Bilgisayarlar Nasıl Çalışır

Gömülü sistemleri ve bilgisayarları hayatımızın her alanında kullanıyoruz. Evlerimizde kullandığımız tablet, telefon, televizyon, bilgisayar vb. dışında sunucuları veya endüstriyel bilgisayarları da düşünürsek (ki sadece bunlarla sınırlı değil) gerçekten bilgisayarlar hayatımıza “kök salmış” durumda.

[sam id=”1″ codes=”true”]

[sam id=”1″ codes=”true”]

Dev IBM Şirketi’nin yöneticisi Thomas Watson, 1940’lı yılların başında, dünyanın “beş kadar bilgisayardan” fazlasına ihtiyaç duymayacağını öne sürdü. Altı yıl sonra bilgisayarın küresel nüfusu bir milyara kadar ulaştı!

Bilgisayar Nedir?

Bilgisayar, bilgiyi işleyen elektronik bir makinedir. Ham bilgiyi (veya veriyi) alır, onu işleyene kadar depolar ve sonra çıkışa verir. Bu işlemlerin her birinin bir adı vardır. Bilginin alınması giriş, bilgileri saklama bellek (veya depolama), bilginin işlenmesi işleme ve sonucu döndürme de çıktı olarak adlandırılır.

Bilgisayarın bir insan olduğunu düşünün. Matematikte gerçekten başarılı bir arkadaşınızın olduğunu varsayın. Arkadaşınız o kadar başarılı ki herkes ona matematik problemlerini gönderiyor. Her sabah, posta kutusunda çözülmeyi bekleyen bir yığın matematik problemi buluyor. Problemlere bakmak için onları masasına yığıyor. Her öğleden sonra yığının üstünden bir mektup alıyor, sorunu inceliyor, çözüm üretiyor ve mektubun arkasına cevabı yazıyor. Onu bir zarfa koyuyor ve göndermeye hazırlıyor. Sonra yığındaki diğer mektup için aynı işlemleri yapıyor.

Arkadaşınızın sanki bir bilgisayar gibi çalıştığını görebilirsiniz. Posta kutusu onun girişi; masadaki yığın hafıza; onun beyni sorunları çözen bir işlemci; göndermeye hazırladığı mektuplar da  çıkış olur.

  • Giriş: Klavye ve fareniz giriş birimlerine örnektir. Bunlar, bilgisayarınıza onun işleyebileceği türden bilgileri girmenizin yollarıdır.
  • Depolama (hafıza): Muhtemelen bilgisayarınız, tüm doküman ve belgelerinizi bir sabit disk üzerinde barındırıyor. Sabit disk, devasa büyüklükte manyetik bellektir. Fakat küçük, bilgisayar temelli sistemler (telefon, kamera vb.) farklı depolama birimleri kullanırlar. (Örn: flash hafıza kartları)
  • İşleme: Bilgisayarınızın işlemcisi [Bazen CPU (Central Processing Unit) Tr: MİB (Merkezi İşlem Birimi) olarak da bilinir.] derinlerde gömülmüş bir mikroçiptir. Çok ilginç bir biçimde çalışır ve çalışırken gerçekten çok ısınır. Bilgisayarınızın aşırı ısınmasını önlemek için üfleyen bir fanı vardır.
  • Çıktı: Bilgisayarınız bir monitöre, belki hoparlör ve yazıcıya sahip olabilir. Bunlar bilgisayarınızın çıktı birimlerini oluşturur.

Bilgisayar donanımı nedir?

Bilgisayar donanımı, bir bilgisayarın fiziksel parçalarıdır. (Örn: Monitör, klavye, bellek, grafik kartı, ses kartı, anakart, işlemci, RAM, vb.)

Donanım, yazılım tarafından herhangi bir komutu çalıştırmak için yönetilir. Donanım ve yazılımın bir birleşimi, kullanılabilir bir bilgi işlem sistemini oluşturur.

Bilgisayar yazılımı nedir?

