Ünite 2: Bilgisayarda Veri Saklama

Giriş

Bilgisayarda veri saklama ünitesinde işlenen konuların ana başlıkları ikili sayı sistemi, bilgisayarda dijital verilerin saklanması, ve depolama aygıtlarıdır. Bilgisayar sistemlerinde verilerin işlenebilmesi ve devamlılığın sağlanabilmesi için verilerin saklanması ve depolanması gereklidir. Bilgisayarda veriler, ikili sayı sistemi ile gösterilir. Bu sayı sisteminin temel özellikleri ve bu sistemdeki matematiksel işlemler “İkili Sayı Sistemi” başlığında belirtilmiştir. Dijital veride temel kavramlar olan bit ve byte hakkında açıklamalar ve metin, ses, görüntü ve video formatlarının bilgisayarda saklanması ile ilgili genel bilgiler “”Bilgisayarda Dijital Verilerin Saklanması” başlığı altında verilmiştir. Dijital verilerin geçici veya kalıcı olarak saklanmasına yarayan cihazlar ve bu cihazların temel özellikleri “Depolama Aygıtları” başlığında anlatılmıştır.

İkili Sayı Sistemi

Günlük hayatta kullandığımız onlu sayı sistemindeki sayıların, 2 tabanında yazılmasıyla elde edilen sisteme İkili Sayı Sistemi adı verilir. Bu sistemdeki tüm sayılar, 0 ve 1 rakamlarının kullanımıyla ifade edilir. Örneğin onlu sistemdeki 45 sayısı, ikili sistemde 101101 sayısına karşılık gelir ve matematiksel olarak 45 10 = (101101) 2 şeklinde gösterilir.

Onlu Sayı Sisteminden İkili Sayı Sistemine Dönüşüm

Onlu sayı sisteminde ifade edilmiş bir sayının ikili sayı sistemine çevrilmesi için 2’ye bölme işlemi uygulanır. Bölümün değeri 2’den az olan kadar, bölme işlemine devam edilir. Kalan değerlerinin tersten yazılmasıyla ikili sayı sistemindeki gösterim elde edilir.

Resim 1. Onlu sistemde 45 sayısının ikili sisteme çevrilmesi

İkili Sayı Sisteminden Onlu Sayı Sistemine Dönüşüm

İkili sayı sisteminde ifade edilmiş bir sayının onlu sayı sistemine çevrilmesi için her basamak 2’nin kuvveti ile çarpılır. Çarpma işlemi en sağ basamaktan ve 20 ile başlar. Her basamak geçişinde kuvvet 1 arttırılır. Çarpımlar sonucunda elde edilen değerler toplanarak onlu sayı sistemindeki sayı elde edilir.

Resim 2. İkili sistemde 101101 sayısının onlu sisteme çevrilmesi

İkili Sayı Sisteminde Dört İşlem

Onlu sayı sistemine benzer bir şekilde, ikili sayı sisteminde de toplama, çıkarma, çarpma ve bölme işlemleri yapılabilmektedir. İkili sayı sisteminde dört işlemin yapılabilmesi için bazı kurallar ve teknikler geliştirilmiştir.

Toplama

İkili sayı sisteminde toplama işleminin kuralları aşağıda listelenmiştir:

  • 0+0=0
  • 0+1=1
  • 1+0=1
  • 1+1=10 (İkinci basamağa geçen 1 sayısı “Elde” anlamına gelir.)

Çıkarma

İkili sayı sisteminde çıkarma işleminin kuralları aşağıda listelenmiştir:

  • 0-0=0
  • 1-1=0
  • 1-0=1
  • 0-1=1›X (Üst basamaktan alınan “Borç” X ile ifade edilir.)

