Giriş

Öğrenme Çıktıları

Bilgisayarın Temelleri

Bir Bilgisayarın Temel Parçaları

Bilgisayarın Temelleri

Bilgisayarın İşleyişi ve Programlama

public class MerhabaDunya {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Merhaba, Dünya!");
    }
}

Merhaba, Dünya!

Java gibi bir dilde yazılan talimatlar, işlemcinin anladığı makine koduna çevrilerek çalıştırılır.

Bilgisayarın Temelleri

Bir Bilgisayar Nasıl İnşa Edilir?

Sayılar

Elektrik Sinyalinden Bite

8 bit = 1 bayt (byte). Bellek ve dosya boyutları bayt ile ölçülür: 1 KB ≈ 1000 bayt, 1 KiB = 1024 bayt.

Sayılar

Basamak Değeri: 13 = 1101₂

Alt simge tabanı gösterir: 1101₂ “bir bir sıfır bir, ikili” diye okunur, “bin yüz bir” diye değil.

Sayılar

Herhangi Bir Taban ve Bit Sınırları

System.out.println(Byte.MAX_VALUE);    // 8 bit
System.out.println(Short.MAX_VALUE);   // 16 bit
System.out.println(Integer.MAX_VALUE); // 32 bit
System.out.println(Long.MAX_VALUE);    // 64 bit
// 64 bitin hepsi 1, işaretsiz okunursa:
System.out.println(Long.toUnsignedString(-1L));

127
32767
2147483647
9223372036854775807
18446744073709551615

Sayılar · Adım adım kod izleme

Ondalıktan İkiliye: 2'ye Bölme Yöntemi

public static void main(String[] args) {
  int sayi = 13;
  String ikili = "";
  while (sayi > 0) {
    int kalan = sayi % 2;
    System.out.println(sayi + " % 2 = " + kalan);
    ikili = kalan + ikili;
    sayi = sayi / 2;
  }
  System.out.println("Sonuç: " + ikili);
}

Sayılar

Java'da Taban Dönüşümleri

System.out.println(Integer.toBinaryString(13));  // ikili
System.out.println(Integer.toOctalString(135));  // sekizli
System.out.println(Integer.toHexString(255));    // onaltılı
System.out.println(Integer.parseInt("1101", 2)); // 2 → 10
System.out.println(Integer.parseInt("207", 8));  // 8 → 10
System.out.println(0b1101 + " " + 0207 + " " + 0xFF);

1101
207
ff
13
135
13 135 255

Sayılar

Toplama Her Tabanda Aynı Kurallarla Yapılır

Sayılar

Negatif Sayılar: İkiye Tümleyen

Sayılar

Java'da İkiye Tümleyen ve Taşma

int sayi = 3;
int eksi = ~sayi + 1; // ters çevir, 1 ekle
System.out.println(eksi);
byte b = (byte) 0b11111101;
System.out.println(b);
System.out.println(Integer.toBinaryString(-3));
System.out.println(Byte.MIN_VALUE + " .. "
    + Byte.MAX_VALUE);

-3
-3
11111111111111111111111111111101
-128 .. 127

byte b = 127;
b++;
System.out.println(b);
int m = Integer.MAX_VALUE;
System.out.println(m + 1);
System.out.println(Math.addExact(m, 1));

-128
-2147483648
Exception in thread "main"
  java.lang.ArithmeticException:
  integer overflow

Sayılar

Çok Büyük ve Çok Küçük Sayılar: Kayan Nokta

Adı buradan gelir: “kayan nokta” (floating point), üs değiştikçe ondalık noktanın yerinin kaymasıdır: 0.314159 × 10³ = 314.159.

Sayılar

Bitlerle Etkileşimli Deney

Bir bite tıklanınca 0 ↔ 1 olur. −3 için: 3 → ters çevir → +1. İşaretli değer, en soldaki bitin ağırlığı −128 sayılarak bulunur.