Bilgisayarınızı bir hesap makinesinden farklı yapan şey, onun işlemleri otomatik olarak yapabilmesidir. Siz sadece komutlar verirsiniz (Bu komutlar, program olarak adlandırılır.), o tek başına uzun ve karmaşık bir operasyon gerçekleştirir. 1970 – 1980 yılları arasında bir ev bilgisayarı kullanmak istediğinizde, öncelikle yapacağınız işe uygun küçük bir program yazmanız gerekiyordu. Günümüzde çoğu program önceden yazılmış olarak geliyor. (Örn: Google Chrome)

Bilgisayar programı, bir bilgisayar tarafından yürütülen belirli bir görevi yerine getiren komutlar yığınıdır.

İşletim sistemi nedir?

Bir bilgisayarın temel yazılımıdır. Giriş/çıkış, depolama ve işleme gibi temel işlemleri yönetir. Kullandığımız yazılımlar, işletim sistemi üzerinde çalışır.

Bir işletim sistemi, [OS (Operating System)] bilgisayar donanım ve yazılım kaynaklarını yöneten ve bilgisayar proramlarına ortak servisler sunan bir yazılımdır. İşlemci yazılımı hariç tüm bilgisayar programları, çalışabilmek için bir işletim sistemi gerektirirler.

İşletim sistemi, giriş/çıkış ve bellek ayırma gibi temel donanım fonksiyonları için donanım ve yazılım arasında aracı görevi görür.

KAYNAKÇA:

http://www.explainthatstuff.com/howcomputerswork.html

https://www.wikizero.com/en/Computer_hardware

https://www.wikizero.com/en/Computer_program

https://www.wikizero.com/en/Operating_system

Umarım faydalı bir yazı olur, yorumlarınızı bekliyorum 🙂

[sam id=”1″ codes=”true”]

[sam id=”1″ codes=”true”]

Açık Kaynak Assembly İşletim Sistemi

Merhabalar… Ben Uygar. Bir önceki yazımda (http://blog.turkiyeelektronik.com/2017/06/22/kendi-isletim-sisteminizi-yazin/) sizlere assembly ile basit bir bootloaderın nasıl yazılacağından, bilgisayarların nasıl önyükleme yaptığından, BIOS’dan, POST işleminden ve önyüklemenin ne olduğundan bahsetmiştim. Şimdi ise varolan bir açık kaynak işletim sisteminin kodlarını değiştirerek kendi basit işletim sisteminizi nasıl yapabileceğinizi göstereceğim 🙂

[sam id=”1″ codes=”true”]

[sam id=”1″ codes=”true”]

Başlamadan önce önceki yazımda belirtmediğim ancak bir işletim sisteminin olmazsa olmaz bazı bölümlerini açıklayayim. İşletim sistemleri, donanım ile iletişim kurarken kernel (Çekirdek) adlı bir yazılım kullanır. Kullanıcının gördüğü kısım User Interface – UI (Kullanıcı Arayüzü) olarak adlandırılır. Kullanıcı arayüzü üzerinde çalışan programlar, hiçbir işletim sisteminde doğrudan donanım ile haberleşemez. Programlar kernel’a istekte bulunur. Kernel bu isteği donanıma iletir ve gelen cevap yine doğrudan uygulamalara gidemez.

Kernel Nedir?

Kernel; işletim sisteminin çekirdeğini oluşturan ve sistemdeki her şeyi kontrol eden bir bilgisayar yazılımıdır. Önceki yazımda ikinci önyükleyici işletim sistemini yükler demiştim. Burada işletim sistemi olarak bahsettiğim yazılım aslında kernel’dı. Yani kernel, bootloader’dan sonra yüklenen ilk yazılımdır. Şimdilik bu kadar bilgi yeterli 🙂 Daha sonra sadece kernel’ı anlatan ayrı bir yazı yazacağım.

Çizim kaynağı: Wikipedia

Yukarıda işletim sistemlerinin genel yapısını görmektesiniz. Şimdi sizlere bu yazıda anlatacağım açık kaynak kodlu basit işletim sistemine gelelim. Kullanacağımız sistemin adı MikeOS.

MikeOS Nedir?

