Bilgisayar Mimarisi

Hakkında

Bu kitap, RISC-V buyruk kümesi mimarisi temelinde yazılmış, lisans düzeyinde bilgisayar mühendisliği ve elektrik-elektronik mühendisliği öğrencilerine yönelik açık erişimli bir Türkçe ders kitabıdır.

Ana eksen RISC-V olmakla birlikte, her önemli kavram x86, ARM ve MIPS mimarileriyle karşılaştırmalı olarak sunulmaktadır. Kitap sürekli güncellenmektedir; hata bildirimleri memnuniyetle karşılanır.

İçindekiler

Bölüm 1 Bilgisayar Mimarisine Giriş

Yayında ►

Alt Bölümler

• 1.1 Giriş
• 1.2 Bilgisayarların Gelişimi
• 1.3 Bilgisayar Nedir?
• 1.4 İşlemci ve Yonga Üretimi
• 1.5 Programların Çalıştırılması
• 1.6 Bilgisayar Mimarisini Şekillendiren Etkenler
• 1.7 Güç Tüketimi Eğilimleri
• 1.8 Güvenilirlik
• 1.9 Neden RISC-V?
• 1.10 Bilgisayar Mimarisinin Yeni Ufku: Yapay Zekâ
• 1.11 Yanılgılar ve Tuzaklar
• 1.12 Özet

Şekiller

• Şekil 1.1: Pascaline mekanik hesap makinesi
• Şekil 1.2: Intel işlemcilerin gelişimi
• Şekil 1.3: Moore Yasası eğrisi
• Şekil 1.4: Bilgisayarın 5 ana bileşeni
• Şekil 1.5: Farklı bilgisayar türleri
• Şekil 1.6: Gerçek dünyayla etkileşen bilgisayarlar
• Şekil 1.7: Soyutlama katmanları
• Şekil 1.8: Yonga yapılma süreci
• Şekil 1.9: Silisyum plakadan yonga kesimi
• Şekil 1.10: Teknoloji düğümlerinin gelişimi
• Şekil 1.11: Üretim maliyetleri
• Şekil 1.12: Von Neumann ve Harvard mimarileri
• Şekil 1.13: RISC ve CISC karşılaştırması
• Şekil 1.14: Derleme zinciri aşamaları
• Şekil 1.15: Yazılım katmanları
• Şekil 1.16: Buyruk yürütüm döngüsü
• Şekil 1.17: Mimariyi şekillendiren etkenler
• Şekil 1.18: Soğutma çözümleri ve TDP
• Şekil 1.19: İşlemci TDP tarihsel gelişimi
• Şekil 1.20: Durağan güç oranı değişimi
• Şekil 1.21: x86, ARM, RISC-V karşılaştırması
• Şekil 1.22: RISC-V çekirdek sayısı artışı
• Şekil 1.23: Mimari paradigma değişimi

Bilgi Notları

• 1.1 Robert Dennard ve Dennard Ölçeklemesi
• 1.2 Moore Yasası'nın Geleceği
• 1.3 Silisyum mu, Silikon mu?
• 1.4 Silisyum plaka neden yuvarlak?
• 1.5 RISC-V: Bu Kitabın Buyruk Kümesi
• 1.6 Getir–Çöz–Yürüt ve Bulaşık Makinesi Benzetmesi
• 1.7 Tasarım İlkeleri Yalnızca Donanım İçin mi?
• 1.8 Kaynak Geriliminin Tarihsel Evrimi
• 1.9 GHz Yarışından Verimlilik Yarışına
• 1.10 Mars'ta Güvenilirlik
• 1.11 Meta ve RISC-V: Veri Merkezine Giden Yol
• 1.12 Büyük Dil Modelleri ve Donanım

Özellikler

• 7 çözümlü örnek
• 35 alıştırma
• Moore Yasası tartışma sorusu
• Dennard ölçeklemesi nicel örneği

Fotoğraf

• Ayasofya — İstanbul

Bölüm 2 Bilgisayar Başarımı

Yayında ►

Alt Bölümler

• 2.1 Gereksinim Belirleme
• 2.2 Başarım Ölçütleri
• 2.3 Standart Sınama Programı Kümeleri
• 2.4 Başarım Eğilimleri: Geçmişten Günümüze
• 2.5 Amdahl Yasası
• 2.6 Bellek Duvarı
• 2.7 Güç-Başarım Dengesi
• 2.8 Gerçek Dünya: İşlemci Karşılaştırmaları
• 2.9 Yanılgılar ve Tuzaklar
• 2.10 Özet