Harf ve Dizgiler

Harfleri Sayılarla Temsil Etmek: ASCII

Harf ve Dizgiler

ASCII Tablosu: Yazdırılabilir Karakterler

Harf ve Dizgiler

Bütün Diller İçin Tek Tablo: Unicode

Harf ve Dizgiler

UTF-8: Değişken Uzunluklu Kodlama

String kelime = "çikolata";
System.out.println(kelime.length());
System.out.println(kelime.getBytes(
    StandardCharsets.UTF_8).length);

8
9

Harf ve Dizgiler

Emoji de Bir Karakterdir

String yuz = "😀";
System.out.println(yuz.length());
System.out.println(
    yuz.codePointCount(0, yuz.length()));
String aile = "👨‍👩‍👧";
System.out.println(aile.length());

2
1
8

Harf ve Dizgiler · Adım adım kod izleme

Dizginin Karakter Kodlarını Yazdırmak

String kelime = "çikolata";
for (int i = 0; i < kelime.length(); i++) {
  char ch = kelime.charAt(i);
  System.out.print((int) ch + " ");
}
System.out.println();
System.out.println("Uzunluk: " + kelime.length());

Dizginin uzunluğu ayrıca tutulur, metnin nerede bittiği böyle bilinir. “ç” ASCII'de yoktur: 231 onun Unicode kod noktasıdır (U+00E7); aynı değer Latin-1 ve Türkçe ISO 8859-9 tablolarında da 231'dir.

Harf ve Dizgiler

Karakter Kodları: Etkileşimli Deney

Her kutu: karakter · kod noktası (ondalık ve U+onaltılı) · UTF-8 baytları. Renkli kutular ASCII dışıdır. İlk 12 kod noktası gösterilir.

Yapılandırılmış Bilgi

Her Türlü Bilgi Sayılarla Temsil Edilir

Sayı dizileri, bilgiyi saklamamızı ve bilgisayarla etkileşim kurmamızı sağlar.

Yapılandırılmış Bilgi

Örnek: Bir Video Ne Kadar Yer Tutar?

long piksel = 1920L * 1080;  // Full HD bir kare
long kare = piksel * 3;      // R, G, B: 3 bayt
long saniye = kare * 30;     // saniyede 30 kare
System.out.println("Piksel: " + piksel);
System.out.println("Kare (bayt): " + kare);
System.out.println("1 saniye (bayt): " + saniye);
System.out.println("1 dakika (MB): "
    + saniye * 60 / 1_000_000);
// 44,1 kHz, 16 bit (2 bayt), stereo, 1 dakika
long ses = 44_100L * 2 * 2 * 60;
System.out.println("1 dk CD sesi (bayt): " + ses);

Piksel: 2073600
Kare (bayt): 6220800
1 saniye (bayt): 186624000
1 dakika (MB): 11197
1 dk CD sesi (bayt): 10584000

Saklanan Program

Saklanan Program Kavramı

Fikri J. von Neumann'ın 1945 tarihli EDVAC raporu yaydı; saklanan programı ilk çalıştıran makine Manchester “Baby” oldu (1948).

Saklanan Program

Bellek Hiyerarşisi

Boyut ve süreler yaklaşık değerlerdir, işlemciye göre değişir. 1 ns = saniyenin milyarda biri.

Saklanan Program

İşlemci (CPU) ve Veri Yolu (Bus)

Saklanan Program

CPU – Bellek – Veri Yolu – Yazmaçlar

Saklanan Program

Bellek, Adresler ve Program Sayacı

Bellek hücresi talimat mı veri mi, ona bakarak anlaşılmaz: ikisi de sayıdır. Fark, işlemcinin o hücreyi nasıl kullandığıdır.

Saklanan Program

Getir–Çöz–Yürüt Döngüsü

3 GHz'lik bir işlemcinin saati saniyede 3 milyar kez “tık” eder; modern işlemciler birden çok komutu üst üste bindirerek (boru hattı, pipeline) işler.