Çarpma

İkili sayı sisteminde çarpma işleminin kuralları aşağıda listelenmiştir:

  • 0*0=0
  • 1*1=0
  • 1*0=0
  • 0*1=1

Bölme

İkili sayı sisteminde bölme işleminin kuralları aşağıda listelenmiştir:

  • 0/0=0
  • 0/1=0
  • 1/0=0
  • 1/1=1

Bilgisayarda Dijital Verinin Saklanması

Bilgisayar sistemlerinde tüm veriler 1 ve 0 kullanılarak gösterilir. Bir başka deyişle, dijital veriler, ikili sayı sistemine ait değerlerdir. Bu sistemdeki her basamak bit olarak adlandırılır. Verilerin bilgisayar kullanıcılarına metin, resim, ses, video gibi çeşitli formatlara dönüştürülmesi ise bilgisayar yazılımları ile yapılır. Bit: Dijital verinin en küçük ve temel ünitesidir. Bir bit, yalnızca 0 veya 1 değerini alabilir. Bilgisayar sistemlerinde hafıza, byte adı verilen küçük saklama birimlerine bölünmüştür. Bir byte 8 bitten oluşur ve bu alan yalnızca küçük bir sayıyı ya da bir harfi saklamak için yeterlidir. Modern bilgisayarda milyarlarca byte kapasiteli bellekler bulunmaktadır. Byte birimleri ile ilgili detaylı bilgi, Tablo 1’de verilmiştir.

Tablo 1.

Sayıların Saklanması

Bilgisayar sistemlerinde sayıların saklanabilmesi için, saklanacak değerin ikili sayı sistemindeki karşılığının bulunması gerekir. İkili sayı sistemine dönüştürme sonucunda elde edilen bitler, bilgisayar hafızasındaki byte alanlarına kaydedilir. Örneğin 45 sayısının bilgisayarda saklanması resim 3 de ifade edilmiştir.

Karakterlerin Saklanması

Bir karakter bilgisayar hafızasında saklanırken, öncelikle karakter kodlaması (character encoding) yapılır. Bu işlem sonucunda elde edilen onlu düzendeki sayı, ikili sayı sistemine dönüştürülür. Bir kullanıcı, klavyede “a” harfine bastığında, aşağıdaki işlemler sırasıyla gerçekleşir:

  • Bilgisayar sistemi klavyeden yapılan karakter girişini algılar.
  • Girilen harfin ASC**’ye göre karakter kodlaması yapılır.
  • Kodlama sonucunda elde edilen “97” sayısı ikili sayı sistemine dönüştürülür.
  • Dönüşüm sonucunda elde edilen “01100001” sayısı hafızada saklanır.

ASCII (American Standard Code for Information Language)

Dilimize “Bilgi Değişimi İçin Amerikan Standart Kodlama Sistemi” olarak giren ASC**, Latin alfabesi üzerine kurulu, 7 bitlik bir karakter kodlama şemasıdır. İlk kez 1963 yılında ANS* (American National Standards *nstitute) tarafından standart olarak sunulmuştur. Bilgisayarlarda ve iletişim araçlarında kullanılan metinler, ASC** kodları ile temsil edilir. ASC**, modern karakter kodlama şemalarının öncüsüdür. Günümüzde kullanılan şemalarda birçok farklı karakter de olmasına rağmen, genel olarak ASC** temel alınmıştır. ASC**’de 33 adet kontrol karakteri ve 95 adet baskı karakteri olmak üzere toplam 128 karakter bulunur. 0-31 arasındaki sayılarla belirtilen kontrol karakterleri, metinlerin akışını kontrol eder. 32-126 arasındaki sayılarla belirtilen baskı karakterleri, ekranda görünen metinleri oluşturur. 127 sayısı ile belirtilen karakter ise silme işlemini yapan karakterdir.

Genişletilmiş ASCII

8 bitlik karakter kodlaması olan genişletilmiş ASC** şemalarında, standart ASC** karakterlerine ek olarak 128 karakter daha bulunur. Bu ek karakterler sayesinde özel semboller ve farklı dillere ait harfler standart bir şekilde kodlanabilmektedir.