Şekiller

• Şekil 2.1: Gereksinimden ölçüme döngüsü
• Şekil 2.2: Uygulama alanları başarım gereksinimleri
• Şekil 2.3: Saat darbeleri ve çevrim zamanı
• Şekil 2.4: Aynı kodun farklı BKM'lerde derlenmesi
• Şekil 2.5: Başarım bileşenleri ve tasarım katmanları
• Şekil 2.6: Aritmetik ve geometrik ortalama
• Şekil 2.7: SPEC CPU kümelerinin evrimi
• Şekil 2.8: SPECint 2017 sınama programları
• Şekil 2.9: SPECfp 2017 sınama programları
• Şekil 2.10: İşlemci başarım eğilimleri
• Şekil 2.11: Hesaplama başarımı kilometre taşları
• Şekil 2.12: Amdahl Yasası'nın etkisi
• Şekil 2.13: Tek yonga blok diyagramı
• Şekil 2.14: Bellek Duvarı
• Şekil 2.15: Güç-başarım düzlemi
• Şekil 2.16: Güncel işlemci karşılaştırması

Bilgi Notları

• 2.1 Yanlış Ölçütle Ölçmek: Goodhart Yasası
• 2.2 "2 kat daha hızlı" mı, "2 katı kadar hızlı" mı?
• 2.3 Üç Farklı Buyruk Sayısı
• 2.4 Pazarlama Savaşlarında Başarım Ölçütleri
• 2.5 Tepe Başarım ve Gerçek Başarım
• 2.6 Skynet: 60 Teraflop Yeter mi?
• 2.7 MLPerf: Yapay Zekanın SPEC'i
• 2.8 SPEC 2006'dan SPEC 2017'ye Geçiş
• 2.9 Amdahl Yasası ve Koşut Hesaplama
• 2.10 Amdahl ve Gustafson: Hangisi Doğru?
• 2.11 Doğru İş Yükünü Doğru Birime Yönlendirmek
• 2.12 Green500: Süper Bilgisayarların Enerji Verimliliği Sıralaması

Özellikler

• 14 çözümlü örnek
• 37 alıştırma
• Amdahl 3 senaryo alıştırmaları
• SPEC alıştırmaları
• EDP çözümlü örneği (Örnek 2.14)

Fotoğraf

• Dolmabahçe Saat Kulesi — İstanbul

Bölüm 3 Buyruk Kümesi Mimarisi

Yayında ►

Alt Bölümler

• 3.1 Giriş
• 3.2 Buyruk Kümesi Tasarımı
• 3.3 RISC-V İşlemcisi ve Buyruk Kümesi
• 3.4 Yazmaçlar
• 3.5 Bellek Düzeni
• 3.6 Buyruklar
• 3.7 Veri Aktarma Buyrukları
• 3.8 Aritmetik İşlem Buyrukları
• 3.9 Mantık Buyrukları
• 3.10 Bit Düzeyinde Kaydırma Buyrukları
• 3.11 Dallanma ve Atlama Buyrukları
• 3.12 Sözde Buyruklar
• 3.13 Adresleme Kipleri
• 3.14 Altyordam ve Yığıtlar
• 3.15 Programın Yürütülmesi
• 3.16 Diğer BKM'lerde Buyruk Kümeleri
• 3.17 Diğer Bazı Buyruk Kümesi Mimarileri
• 3.18 Gerçek Dünya: Buyruk Kümesi Tasarım Kararları
• 3.19 Yanılgılar ve Tuzaklar
• 3.20 Özet

Şekiller

• Şekil 3.1: BKM ile yazılım ve donanımın ilişkisi
• Şekil 3.2: R-tipi buyruğun kodlanması
• Şekil 3.3: RISC-V'te veri yapıları
• Şekil 3.4: D türü flip-flop
• Şekil 3.5: 8 bitlik veri tutan yazmaç
• Şekil 3.6: 16 bitlik buyruklarda yazmaç sayısının etkisi
• Şekil 3.7: Bellek yapısının iki gösterimi
• Şekil 3.8: Bellekte hizalı ve hizasız veri erişimi
• Şekil 3.9: Büyüğü başta ve küçüğü başta bayt sırası
• Şekil 3.10: RISC-V'te Buyruk Biçimleri (R, I, S, B, U, J)
• Şekil 3.11: J Türü Buyruk yapısı
• Şekil 3.12: Programda Dallanma
• Şekil 3.13–3.17: Adresleme kipleri (yazmaç, anlık, eklemeli, PS'ye göreceli, üst anlık)
• Şekil 3.18: Altyordam yığıt durumu
• Şekil 3.19: Program çalıştığı anda yığıtın durumu
• Şekil 3.20: Programın işlenmesi
• Şekil 3.21: Tipik RISC-V programının bellek yerleşimi
• Şekil 3.22: x86'da değişik buyruk biçimleri