MikeOS, assembly dili ile yazılmış, x86 bilgisayarlar için bir işletim sistemidir. Ancak bu işletim sistemi bir bilgisayarı kullanmak için değil; basit 16-bit, gerçek mod işletim sistemlerinin nasıl çalıştığını öğretmek amacıyla, bir eğitim aracı olarak tasarlanmış.

Artık başlayabiliriz. http://mikeos.sourceforge.net/  adresindeki Downloads bölümünden onu indirelim. İndirdiğimiz arşivi herhangi bir yere çıkaralım. Ben 4.5 sürümünü indirdim. Çıkardığım arşivin klasör yapısı aşağıdaki gibi:

mikeos-4.5/
├── source/
│   ├── features/
│   │   └── *.asm
│   ├── bootload/
│   │   ├── bootload.bin
│   │   └── bootload.asm
│   ├── kernel.bin
│   └── kernel.asm
├── programs/
│   └── *.*
├── doc/
│   └── (Çeşitli dökümanlar)
├── disk_images/
│   ├── README.TXT
│   ├── mikeos.iso 
│   ├── mikeos.flp 
│   └── mikeos.dmg
├── test-linux.sh
├── README.TXT
├── buildwin.bat
└── build-*.sh

Bu dosyalardan source klasörü, işletim sistemimizin dosyalarının bulunduğu klasör. programs ise işletim sistemimizde çalışan programların klasörü. doc, bizler için hazırlanmış İngilizce belgelerin bulunduğu klasör.  disk_images ise işletim sistemimizi derledikten sonra oluşan önyüklenebilir disk kalıpları ve binary dosyaları.

source, yani kaynak klasörünü inceleyelim. İçinde features yani özellikler adında bir klasör var. Bu klasörün içerisinde ise çeşitli assembly dosyaları (.asm) var. Bu dosyalar, kernel tarafından yüklenen ve sistemin temel fonksiyonlarını oluşturan dosyalar. bootload klasöründe ise önyükleyicimiz bulunuyor. Bir önceki yazımda anlattığım önyükleyicinin çok daha karışık hali 🙂 *.asm dosyaları; derlenmemiş, insanlar tarafından direk olarak okunabilir dosyalardır. *.bin gibi dosyalar ise derlenmiş ve yanlızca makineler tarafından okunabilir dosyalardır. kernel.asm ise yazının başında belirttiğim sistem çekirdeği.

Şimdi bu işletim sistemini nasıl çalıştıracağımızı anlatacağım. Bu aşamada build dosyalarınan faydalanacağız. Build dosyaları, kullandığımız işletim sisteminin adına göre isimlendirilmiş. Kendimize uygun olan build dosyasını açıyoruz. Örneğin ben Linux kullandığım için build-linux.sh’ı açacağım.

Ancak açtığımda “You must be logged in as root to build (for loopback mounting)
Enter ‘su’ or ‘sudo bash’ to switch to root” şeklinde bir hata aldım. Dolayısıyla Linux kullanıcıları, sudo sh ./build-linux.sh komutunu kullanmalılar.

Yukarıdaki mesajları aldığımızda disk_images klasöründeki dosyalar güncellenmiş oluyor. Bunları Linux üzerinde test-linux.sh dosyasını kullanarak kolayca qemu üzerinden çalıştırabiliyoruz. Windows için ise mikeos.iso  dosyası virtual machine (sanal makine) üzerinden çalıştırılabilir.

Sistemi çalıştırdığımızda karşımıza çıkan ekran. Ok tuşları ve enter yardımıyla OK’a basarsak grafiksel kullanıcı arayüzü (GUI) açılır. Cancel’e basarsak, komut satırı şeklinde olan kullanıcı arayüzü açılır.

OK’a bastığımızda çıkan arayüz. Burda gördükleriniz, programs klasöründeki dosyalar. KERNEL.BIN hariç her şeyi çalıştırabilirsiniz.

Bu da sistemin konsol arayüzü.

Bu yazımın da sonuna geldim. Bulduğunuz her türlü dosyayı inceleyerek kendinizi geliştirebilir, değerleri değiştrerek eğlenebilirsiniz 🙂 Bir sonraki yazımda görüşmek üzere…

[sam id=”1″ codes=”true”]

[sam id=”1″ codes=”true”]

Kendi İşletim Sisteminizi Yazın!