Unicode

Türkçe ’de “Evrensel Kod” olarak tanımlanan Unicode, her karakteri bir sayı ile ilişkilendiren bir bilişim endüstrisi standardıdır. Bu sistemde karakterler için altyapı, yazılım ve dil gibi etkenler gözetilmeksizin, her karaktere yalnız bir sayı ataması yapılır. Unicode sisteminin temel amacı, bilgisayar metinlerini oluşturan sistemleri ortak bir çatı altında toplamak ve farklı karakter kodlama şemalarının birbirleriyle uyumlu çalışmasını sağlamaktır. Sistemin güncel versiyonu, 120.000’den fazla karakter ve sembolü bünyesinde barındırmaktadır. Unicode sisteminde her bir karaktere atanan bir kod noktası vardır. Bu sistemde 016 ile 10FFFF16 değerleri arasında tanımlanmış 1.114.112 adet kod noktası bulunmaktadır. Evrensel kod sisteminde, kod noktaları ifade edilirken “U+” ve noktanın on altılı sayı sistemindeki karşılığı kullanılır. Mevcut sistemdeki karakterlerin on altılı sayı sistemindeki karşılıkları dört, beş veya altı haneli olabilir.

ASCII ve Unicode Sistemlerinin Karşılaştırılması

ASC** karakter kodlaması ve Unicode sistemi, farklı karakterleri ikili sayı sistemine dönüştürmeye yarayan yöntemlerdir. Verilerin dijital ortamda okunması, yazılması, saklanması ve transfer edilmesi bu yöntemler aracılığıyla gerçekleşir.

ASC** ve Unicode arasındaki temel farklılıklar aşağıdaki listede verilmiştir:

  • ASC** bir kodlama şeması iken, Unicode bir standarttır.
  • ASC**’de kodlanan karakterlerin uzunluğu 8 bit olarak sabittir. Unicode’da ise bu uzunluk değişkendir.
  • Unicode ile dünya üzerindeki dillerin büyük çoğunluğu temsil edilir. ASC**’de bu yeterlilik mevcut değildir.
  • Unicode sistemi ASC** ile uyumludur. Unicode, kendi bünyesi altında ASC** kodlamasını barındırır.

Diğer Veri Tiplerinin Saklanması

Bilgisayarda saklanan veri tipleri arasında, sayılar ve karakterler dışında birçok farklı dijital veri tipi bulunur. Dijital kamera, müzik çalar, DVD oynatıcı gibi dijital cihazların kullandığı veriler de bilgisayar tarafından işlenebilmeli ve saklanabilmelidir.

Görüntülerin Saklanması

Görüntü, bilgisayar hafızasında saklanan önemli veri tiplerinden birisidir. Bilgisayar sistemlerinde görüntüler, piksel (pixel) adı verilen noktacıkların birleşmesiyle meydana gelir. Bir görüntünün bilgisayarda saklanabilmesi için, görüntüdeki her pikselin sayısal bir koda çevrilmesi gerekir. Pikselin rengini taşıyan bu sayısal kod, ikili sisteme dönüştürülerek bilgisayar hafızasında saklanır. RGB renk grubundan bir piksel için kırmızı, yeşil ve mavi renk değerleri bulunur. Her değer 0-255 arası bir sayı olabildiği için, bir piksel 3 byte ile saklanabilir.

Seslerin Saklanması

Ses canlıların işitme organları tarafından algılanabilen, atmosferdeki periyodik basınç değişimleridir. Ses, bir ortamda ses dalgaları adı verilen mekanik dalgalar halinde yayılır. Ses oluşturan her madde veya cisim bir ses kaynağı olarak adlandırılır. Birçok farklı dijital cihaz tarafından girdi ve çıktı için kullanılan ses, bilgisayar ortamına aktarılırken, bilgisayarın anlayacağı ikili sayı sistemine dönüştürülmelidir. Bu dönüşümün yapılabilmesi için, ses dalgaları yatay olarak kesitlenir ve bu kesitlerden örnekler alınır. Bir başka deyişle ses, örnek adı verilen küçük parçalara ayrılır. Oluşturulan her bir örnek, ikili sayı sistemine çevrilir ve bilgisayar hafızasında saklanır.

Depolama Aygıtları

Dijital verilerin depolanması, bilgisayar sistemleri için temel bir ihtiyaçtır. Dijital verilerin geçici veya kalıcı olarak saklanmasını sağlayan cihazlara depolama aygıtları denir. Bilgisayarda verilerin depolanmasında birincil depolama, ikincil depolama, üçüncül depolama ve çevrimdışı depolama olmak üzere dört ana grup vardır. Belirtilen her depolama grubunun özelliklerine ve amaçlarına göre farklılaştırılmış depolama aygıtları bulunur.

