Bu yazımda Bilgisayar Mimarisi konusunda bir temel oluşturmuş olan von Neuman’ın ortaya sunduğu “von Neumann Mimarisinden” bahsedeceğim.
Öncelikli olarak von Neumann’ı tanıyarak ne gibi bir yenilik ortaya attı ve diğer mimarilere göre avantajı nedir buna bir göz atalım.
John von Neumann 1903 yılında doğmuş Amerikalı bir matematik ve bilgisayar bilimcidir.
Bilişim teknolojisi yapısı itibariyle sürekli yenilenen ve takip edilmesi zor bir sektördür. Günümüzde de görebileceğimiz gibi eskisi üzerine geliştirilen yeni teknolojiler bir noktadan sonra yavaşlamakta veya istenilen performansı verememektedir. Bu yenilikleri en iyi şekilde aktarabilmek için bu teknolojilerin mimarilerini değiştirmek gerekir. Hatırlayacağınız gibi tek çekirdekli işlemcilerden çok çekirdekli işlemcilere geçişte işlemcilerin, işletim sistemi olarak da XP’den Vistaya geçişte de işletim sisteminde mimari değişikliğine gidilerek gelişimleri sürmüştür.
Geçmişte de bilgisayar gelişimi hızlanmış ve eski mimari artık yavaş kalmaya başlamıştı. ENIAC isimli büyük hesaplamalar yapan bilgisayar mimarisi gereği iyice yavaşlamış ve yeni bir mimari tasarım denenmişti. ENIAC’ta veriler delikli kağıtlar ile dışarıdan girilerek yapılıyordu. Von Neumann ise bu dışarıdan girilen verilerin bilgisayar içerisinde saklanabileceğine dair bir makele yayınlamış ve bunun mümkün olduğundan bahsetmiştir.
Bu mimariyi 1946 yılında oluşturan Von Neumann’a göre bilgisayar 4 temel birimden oluşmaktadır. Bunlar;
• Kontrol birimi (CPU),
• Matematiksel ve mantıksal işlemlerin yapıldığı aritmetik-mantık birimi (ALU),
• Bilginin saklandığı hafıza bölümü (Memory)
• Giriş/Çıkışı sağlamak için de Input Output birimidir (I/O).
Tüm bu birimler birbirlerine “veriyolu (bus)” adı verilen kablolar ile bağlıdırlar ve tüm iletişim elektronik sinyaller ile sağlanmaktadır.
Bu birimlerin ayrılmasından sonra bilgisayarlar çok fonksiyonel araçlar olmuşlardır. Eskiden hesaplamalar için ayrı bir yapı metin işlemleri için ayrı bir yapı kullanılmaktaydı, bunun temel nedeni işlemcisi ile memory’nin bütünleşik olmasıydı. Von Neumann sayesinde bilgisayar ile hem hesaplama yaparken hem de metin işlemleri rahatlıkla yapılabiliyor olması oldu.
Bu mimari ile Stored Program Computer ve Sequential Architecture ortaya çıkmıştır. Yani Stored Program Computer ile bilgilsayar içerisinde yazılım saklanabilecek bu yazılım kendi üzerinde değişiklik yapılabilecekti. Aslında bir program kendi kendini kopyalayabileceğinden bahsederek bir nevi viruslerin fikir babası da olmuş diyebiliriz.
Günümüz bilgisayarlarında da kullandığımız; işlemleri tek seferde değil de parçalara bölerek tasklar halinde sıra ile yapılması mimarisi de sunulmuştur bu da Sequential Architecture yani sıralı, dizgisel mimari sayesinde olmuştur.
Bu mimari ile beraber gelen bazı sorunlar da mevcuttur. Bunlardan birisi crash ve diğeri ise bottleneck (dargeçidi)dır. Crash temel olarak bilgisayarda yüklü olan programların bir hata sonucu kendilerine ve/veya diğer programlara zarar vererek kendisinin ve onlarında çalışmalarına engel olur ve durdurabilir. Çeşitli algoritmalar ve işlemci içerisindeki register’lar sayesinde bu sorun bir nebze de olsa aşılmıştır.
Bottleneck ise veriyolunda verinin transferinde yaşanan sorundur. CPU ile Ram arasında yaşanan veri transferi sorunu yüzünden veri taşıması sorunlu olabilir. İşlemcinin bilgileri işleme ve hafızadan yeni bilgiler talep etme hızı, hafızanın bilgi gönderebilme hızından çok daha yüksek olduğundan, bilgi işleme hızı büyük oranda düşmektedir.
Bu mimari günümüzde de hala kullanılmakta olup geçerliliğini sürdürmektedir. Günümüzde cache memory sayesinde bilgisayar sıkça kullandığı verileri buradan çekerek bilgisayarın daha hızlı çalışmasını sağlamaktadır.
Gördüğümüz gibi von Neumann mimarisi bilgisayar tarihinde önemli bir mihenk taşı olmakla birlikte günümüzde de hala geçerliliğini korumaktadır. Kullandığımız bilgisayarlar bu mimari üzerinde çalışmakta olup geçerliliğini korumaktadır.