Saklanan Program · Adım adım

Oyuncak Bir Bilgisayarda 102 + 25

200: LOAD  R1, [205] ; R1 ← bellek[205]
201: ADD   R1, [206] ; R1 ← R1 + bellek[206]
202: STORE R1, [207] ; bellek[207] ← R1
203: HALT            ; dur
204: ...
205: 102             ; veri
206: 25              ; veri
207: 0               ; sonuç buraya

von Neumann Mimarisi

von Neumann Mimarisi

Karşılaştırma: Harvard mimarisinde komut ve veri belleği ayrıdır; Arduino'daki AVR gibi pek çok mikrodenetleyici bu yapıyı kullanır.

von Neumann Mimarisi

Komutlar da Sayıdır: Kodlama

int komut = 0b00110010;
int islemKodu = komut / 64;     // ilk 2 bit
int hedef = (komut / 16) % 4;   // sonraki 2 bit
int kaynak1 = (komut / 4) % 4;  // sonraki 2 bit
int kaynak2 = komut % 4;        // son 2 bit
System.out.println(komut);
System.out.println(islemKodu + " " + hedef
    + " " + kaynak1 + " " + kaynak2);

50
0 3 0 2

von Neumann Mimarisi · Adım adım kod izleme

Komut Çözme: Kod İzleme

int komut = 0b00110010;
int islemKodu = komut / 64;     // ilk 2 bit
int hedef = (komut / 16) % 4;   // sonraki 2 bit
int kaynak1 = (komut / 4) % 4;  // sonraki 2 bit
int kaynak2 = komut % 4;        // son 2 bit
System.out.println(komut);
System.out.println(islemKodu + " " + hedef
    + " " + kaynak1 + " " + kaynak2);

von Neumann Mimarisi

Assembly Dili

Özet

Özet

Özet

İlgili Sayfalar

Özet

Sık Yapılan Hatalar

Özet

Örnek Problemler

1. 45 sayısını 8 bit ikili olarak yazın.
2. 10110110₂ işaretsiz olarak kaçtır? 8 bit ikiye tümleyen ile işaretli olarak kaçtır?
3. −20'yi 8 bit ikiye tümleyen ile yazın.
4. 0x3F ondalık, ikili ve sekizli olarak nedir?
5. 01101101₂ + 00110110₂ toplamını bulun. Sonuç 8 bit işaretli byte olarak ne olur?
6. System.out.println('a' + 'b'); ve System.out.println("" + 'a' + 'b'); ne yazdırır?
7. Oyuncak bilgisayarda 10011100 komutu ne yapar?

Özet

Alıştırmalar

1. 16 bitlik işaretli bir tam sayının (Java short) aralığı nedir?
2. "Java" dizgisinin karakter kodlarını ondalık ve ikili olarak yazın.
3. 1024 × 768 boyutlu, piksel başına 3 bayt kullanan sıkıştırmasız bir resim kaç bayttır?
4. "ağaç" için length() ve UTF-8 bayt sayısı nedir?
5. 0'dan 15'e kadar sayıları 4 basamaklı ikili olarak yazdıran bir Java programı yazın.
6. 32 hatlı bir adres yolu kaç farklı bayt adresleyebilir?

Özet

Kaynaklar

• D. A. Patterson ve J. L. Hennessy, Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, RISC-V sürümü, 2. baskı, Morgan Kaufmann, 2020.
• C. Petzold, Code: The Hidden Language of Computer Hardware and Software, 2. baskı, Microsoft Press, 2022.
• A. B. Downey ve C. Mayfield, Think Java, 2. baskı, O'Reilly, 2019 (Bölüm 1).
• Oracle, The Java Tutorials: “Primitive Data Types” ve “Characters”.
• J. Gosling ve diğ., The Java Language Specification, Java SE 21, §3.10 (Sabitler) ve §4.2 (İlkel tipler).
• The Unicode Consortium, The Unicode Standard, unicode.org; IEEE 754-2019, Standard for Floating-Point Arithmetic.
• J. von Neumann, First Draft of a Report on the EDVAC, 1945.