  • Birincil Depolama (Primary Storage): Merkezi işlem birimi tarafından doğrudan erişilen ve veri işleme esnasında kullanılan bellek grubudur. Bilgisayarın ön belleği, ana belleği ve yazmaçlar birincil depolama aygıtlarıdır. Bu yöntemde veriler geçici olarak hafızaya alınır.
  • İkincil Depolama (Secondary Storage): Merkezi işlem birimi tarafından doğrudan erişilemeyen, bilgileri kalıcı olarak saklayan depolama yöntemidir. Verilere bilgisayarın girdi/çıktı kanalları üzerinden erişilir.
  • Üçüncül Depolama (Tertiary Storage): ±ok büyük ölçekli verileri saklamaya ve arşivlemeye yarayan, insan müdahalesi gerektirmeyen depolama yöntemidir.
  • Çevrimdışı Depolama (Offline Storage): Bilgisayar sistemi ile ilişkisi kesilmiş, verilerin kullanımı için insan müdahalesi gereken depolama yöntemidir.

Birincil Depolama Aygıtları

Bir bilgisayarda, merkezi işlem birimi tarafından doğruca erişilebilen bellek grubuna birincil depolama aygıtları adı verilir. Bilgisayarın belleği olarak da tanımlanan birincil depolama aygıtlarındaki komutlar, merkezi işlem birimi tarafından sürekli dinlenir ve gerekli durumlarda çalıştırılır.

Ana Bellek

İngilizce’den dilimize rastgele erişimli bellek (random access memory) olarak da geçen, bilgisayarda bir programla ilgili komut ve verilerin depolandığı bellek türüdür. Ana bellek kısaca RAM olarak da belirtilir. Bilgisayarın ana belleği, merkezi işlem birimine veri yolları üzerinden doğrudan bağlıdır. İşlemci, ana belleğin herhangi bir adresine ulaşabilir, bu adresteki bilgiyi okuyabilir ve değiştirebilir. Bilgisayar sistemleri için ana belleğin temel fonksiyonları aşağıdaki listede özetlenmiştir:

  • İşletim sistemlerinin çalışması için gerekli işletim sistemi bileşenleri ana bellekte korunur.
  • Sistemde çalışmakta olan programlara ait komutlar ve veriler ana bellekte saklanır.
  • Ana bellek, programların oluşturduğu sonuçları ve dijital çıktıları bünyesinde barındırır.
  • İkincil depolama aygıtlarına ve çıktı birimlerine gönderilecek bilgiler ana bellekte saklanır.

İşlemci Ön Belleği

Merkezi işlem birimi ve ana bellek arasındaki hız farkından kaynaklanan problemin çözülebilmesi için işlemci içine yüksek hızlı hafızalar eklenmiştir. Çalışmakta olan programa ait komutların ve verilerin geçici olarak saklandığı yüksek hızlı hafızalara ön bellek adı verilir.

İşlemci Yazmaçları

İşlemci içerisinde bulunan yazmaçlar, en hızlı fakat en küçük depolama üniteleridir. Genellikle 32 veya 64 bit uzunluğunda veri saklayabilen yazmaçlar, işlemci tarafından geçici saklama işlerinde kullanılır. Birincil depolama aygıtları hiyerarşisinde en üst noktada bulunan işlemci yazmaçları, aritmetik işlemlerin yapılmasında önemli rol oynar. Yazmaçlar, ana belleğe göre hızlı oldukları için karmaşık hesaplamaların daha hızlı yapılabilmesini sağlar.

