İçeriğe atla

Yeniden yapılandırılabilir bilişim

Yeniden yapılandırılabilir bilişim, yazılımların esnekliğiyle donanımın yüksek performansını, Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri (FPGA) gibi çok esnek ve çok hızlı işlem yapılarını işleyerek birleştiren bir bilgisayar mimarisidir. Sıradan mikroişlemcilerle karşılaştırıldığında temel fark, kontrol akışına ek olarak veriyolunun kendisinde de önemli değişiklikler yapabilme yeteneğidir. Öte yandan Uygulamaya Özel Tümleşik Devre (ASIC) gibi özel donanımlardan temel farkı çalışma zamanı sırasında yeniden yapılandırılabilir yapı üzerine yeni bir devreyi yükleyerek donanımı uyarlayabilme olasılığıdır.

Tarihi ve özellikleri

Yeniden yapılandırılabilir bilişim kavramı 1960'larda Gerald Estrin'in standart bir işlemci ve bir dizi yeniden yapılandırılabilir donanımdan oluşan bir bilgisayar kavramı öneren meşhur makalesinden beridir var olmuştur. Ana işlemci, yeniden yapılandırılabilir donanımın davranışını kontrol edecekti. Daha sonra yeniden yapılandırılabilir donanım, görüntü işleme, desen eşleştirme gibi özel bir görevi, donanımın adanmış özel bir parçası kadar hızlı bir şekilde gerçekleştirmek için uygun hale getirilecekti. Bir kez görev yapıldıktan sonra, donanım başka görevler yapmak için ayarlanabilecekti. Bu, yazılımın esnekliği ile donanımın hızını birleştiren melez bir bilgisayar yapısıyla sonuçlandı; ne yazık ki bu fikir gerekli elektronik teknolojisi açısından zamanının çok ilerisindeydi.

1980'ler ve 1990'larda bu alanda bir canlanma oldu ve araştırmalarla birlikte önerilen Copacobana, Matrix, GARP, Elixent, PACT XPP, Silicon Hive, Montium, Pleiades, Morphosys, PiCoGA gibi birçok yeniden yapılandırılabilir mimari sanayi ve akademi tarafından geliştirildi. Bu tür tasarımlar, silikon teknolojisindeki sürekli ilerlemenin tek bir çip üzerinde karmaşık tasarımlar gerçekleştirmeye imkân vermesiyle mümkün olmuştur. Dünyanın ilk ticari yeniden yapılandırılabilir bilgisayarı 1991'de tamamlanan Algotronix CHS2X4'dur. Bu bilgisayar ticari bir başarı elde edemedi ama FPGA'nın mucidi olan Xilinx'in bu teknolojiyi satın almasına ve Algotronix personelini çalışanları arasına katmaya yetecek kadar umut verici oldu.

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Mühendislik</span> tasarımdan ekipman imalatına kadar ilerleyişi sağlayan işlevler kümesi, uygulamalı bilim

Mühendislik, köprüler, tüneller, yollar, araçlar ve binalar dahil olmak üzere makineler, yapılar ve diğer öğeleri tasarlamak ve inşa etmek için bilimsel ilkelerin kullanılmasıdır. Mühendislik disiplini, her biri uygulamalı matematik, uygulamalı bilim ve uygulama türlerinin belirli alanlarına özel vurgu yapan, geniş bir yelpazede uzmanlaşmış mühendislik alanları’nı kapsar.

<span class="mw-page-title-main">Bilgisayar mühendisliği</span> bilgisayar donanımı ve yazılımı geliştirmek için bilgisayar bilimi ve elektrik mühendisliğini entegre eden disiplin

Bilgisayar mühendisliği temel olarak yazılım, programlama ve algoritma ile ilgilenir. Bilgisayar ağları, veri tabanı yöneticiliği ve gömülü sistemler de diğer çalışma alanlarıdır.

Bilişim, bilişim bilimi ya da bilgisayar bilimi, bilgi ve hesaplamanın kuramsal temellerini ve bunların bilgisayar sistemlerinde uygulanabilmeleri sağlayan pratik teknikleri araştıran bir yapısal bilim dalıdır. Bilişimciler ya da bilgisayar bilimcileri bilgi oluşturan, tanımlayan ve dönüştüren algoritmik süreçler icat edip, kompleks sistemleri tasarlamak ve modellemek için uygun soyutlamalar formüle ederler. Bilişim Dünya'da hızla gelişmeye devam eden önemli bir teknolojidir.

<span class="mw-page-title-main">Yazılım</span> bilgisayarın somut olmayan çalıştırılabilir bileşeni

Yazılım, değişik ve çeşitli görevler yapma amaçlı tasarlanmış elektronik aygıtların birbirleriyle haberleşebilmesini ve uyumunu sağlayarak görevlerini ya da kullanılabilirliklerini geliştirmeye yarayan makine komutlarıdır.