Mehabalar… Bu yazımda sizlere assembly dili ile nasıl basit bir bootloader yazabileceğinizi anlatacağım.

[sam id=”1″ codes=”true”]

[sam id=”1″ codes=”true”]

Ancak bunlardan önce işletim sistemleri hakkında genel bilgiler vermekte fayda var.

BIOS Nedir?

BIOS, (Basic input-output System) (Türkçesi: Temel Giriş-Çıkış Sistemi) bilgisayarınızı satın aldığınızda onunla beraber gelen bir EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) (Türkçesi: Silinebilir Programlanabilir Salt Okunur Hafıza) hafıza üzerinde bulunan bir yazılımdır. Bilgisayar açıldığı anda işlemciye tüm diğer donanımları tanıtır. Bu donanımların temel iletişimprotokollerini belirler. Ve işletim sisteminin herhangi bir sürücüden (örn: HDD/USB bellek vb.)  başlatılmasını sağlar ve işletim sistemi çalışırken donanım/yazılım arasındaki ilişkileri düzenler. Aşağıda anakart üzerinde bulunan BIOS EPROM yongasını görmektesiniz:

BIOS EPROM
Fotoğraf Kaynağı: Wikipedia

Önyükleme (Boot) Nedir?

Bilgisayarlarda önyükleme, bilgisayarın başlatma tuşuna basıldıktan sonra bir işletim sistemini başlatması için gereken komut veya komut dizesidir.

Bilgisayar Nasıl Önyükleme Yapar?

Bir bilgisayar kasasının başlatma tuşuna bastığınızda bilgisayarınız öncelikle işlemci pinlerini sıfırlar ve register’ları belirli bir değere ayarlar. CPU, BIOS ardesine atlar (0xFFFF0). BIOS, bir POST kontrolü (Power-on Self-Test) (Türkçe: Açılışta otomatik sınama) ve diğer gerekli kontrolleri yapar. Bu kontroller, tüm donanımı (RAM, CPU vb.) sağlıklı çalışıp çalışmadığını denetlemek için anakartı tarar. Bazen bilgisayarımızı açtığımızda gelen “Beep” sesleri, bu kontrolün olumsuz sonuçlanmasından kaynaklanır. Aşağıda bilgisayarımız POST işlemini gerçekleştirirken karşımıza çıkan bir ekranın ekran alıntısı bulunmakta.

Fotoğraf Kaynağı: Wikipedia

Bu işlemden sonra BIOS, MBR’ye (Master Boot Record) (Tr: Ana Önyükleme Kaydı) atlar. MBR, disklerin ilk 512 baytlık bölümüdür. Bu bölüm, diskinilk sektörüdür. BIOS, MBR üzerie geldiğinde buradan birinci bootloader yüklenir. Bu 512baytlık yazılım, ikinci bootloader’ı çalıştırır. İkinci bootloader ise işletim sistemini yükler. Aşağıda birinci bootloader’in yapısını görmektesiniz:

MBR
Çizim Kaynakçası: www.engineersgarage.com

Örnek Bir Bootloader

[BITS 16]       ;Derleyiciye kodun 16 bit olduğunu söyledik.
[ORG 0x7C00]    ;Derleyiciye kodun yüklendikten sonra hafızadaki
                ;yerini belirttik.
MOV SI, String  ;Dize işaretçisini SI'ya kaydet.
CALL PrintString;Dize basma fonksiyonunu çağır.
JMP $           ;Sonsuz döngüyü başlatıyoruz.
PrintCharacter: ;Ekrana karakter basarken kullanacağımız işlem.
                ;ASCII değerinin AL içerisinde olduğunu varsayınız.
MOV AH, 0x0E    ;BIOS'a ekrana bir karakter basmamız gerektiğini
                ; söyle.
MOV BH, 0x00    ;Sayfa numarası. 
MOV BL, 0x07    ;Yazı özniteliği 0x07, siyah arkaplan üzerinde 
                ; açık yazı tipi.
INT 0x10        ;Video kesmesini çağır.
RET             ;Çağrı işlemine geri dön.
PrintString:    ;Ekrana dize basarken kullanacağımız işlem.
                ;Dize başlama işaretçisi SI kaydında.