İkincil Depolama Aygıtları

İkincil depolama, dijital verilerin kalıcı olarak saklanmasını sağlayan depolama yöntemidir. Bilgisayar sistemi kapatıldığında veya bir elektrik kesintisi yaşandığında, ikincil depolama aygıtlarındaki bilgiler kaybolmaz. Bu özellik, ikincil depolamayı verilerin yedeklenmesi ve saklanması için ideal bir yöntem kılar. Merkezi işlem birimi, ikincil depolama aygıtlarına doğrudan erişemez. Bilgisayar sistemlerinde ikincil depolama aygıtlarına erişim, girdi/çıktı kanalları üzerinden yapılır. İkincil depolama alanında bulunan veri, bu kanallar aracılığıyla birincil depolama alanına aktarılır ve işlemci tarafından kullanılır. İkincil depolama aygıtlarında veri transfer hızı, birincil depolama aygıtlarına göre düşüktür. Fakat ikincil depolama aygıtları fiyat olarak daha ucuzdur ve hafıza alanı açısından daha yüksek kapasiteye sahiptir.

Sabit Disk

Üst üste konmuş metal plakalardan oluşan sabit diskler, günümüz bilgisayarlarının başlıca depolama üniteleridir. Sabit disklerin yapısında manyetik, elektronik ve mekanik bileşenler yer alır.

Hâricî Sabit Disk

Hârici sabit disk, bilgisayara bir kablo yardımıyla bağlanabilen ve bir yerden bir yere kolaylıkla taşınabilen sabit disklerdir. Rahat taşınabilme özelliğinden dolayı, hârici sabit diskler “taşınabilir disk” olarak da adlandırılır.

Flash Bellek

Flash bellek, yapı itibariyle ana belleğe, kullanım itibariyle sabit diske benzeyen bir bellek türüdür. Yapısal olarak tüm bileşenleri elektroniktir, içerisinde hareket eden hiçbir parça bulunmaz. Bu özellik sayesinde, sabit disklerdeki fiziksel hassasiyet, flash belleklerde ortadan kalkar ve flash belleklerin kolaylıkla taşınmasına imkan verir.

CD

CD (Compact Disc), optik teknoloji ile okuma ve yazma işlemleri gerçekleştirilen depolama aygıtıdır. CD teknolojisi, bilgisayar dünyasında yoğunlukla kullanılmıştır. CD üzerindeki bilgilerin okunması, okuyucu üzerindeki lazer kafa tarafından gerçekleştirilir. Hareket kabiliyeti olan lazer kafa, tüm CD yüzeyinde hareket ederek, yarı geçirgen bir aynaya lazeri yansıtır. CD teknolojisinde yalnız okunabilir, yazılabilir ve tekrar yazılabilir CD çeşitleri bulunur. Standart bir CD’nin depolama kapasitesi 650 MB ile 700 MB olarak değişebilir.

DVD

CD teknolojisinin gördüğü yoğun ilgiden sonra, daha geniş kapasiteli optik disklerin geliştirilmesi için çalışmalara başlanmıştır ve CD’lerin üst versiyonu olarak kabul edilen, daha fazla veri depolama kapasiteli DVD (Digital Versatile Disc)’ler ortaya çıkmıştır. DVD’lerin depolama kapasitesi 4.7 GB ile 17.1 GB arasında değişmektedir. CD’lerden farklı olarak, bazı DVD’lerin her iki yüzeyine de kayıt yapılabilir ve bu olanak sayesinde depolama kapasitesi artar.

Üçüncül Depolama Aygıtları

Üçüncül depolama, genellikle çok büyük ölçekli verileri arşivlemek amacıyla başvurulan bir veri saklama yöntemidir. Üçüncül depolama sistemlerinde verileri saklamak için disk veya teypler, verilerin fiziksel organizasyonunu içeren katalog veri tabanları, sistem sürücülerine disk veya teyp taşımakla görevli robot kollar bulunur.

Çevrim Dışı Depolama Aygıtları

Çevrim dışı depolama, bir merkezi işlem biriminin kontrolü altında olmayan veri depolama türüdür. Çevrim dışı depolamada, verilerin bilgisayar sistemleri ile ilişkisi kesilmiştir. Bu yöntemde kullanılan depolama aygıtları, fiziksel olarak esas çalışma ortamından uzak mekânlara yerleştirilmiştir ve yalnız gerekli durumlarda kullanılır. Saklanan verilerin tekrar kullanılabilir hale gelmesi için insan müdahalesi gerekmektedir.