Bilgisayarlarda Neden İkili Sayı Sistemi Kullanılır?

Bu yazımızda, bilgisayarlarda neden ikili sayı sistemi, yani 0 ve 1’ler kullanılır sorusunu detaylarıyla irdeleyeceğiz.

Bilgisayarlarda binary system olarak adlandırılan ikili sayı sistemi, temel olarak bilgisayarın çalışma şekliyle ilgili sebeplerden ötürü kullanılır.

Bilgisayarların temel bileşeni olarak adlandırabileceğimiz transistörler, bir nevi elektriksel anahtarlar gibidir ve iki durumları vardır: ya akımı geçirirler (açık durum) ya da geçirmezler (kapalı durum). Haliyle bu iki durum, 0 ve 1 olarak adlandırmayı sevdiğimiz ikili sayı sisteminin kullanılmasını mecbur kılar.

Akım geçmiyor ➡️ 0
Akım geçiyor ➡️ 1

İşte bu ikili durumu kullanarak bilgisayarlar bilgiyi saklayabilir ve işleyebilir hale getirir. Gündelik hayatta dosya boyutunu belirtmek için kullandığımız MB, GB gibi ifadeler de işte buradan gelmektedir.

Her bir 0 veya 1, bir bit olarak adlandırılır ve bilgisayar bilgisini bu bitlerin kombinasyonları olacak şekilde ifade eder. Ancak, bilgisayarlarda genellikle büyük miktarda veri saklanıp işlendiğinden bitler genellikle daha büyük birimler halinde gruplandırılır:

• Bit: Bilgisayarın en küçük veri birimi. 0 veya 1 değerini alabilir.
• Byte: 8 bit. Çoğu karakteri (harf, rakam, sembol vb.) temsil etmek için yeterlidir.
• Kilobyte (KB): Yaklaşık 1,000 byte veya 1,024 byte (tam olarak 2^10 byte)
• Megabyte (MB): Yaklaşık 1,000,000 byte veya 1,024 kilobyte (tam olarak 2^20 byte)
• Gigabyte (GB): Yaklaşık 1,000,000,000 byte veya 1,024 megabyte (tam olarak 2^30 byte)
• Terabyte (TB): Yaklaşık 1,000,000,000,000 byte veya 1,024 gigabyte (tam olarak 2^40 byte)

Yukarıda belirttiğimiz birimlerin ötesinde, petabyte (PB), exabyte (EB), zettabyte (ZB) ve yottabyte (YB) gibi daha büyük birimler de bulunmaktadır. Ancak bu birimler genellikle sadece büyük veri merkezleri ve bulut depolama hizmetleri gibi uygulamalarda kullanıldığından gündelik yaşamımızda pek karşımıza çıkmazlar.

Transistörler, bir bilgisayarın işlemci (CPU) içinde bulunan ve bilgiyi işlemek için kullanılan çok küçük anahtarlar gibidir.

Mikro işlemci teknolojisi geliştikçe, mühendisler daha fazla transistörü daha küçük bir alana sığdırabilmiş ve bu da haliyle daha fazla 0 ve 1 işlemini yapabilmesini sağlamıştır. Peki, bu ne anlama geliyor?

Kabaca, daha fazla işlem gücü ve daha yüksek performans anlamına gelir. Zira, bir bilgisayar içinde ne kadar fazla transistör varsa bilgisayarın aynı anda daha fazla bilgiyi işleyebilmesini sağlar.

Aynı anda birden çok işlem yapabilme yeteneği kilit noktadır. Bu, genellikle bir bilgisayarın birden çok biti (yani elektrik sinyalini) bağımsız olarak işleyebilmesi anlamına gelir. Her bir bit, bir transistör veya transistör grubu tarafından kontrol edildiği gibi birbirlerinden bağımsız olarak çalışabilir. Bu da bir bilgisayarın aynı anda birçok farklı işlemi gerçekleştirebilmesini sağlar.

Örneğin, modern bir işlemci çok çekirdekli olabilir, yani birden çok işlem birimine sahip olabilir. Her bir işlem birimi, aynı anda farklı işlemleri gerçekleştirebilir. Bu, bir işlemcinin genel işlem kapasitesini ve verimliliğini artırır.

Her ne kadar bu paralel işleme yeteneği, bir bilgisayarın birden çok işlemi “aynı anda” gerçekleştirebilmesi anlamına gelse de, bu işlemler hala sıralı bir şekilde yapılır ve birbirlerinden bağımsızdır. Yani, bir işlem diğerini engellemez. Bu, özellikle çoklu işlem ve çok çekirdekli işlemcilerin tasarımında önemli bir konudur ve genellikle karmaşık bir yazılım ve donanım koordinasyonu gerektirir.

Moore Yasası da genellikle her iki yılda bir transistör sayısının ikiye katlanacağını söyleyerek bilgisayarların bugünkü seviyelerine geleceğini öngörmüştür.

Ancak, transistör sayısındaki artışın sınırsız olmadığını da belirtmek isterim. Fiziksel sınırlamalar ve ısınma sorunları, transistör boyutlarının ne kadar küçültülebileceği üzerinde kısıtlamalar getirir. Bu yüzden, bilgisayar bilimciler ve mühendisler sürekli olarak yeni ve daha verimli bilgisayar tasarımları ve teknolojileri araştırmaktadır.

Konuyu fazla dağıtmadan konumuza geri dönelim. Bilgisayarlarda ikili sayı sistemi, diğer sayı sistemlerine (örneğin onluk sayı sistemi) göre daha basit bir mantıksal işlem setine izin verir. Zira ikili sayı sistemi, bilgisayarın donanımında karmaşıklığı azaltır ve bilgisayarın genel olarak daha hızlı ve daha verimli çalışmasını sağlar. Ayrıca, ikili sayı sistemi kullanılarak hata kontrolü daha kolaydır, çünkü sadece iki olası durum vardır.