<span class="mw-page-title-main">Mikrodenetleyici</span>

Mikrodenetleyici bir VLSI entegre devre çipinde küçük bir bilgisayar'dır. Mikrodenetleyici, bellek ve programlanabilir giriş/çıkış çevre birimleri ile birlikte bir veya daha fazla CPU kapsar.

<span class="mw-page-title-main">Merkezî işlem birimi</span> bir bilgisayar programının talimatlarını, talimatlar tarafından belirtilen temel aritmetik, mantıksal, kontrol ve giriş/çıkış (G/Ç) işlemlerini gerçekleştirerek yürüten ve diğer bileşenleri koordine eden bir bilgisayar içindeki elektro

Merkezî işlem birimi, dijital bilgisayarların veri işleyen ve yazılım komutlarını gerçekleştiren bölümüdür. Çalıştırılmakta olan yazılımın içinde bulunan komutları işler. Mikroişlemciler ise tek bir yonga içine yerleştirilmiş bir merkezî işlem birimidir. 1970'lerin ortasından itibaren gelişen mikroişlemciler ve bunların kullanımı, günümüzde MİB teriminin genel olarak mikroişlemciler yerine de kullanılması sonucunu doğurmuştur.

İndirgenmiş Buyruk Küme Bilgisayar, işlemci tasarım alanında 1980'li yıllarda önerilen ve giderek CISC'in yerini alan bir buyruk kümesi mimarisidir.

Donanım yazılımı (İng: firmware), sayısal veri işleme yeteneği bulunan her tür donanımın kendisinden beklenen işlevleri yerine getirebilmesi için kullandığı yazılımlara verilen addır. Elektronikte ve bilişimde donanım yazılımı, kalıcı bellek, program kodu ve veri deposudur. Donanım yazılımının bulunduğu cihazlara tipik örnekler; gömülü sistemler, bilgisayar çevre birimleri, cep telefonu, dijital fotoğraf makinesi verilebilir. Bu cihazlarda bulunan yazılım, cihazın kontrol programını barındırır. Donanım yazılımı ROM, EPROM, flaş bellek gibi kalıcı bellekte saklanır. Bir cihaz yazılımının değiştirilmesi, cihazın ömrü boyunca ya hiç yapılmaz ya da sadece birkaç kez yapılır. Bazı cihazların yazılımları üretim aşamasından sonra değiştirilemez. Donanım yazılımında güncelleştirme ya yazılım hatası ya da cihaza yeni bir özellik eklemek için yapılır. Bunun için mikroçip ROM'u değiştirilmesi gerekebilir veya flaş belleğin özel bir yöntemle tekrar programlanması gerekir. Bilgisayardaki BIOS yazılımı yalnızca, cihazın temel işlevlerini saklar, işletim sistemi gibi yüksek seviye yazılımlara önayak olur.

<span class="mw-page-title-main">PowerPC</span>

PowerPC, AIM olarak bilinen Apple-IBM-Motorola ittifakının 1991'de geliştirdiği bir RISC mikroişlemcisidir. Genel olarak kişisel bilgisayarlar içindir. PowerPC merkezi işlem birimleri (CPU) gömülü (embedded) ve yüksek performans işlemcileri olduğu için popüler olmuştur. PowerPC 1990'da AIM' in ve PReP'in temel taşı oldu, fakat mimari Apple'ın Macintosh'unun 1994–2006 modellerinde daha başarılı bulundu.

<span class="mw-page-title-main">Assembly</span> uygulanan işlemlerle programlama dilinin birbirine çok yakın olduğu düşük seviye programlama dilleri

Assembly dili, bir işlemcinin komut kümesi üzerine tanımlanmış alt seviye bir dildir. Assembly dili kolay hatırlanabilir semboller tanımlar ve böylece işlemcinin makina koduna karşılık gelen sayı dizilerinin bilinmesine gerek kalmaz. Assembly dili, platformdan bağımsız yüksek seviyeli programlama dillerinin aksine, işlemci mimarisine bağımlıdır. Tipik uygulamaları; cihaz sürücüleri, alt seviyeli dahili (embedded) ve gerçek zamanlı sistemlerdir. Bır assembly programı assembler kullanılarak makine koduna çevrilir.

NUMA, Düzensiz Bellek Erişimi veya Düzensiz Bellek MimarisiNon-Uniform Memory Access veya Non-Uniform Memory Architecture” (NUMA) çok işlemcililerde bellek erişim zamanının belleğin işlemci üzerindeki yerine bağlı olduğu bir bilgisayar belleği tasarımıdır. NUMA altında bir işlemci kendi yerel belleğine yerel olmayan bellekten daha hızlı bir şekilde ulaşır, diğer bir ifadeyle, bir başka işlemcinin yerel belleğinden veya işlemciler arasında paylaşılan bellekten daha hızlı erişir.