next_character: ;Dizeden bir sonraki karakteri almak için etiket.
MOV AL, [SI]    ;Dizeden bir bayt al ve AL içerisine kaydet.
INC SI          ;SI'yi artır.
OR AL, AL       ;AL daki değerin 0 olup olmadığını kontrol et. 
                ;(0 => dize sonu)
JZ exit_function;Dize bittiyse dön
CALL PrintCharacter ;Bitmediyse AL'daki karakteri bas.
JMP next_character  ;Dizeden sonraki karakteri getir.
exit_function:      ;Etiketi bitir
RET                 ;İşleme dön
PrintString:        ;Ekrana dize basarken kullanacağımız işlem.
                    ;Dize başlama işaretçisi SI kaydında.
next_character:     ;Dizeden bir sonraki karakteri almak için etiket.
MOV AL, [SI]        ;Dizeden bir bayt al ve AL içerisine kaydet.
INC SI              ;SI'yi artır.
OR AL, AL           ;AL daki değerin 0 olup olmadığını kontrol et.
                    ;(0 => dize sonu)
JZ exit_function    ;Dize bittiyse dön
CALL PrintCharacter ;Bitmediyse AL'daki karakteri bas.
JMP next_character  ;Dizeden sonraki karakteri getir.
exit_function:      ;Etiketi bitir
RET                 ;İşleme dön
;Veri
String db 'Www.TurkiyeElektronik.Com', 0 ;0 ile biten String dizesi.

TIMES 510 - ($ - $$) db 0 ;Sektörün geri kalanını 0 ile doldur.
DW 0xAA55                 ;Önyükleyici imzası.

Evet kodların yanındaki ; işaretlerinden sonraki açıklamalar yardımıyla kodu anlayabilirsiniz 🙂 Komutları tek tek açıklamak için assembly ile ilgili başka bir yazı yazmayı düşünüyorum. Kısa bir bilgi vermek gerekirse assembly, çok düşük seviyeli (makine diline yakın) ve karmaşık bir dildir 😀 Şimdi bu kodu yazdıktan sonra nasıl derleyeceğinizi göstereceğim.  Ben Linux işletim sistemini kullanıyorum. Ancak bildiğim kadarıyla kullandığım programların [nasm (assembly derleyicisi), qemu (emülatör)] Windows için olanları da var 🙂 Öncelikle üsetteki assembly kodunu derlememiz, yani makine diline çevirmemiz gerekir. Bunun için Windows komut isteminden veya Linux uçbiriminden cd komutu ile yukarıdaki assembly kodunu kaydettiğimiz boot.asm dosyasının bulunduğu klasöre gelelim. Daha sonra nasm boot.asm -f bin -o boot.bin komutu ile makine dilinde bir boot.bin dosyası oluşturalım.

Geldik en güzel aşamaya: denemek 🙂 Denemek için ise qemu-system-i386 ./boot.binkomutunu kullanalım.

Ve sonuç:

OS Test

Ancak belirtmekte fayda var ki buşekilde sıfırdan bir işletim sistemi yazmamız neredeyse olanaksız. Bu nedenle Linux Kernel‘i ve GRUB Bootloader‘ını kullanmamızda fayda var. Kerneli Linux ve GRUB terimlerini daha sonra tek tek açıklayacağım. Umarım faydalı bir yazı olmuştur. Yorumlarınızı bekliyorm 🙂 Sorularınızı yorumlar aracılığı ile her zaman sorabilirsiniz. Sonraki yazılarımda görüşmek üzere, hoşça kalın…

Kaynakça:

http://whatis.techtarget.com/definition/BIOS-basic-input-output-system

https://www.engineersgarage.com/tutorials/how-computer-pc-boots-up

http://viralpatel.net/taj/tutorial/hello_world_bootloader.php

[sam id=”1″ codes=”true”]

[sam id=”1″ codes=”true”]