Bilgisayar donanımı, bir bilgisayar sistemini oluşturan, elle tutulabilen fiziksel parçaların tümüne verilen addır. Anakart, merkezi işlem birimi (CPU), bellek, depolama aygıtları, grafik kartı, güç kaynağı, giriş ile çıkış aygıtları ve bunları içine alan kasa başlıca donanım bileşenleridir. Donanım, soyut ve elle tutulamayan yazılımın karşıtıdır: yazılım, donanımın yürüteceği komutları ve verileri sağlar; kullanılabilir bir bilgi işlem sistemi ikisinin birlikteliğinden doğar.
Tarihçe
Bilgisayar donanımının kökleri mekanik hesap aygıtlarına dayanır. 1642'de Blaise Pascal'ın yaptığı toplama makinesi ile 19. yüzyılda Charles Babbage'in tasarladığı, Ada Lovelace'in ilk algoritmasını yazdığı analitik makine, programlanabilir hesaplama fikrinin öncüleridir. Elektronik bilgisayar çağı, II. Dünya Savaşı yıllarında ENIAC gibi makinelerle ve 1945'te John von Neumann'ın tanımladığı, buyruklarla verilerin aynı bellekte tutulduğu von Neumann mimarisi ile başladı.
1947'de transistörün, ardından tümleşik devrenin bulunması donanımı küçültüp ucuzlattı. 1971'de bütün bir işlemciyi tek yongada toplayan ilk ticari mikroişlemci üretildi. O günden bu yana bir yongaya sığdırılan transistör sayısının yaklaşık iki yılda bir ikiye katlanması (Moore yasası), donanımın başarımını ve karmaşıklığını üstel biçimde artırmıştır.
Donanım ve yazılım
Bir bilgi işlem sistemi, fiziksel donanım ile onun üzerinde çalışan yazılımdan oluşur. Donanım, hesaplama ve veri saklama yeteneğini sağlayan değişmez fiziksel temeldir; yazılım ise donanıma ne yapacağını söyleyen, kolayca değiştirilebilen komut dizileridir. İkisi arasındaki köprüyü, donanıma gömülü temel yazılım (bellenim) ile işletim sisteminin donanımla konuşmasını sağlayan aygıt sürücüleri kurar. Bir donanımın hangi buyrukları anladığını ise buyruk kümesi mimarisi tanımlar; bu, donanım ile yazılım arasındaki sözleşmedir.
Temel bileşenler
Anakart
Anakart, bilgisayarın tüm bileşenlerini birbirine bağlayan ana baskılı devre kartıdır. Üzerinde işlemci soketi, bellek yuvaları, yonga seti, yollar ve genişleme kartı yuvaları bulunur; bileşenler arasındaki veri ve güç akışını bu kart yönlendirir.
Merkezi işlem birimi
Merkezî işlem birimi (CPU), buyrukları getirip çözen ve yürüten ana işlem birimidir; tek bir yongada toplandığında mikroişlemci olarak anılır. Bir işlemcinin iç düzeni (mikromimari), boru hattı, önbellek ve birden çok çekirdek gibi tekniklerle başarımı artırır. İşlemcinin yazılıma sunduğu buyruk takımı ise buyruk kümesi mimarisi ile tanımlanır.
Bellek ve depolama
Bilgisayarlar veriyi iki temel katmanda tutar. Birincil bellek (RAM), işlemcinin doğrudan ve hızla eriştiği, ancak güç kesilince içeriğini yitiren geçici bellektir. İkincil depolama (sabit disk ve katı hâl sürücüsü gibi) daha yavaş ama kalıcıdır ve veriyi güç olmadan da saklar. İşlemci ile bellek hızı arasındaki farkı azaltmak için, en hızlı yazmaçlardan önbelleğe, oradan ana belleğe ve depolamaya uzanan katmanlı bir bellek hiyerarşisi kullanılır.
Giriş ve çıkış birimleri
Giriş birimleri dış dünyadan bilgisayara veri aktarır; klavye, fare, tarayıcı, kamera ve mikrofon başlıcalarıdır. Çıkış birimleri işlenmiş veriyi kullanıcıya sunar; monitör, yazıcı ve hoparlör bunlara örnektir. Bu çevresel aygıtlar bilgisayara USB ya da ağ arayüzleri üzerinden bağlanır.
Genişleme kartları
Anakart üzerindeki tümleşik birimler yetmediğinde, ek işlevler genişleme kartlarıyla sağlanır. En yaygınları, grafik işlemeyi üstlenen grafik kartı, sesi işleyen ses kartı ve ağ bağlantısını sağlayan ağ kartıdır.
Güç kaynağı ve soğutma
Güç kaynağı, şebekeden gelen alternatif akımı bileşenlerin kullandığı düşük gerilimli doğru akıma dönüştürür. İşlemci ve grafik kartı gibi bileşenler çalışırken ısı açığa çıkardığından, ısı emiciler, fanlar ve kimi yüksek başarımlı sistemlerde sıvı soğutmayla bu ısı uzaklaştırılır. Güç dağıtımı ile ısının uzaklaştırılması, çağdaş donanım tasarımının en zorlu yönlerindendir.
Bilgisayar türleri
Donanım, ölçeğine ve amacına göre çok farklı sistemlerde bir araya gelir:
- Kişisel bilgisayarlar: Bireysel kullanıma yönelik masaüstü bilgisayarlar, dizüstü bilgisayarlar ve tabletler.
- Mobil aygıtlar: Düşük güç tüketimine göre tasarlanmış işlemciler içeren akıllı telefonlar ve benzerleri.
- Büyük sistemler: Kurumsal ve bilimsel hesaplama için yüksek başarım ve güvenilirlik sunan sunucular, ana bilgisayarlar ve süper bilgisayarlar.
- Gömülü sistemler: Otomobil, beyaz eşya ve sanayi aygıtları gibi belirli bir görev için tasarlanmış, maliyete duyarlı bilgisayarlar.
- Sanal donanım: Bulut bilişim hizmetlerinde fiziksel donanım, yazılımla taklit edilip kullanıcılara sanal makineler biçiminde sunulabilir.
Geri dönüşüm ve elektronik atık
Bilgisayar donanımı; kurşun, kadmiyum ve cıva gibi çevreye ve sağlığa zararlı maddeler içerebilir. Ömrünü tamamlayan aygıtların gelişigüzel atılması, bu maddelerin toprağa ve suya karışarak elektronik atık (e-atık) sorununu büyütmesine yol açar. Donanımın geri dönüştürülmesi hem zararlı maddelerin denetimli işlenmesini hem de altın ile bakır gibi değerli malzemelerin yeniden kazanılmasını sağlar.