<span class="mw-page-title-main">Bilgisayar mimarisi</span>

Bilgisayar mimarisi, en küçüğe ve en başarılıya ulaşmayı hedeflerken aynı zamanda maliyeti de göz önünde bulundurduğu için sanat ve bilimin ortak buluştuğu nokta olarak da tanımlanır. Bilgisayar Mimarisi, bilgisayar parçalarının iç yapıları ve aralarındaki haberleşme bağlantıları ile ilgilidir.

<span class="mw-page-title-main">BIOS</span> EPROM adı verilen bir yonga üzerinde ROM Bellek biçiminde yer alan yazılım

BIOS,. EPROM adı verilen bir yonga üzerinde ROM Bellek biçiminde yer alan bir tür yazılımdır. Bilgisayar açıldığı anda işlemciye tüm diğer donanımları sırasıyla tanıtır. Donanımların temel iletişim protokollerini belirler. İşletim sisteminin başlangıç öğelerinin herhangi bir sürücüden yüklenmesini sağlar. İşletim sistemi çalışırken donanım ve işletim sistemi arasındaki ilişkileri düzenler.

<span class="mw-page-title-main">Alanda programlanabilir kapı dizisi</span>

FPGA, programlanabilir mantık blokları ve bu bloklar arasındaki ara bağlantılardan oluşan ve geniş uygulama alanlarına sahip olan sayısal tümleşik devrelerdir. Tasarımcının ihtiyaç duyduğu mantık işlevlerini gerçekleştirme amacına yönelik olarak üretilmiştir. Dolayısıyla her bir mantık bloğunun işlevi kullanıcı tarafından düzenlenebilmektedir. FPGA ile temel mantık kapılarının ve yapısı daha karmaşık olan devre elemanlarının işlevselliği artırılmaktadır. Alanda programlanabilir ismi verilmesinin nedeni, mantık bloklarının ve ara bağlantıların imalat sürecinden sonra programlanabilmesidir.

Donanım tanımlama dili veya DTD, elektronik devrelerin tanımlanması amacıyla kullanılan herhangi bir bilgisayar dilinin sınıfına verilen addır. Donanım tanımlama dili, devrenin yürüttüğü işlemi, tasarımını ve benzetim (simülasyon) yoluyla doğrulamasını gerçekleştirebilir.

<span class="mw-page-title-main">Çekirdek (bilgisayar bilimi)</span>

İşletim sistemi çekirdeği, kısaca çekirdek (kernel), işletim sistemindeki her şeyin üzerinde denetimi olan merkezi bileşenidir. Uygulamalar ve donanım seviyesindeki bilgi işlemleri arasında bir köprü görevi görür. Çekirdeğin görevleri sistemin kaynaklarını yönetmeyi de kapsamaktadır. Genellikle çekirdek, işletim sisteminin temel bir elemanı olarak, yazılımın fonksiyonunu yerine getirebilmesi için kontrol etmesi gereken kaynaklar için düşük seviye soyutlama katmanı sağlayabilir. İşletim sistemi görevleri, tasarımları ve uygulanmalarına göre farklı çekirdekler tarafından farklı şekillerde yapılır. Sistem açılırken belleğe yüklenir ve sistem kapatılıncaya kadar ana bellekte kalır.

Bilgisayar bilimci, bilgisayar bilimi, bilgi ve hesaplamanın teorik temellerinin incelenmesi ve bunların uygulamaları hakkında uzmanlaşmış bir kişidir.

<span class="mw-page-title-main">Gömülü sistem</span> Belli bir fonksiyonu yapmaya yönelik bilgisayar sistemi

Gömülü sistem, bilgisayarın kendisini kontrol eden cihaz tarafından içerildiği özel amaçlı bir sistemdir. Genel maksatlı, örneğin kişisel bilgisayar gibi bir bilgisayardan farklı olarak, gömülü bir sistem kendisi için önceden özel olarak tanımlanmış görevleri yerine getirir. Sistem belirli bir amaca yönelik olduğu için tasarım mühendisleri ürünün boyutunu ve maliyetini azaltarak sistemi uygunlaştırabilirler. Gömülü sistemler genellikle büyük miktarlarda üretildiği için maliyetin düşürülmesinden elde edilecek kazanç, milyonlarca ürünün katları olarak elde edilebilir.

Uygulamaya özel komut seti işlemcisi (UÖKİ) veya ASIP, yongada sistem tasarımında kullanılan bir bileşendir. Aynı zamanda bir tasarım yöntemi olarak kullanılır. Bir UÖKİ'nin komut seti, belirli bir uygulamaya fayda sağlayacak şekilde uyarlanmıştır. Çekirdeğin özelleşmesi, genel amaçlı bir CPU'nun esnekliği ve bir ASIC'in performansı arasında denge sağlar.

Dijital elektronikte, özellikle bilgi işlemde, donanım yazmaçları genellikle belleğe benzer birçok özelliğe sahip, genellikle flip floplardan oluşan devrelerdir, örneğin: