kullanılan yazılımlardır. Dosya sıkıştırma, virüs tarama, virüs temizleme, veri yedekleme gibi özel işlemleri yaparlar. • Yazılım Geliştirme Araçları: Yazılım geliştirme, geliştirilen yazılımları test etme, var olan yazılımları güncelleme gibi amaçlar için, programcılar tarafından kullanılan yazılımlardır. Başlıca yazılım geliştirme araçları derleyiciler, çeviriciler ve yorumlayıcılardır.

Programlama dilleri yazılım geliştirmek için kullanılan araçlardır. Yazılımın kalitesi ile programlama dili arasında doğrudan bir ilişki olduğu için, bir yazılım sisteminde olması gereken temel özellikler ile programla dillerinin hedefleri paralellik gösterir. Bir programlama dilinin faydalı ve başarılı sayılabilmesi için yazılımda güvenilirlik, sürdürülebilirlik ve verimlilik sağlanabilmelidir.

Bilgisayar programlamada, geliştirilen yazılımın güvenilir olması öncelikli hedeflerden biridir. Kullanıcılar yazılıma güven duymalı, çalışma esnasında programdan kaynaklanan hatalar ile karşılaşmamalıdır. Yazılım veya donanım kaynaklı bir problem yaşandığı takdirde, kullanıcıya destek verilebilmelidir.

Yazılımda sürdürülebilirlik, bir yazılımın değişen istek ve ihtiyaçlara cevap verebilme yeteneğidir. İş gücü, zaman ve maliyet gibi ekonomik kısıtlar, yazılımların sürdürülebilir olmasını gerekli kılar.

Bir yazılımın verimliliğini belirleyen kriterlerden başlıcaları yazılımın çalışması için gereken bellek ve işlem hızıdır. Geliştirilen programların isteklere hızlı yanıt vermesi ve çalışma süresince düşük sistem kaynağı kullanması, tüm programlama dillerinde ortak amaçtır. Yazılım geliştirme sürecinde ve sürdürülebilirlik aşamasında harcanan efor, verimliliği belirleyen bir diğer unsurdur. Programlama dilleri yeniden kullanılabilir ve portatif kodlar geliştirmeye imkan tanımalıdır. Bu olanak, programcılara zaman ve emek açısından büyük bir kolaylıktır.