İşletim Sistemleri Donanım Yönetimi
Yazan : Şadi Evren ŞEKER
İşletim sistemlerinin temel görevlerinden birisi de üzerinde çalıştığı donanımı yönetmesidir. Bir bilgisayarın en temel yönetilmesi gereken bileşenleri CPU (MİB) ve RAM dir. Bilgisayarın bütün parçalarının bağlı olduğu karta Ana Kart (Main Board) denilir.
Ana Kart (Main Board veya Motherboard ) üzerine en az işlemci ve RAM bağlı olmak zorundadır. Ayrıca bilgisayarın açılması sırasında (Bootstrap) kullanılacak olan BIOS ve bilgisayara bağlı olan parçacıklar arasında iletişimi sağlayacak olan BUS (Veriyolu) bu kart üzerinde bulunmalıdır. Bu kartlara PCB (Printed Circuit Board veya yazılı devre kartı) adı verilmektedir. Bu terim, kartların üretim şeklinden gelmektedir. Tasarlanmış bir kart üretilirken bir yazıcı çıktısı gibi tasarım kartın üstüne basılır.
Ana Kartın üzerinde ayrıca controller (kontrol devreleri) bulunur. Bu devrelerin görevi bilgisayara bağlı olan basit giriş çıkış devrelerini kontrol etmektir. Bu kontrol devrelerinin tamamına chipset (yonga) denilmektedir. (aşağıdaki kart resminde VIA VT82C694X ve VT82C686B chipsetleri görülmektedir)
Bilgisayarın ana kartına sonrada takılan kartlara add-on kart, bilgisayarın ana kartınn üzerine gömülü olarak gelen kartlara ise on-board card denilir.
Örnek iki ana kart resmi.
İşlemci (CPU bilgisayarda çalışan her işlem (Process) için ana uğrak yeridir. Yazılmış olan kodlar makine diline çevrildikten sonra işlemci üzerinde çalıştırılırlar. Günümüz bilgisayarlarında bulunan en temel işlemciler CPU ( Central Processing Unit veya MİB , Merkezi İşlem Birimi) veya Grafik yardımcı işlemcisi (Graphics coproccessor) veya dijital işaret işlemcisi (Digital signal processor) olarak sayılabilir.
Bilgisayarda işlemleri yürüten ana işlemci MİB’dir ancak hız artışı sağlamak için bazı işlemleri yardımcı işlemcilere gönderebilir. Örneğin 3 boyutlu bir oyunun grafiklerin işlemek oldukça yüksek bir işlem kabiliyeti gerektirmektedir ve bu işlemler grafik işlemleri konusunda uzmanlaşmış grafik yardımcı işlemcisine gönderileibilir.
Bir işlemcinin kabul ettiği ve anlayabildiği komutlara, o işlemcinin komut kümesi (instruction set) denilmektedir. Ayrıca işlemcinin anlayabildiği bu komutların boyutuna da komut boyutu veya instruction length denilmektedir. Günümüzde kullanılan işlemciler 32-bit veya 64-bit komut boyutlarına sahiptirler.
Bir işlemcinin ana parçalarından birisi de basit aritmetik ve mantık işlemlerinin yürütüldüğü ALU (arithmetik logic unit) veya AMÜ (aritmetik ve mantık ünitesi) dir.
Ana kart üzerinde bulunan veriyolu (BUS)’ın ana görevi MİB ile hafıza (RAM) arasındaki iletişimi sağlamaktır. Buna göre bir işlemcinin görüntüsü aşağıdaki şekildedir:
MİB’in basit şeması (Bu grafik Operating Systems Deitel Deitel ve CHOFFNES kitabından alınmıştır)
Yukarıdaki grafikte de gösterilmiş olan registerlar (kayıtçılar) oldukça hızlı hafıza alanlarıdır ve işlem sırasında ALU tarafından yürütülen işlemlerin verileri burada durur.
Örneğin 3 + 5 işlemi çalıştırılmak isteniyor olsun. Bu işlemdeki 3 ve 5 sayıları kayıtçılarda duracak ve toplama işlemi ALU üzerinde çalıştırılırken bu kayıtçılardan okunup sonuç yine kayıtçıların üzerine yazılacaktır.
Yukarıdaki grafikte L1 ve L2 önbellek (cache) örnekleri de verilmiştir. Önbelleğin amacı, işlem sırasında gereken ve kayıtçılarda bulunmayan bilgilerin bilgisayarın hafızasından (RAM) alınması yerine daha yakında olan ve daha hızlı çalışan önbellekte tutularak sistemin toplam performanssının arttırılmasıdır. Buna göre kayıtçılar üzerlerindeki iş için gereken bilgiyi önce L1 (Level 1 veya 1. seviye) önbellekte sonra L2( level 2 veya 2. seviye) önbellekte aramaktadırlar. Bu iki önbellekte de bulunamaması durumunda veri yolu aracılığı ile hafızaya(RAM) kadar bilgi aranmaya devam edilmektedir.
Saatler
Bilgisayarın çalışmasındaki önemli unsurlardan birisi de bilgisayarın saat döngüsüdür. (Clock cycle)
Bilgisayarda bulunan parçaların aynı anda uyum içinde (synchronized) bir işlemi yapmasıdır. Her parça bir saat tikinde (clock tick) bir birimlik iş yapar. Bu sayede birbirine bağlı olan parçalar önündeki ve öncesindeki parçaların hızını aşmadan veya yavaşlatmadan veri akışı sağlayabilirler.
Bir işletim sisteminin başlatılması
Bilgisayar başladığı zaman (power up) ilk işletilen yazılım bilgisayarın ana kartı üzerinde bulunan BIOS (Basic Input Output System, Temel giriş çıkış sistemi) üzerine daha önceden ana kart üreticisi firma tarafından yüklenmiş olan yazılımdır. Bu yazılımın görevi bilgisayarın donanımında bulunması gereken temel parçaların (RAM CPU gibi) testini gerçekleştirerek üzerine ayarlanmış olan boot sequence ( başlatılma sırasına) göre bir aygıt üzerinden işletim sistemini yüklemektir. Örneğin BIOS ayarlarında açılış sırasında seçilen ilk aygıt Hard Disk (Sabit disk) olsun, bu durumda BIOS üzerinde yüklü olan yazılım donanım testi (POST Power On Self Test, Açılışta kendi kendine test) yaptıktan sonra sabit diskin üzerindeki işletim sistemini yükleyecektir.
Burada dikkat edilmesi gereken nokta, BIOS üzerindeki yazılımın, işletim sistemleri ve disk yapısı hakkında çok az bilgisi olması dolayısıyla bir işletim sistemini diskten yükleyip çalıştırma yeteneği olmamasıdır. Bu durum disk üzerinde bulunan MBR (Master Boot Record, Ana başlangıç kaydı) denilen ve 0. sektör yani diskin başlangıç noktasına yazılan özel bir bilgi sayesinde işletim sistemi tarafından yapılır. Yani BIOS, MBR üzerinde bulunan kaydı çalıştırdıktan sonrasını işletim sistemi yapar. Yüklü olan işletim sistemi veya boot manager (açılış yöneticisi) hafızaya (RAM) yüklendikten sonra, işletim sistemini yüklemek ve başlatmak bu açılış yöneticisinin görevidir.