Bilgi Notları

• 3.1 Sayı Sistemleri ve Kodlama
• 3.2 Bu Bölümde Ele Alınmayan Uzantılar
• 3.3 PC Neden Genel Amaçlı Yazmaç Değildir?
• 3.4 Başarım Sayaçları ve BBÇ Ölçümü
• 3.5 Yığıt Göstergesi: Donanım mı, Uzlaşı mı?
• 3.6 RV64I'de 64 Bit Yazmaçlar
• 3.7 RISC-V Sıkıştırılmış Buyruklar
• 3.8 Güliver'in Yumurta Savaşı
• 3.9 Ortası Başta
• 3.10 Anlık Değerlerde İşaret Genişletme Düzeltmesi
• 3.11 RV64I'de 32 Bitlik Çarpma ve Bölme
• 3.12 RISC-V'te Geciktirilmiş Dallanma Yoktur
• 3.13 Yaprak Altyordam Eniyilemesi
• 3.14 ecall ve Ayrıcalık Düzeyleri
• 3.15 Neden Elde Taşınır Cihazlarda x86 Yok?

Özellikler

• 20 çözümlü örnek
• 36 alıştırma
• İç içe yığıt çerçevesi TikZ şekli
• Adresleme kipleri çözümlü örneği (Örnek 3.20)
• Dört mimari karşılaştırmalı tablolar

Fotoğraf

• Süleymaniye Camisi — İstanbul

Bölüm 4 RISC-V ile Programlama

Yayında ►

Alt Bölümler

• 4.1 İlk Adımlar
• 4.2 Program Yapısı ve Geliştirme Ortamı
• 4.3 Algoritmalar ve Veri Yapıları
• 4.4 C'den RISC-V'e: Derleme Çıktısı Okuma
• 4.5 Gömülü Sistem Programlama
• 4.6 Başarım ve Eniyileme
• 4.7 Hata Ayıklama
• 4.8 Gerçek Dünya: RISC-V Geliştirme Ekosistemi
• 4.9 Yanılgılar ve Tuzaklar
• 4.10 Özet

Şekiller

• Şekil 4.1: Yığıt çerçevesi yapısı
• Şekil 4.2: İç içe altyordam çağrısında yığıt
• Şekil 4.3: Bağlı liste düğümlerinin bellekteki yerleşimi
• Şekil 4.4: Özyinelemeli Fibonacci çağrı ağacı
• Şekil 4.5: Fibonacci yığıt çerçevelerinin birikmesi
• Şekil 4.6: Derleme ve bağlama süreci

Bilgi Notları

• 4.1 auipc ve Program Sayacı
• 4.2 RARS'ta Adım Adım Yürütme
• 4.3 Programlama ve Başarım İlişkisi
• 4.4 Sistem Çağrıları
• 4.5 Yığın ve Yığıt: İki Farklı Kavram
• 4.6 Kuyruk Özyineleme Eniyilemesi
• 4.7 Derleyiciye Güvenmek
• 4.8 Uçucu Bellek Erişimi ve Derleyici
• 4.9 Alanda Yerellik ve Zamanda Yerellik

Özellikler

• 24 çözümlü örnek
• 30 alıştırma
• Yazmaç izleme tabloları
• Her örnekte başarım çözümlemesi

Fotoğraf

• Hattuşa Aslan Kapısı — Çorum

Bölüm 5 Aritmetik İşlemler

Yayında ►

Alt Bölümler

• 5.1 Toplama ve Çıkarma
• 5.2 Mantık İşlemleri
• 5.3 Aritmetik Mantık Birimi (AMB)
• 5.4 Çarpma
• 5.5 Bölme
• 5.6 Kayan Nokta İşlemleri
• 5.7 RISC-V Kayan Nokta Buyrukları
• 5.8 Yapay Zeka Çağında Kayan Nokta Biçimleri
• 5.9 Yanılgılar ve Tuzaklar
• 5.10 Özet

Şekiller

• Şekil 5.4: 4 bitlik dalga eldeli toplayıcı
• Şekil 5.10: 32 bitlik AMB
• Şekil 5.19: Kaydır-Topla çarpma akış şeması
• Şekil 5.28: Geri yüklemeli bölme akış şeması
• Şekil 5.30: Kayan nokta toplama blok şeması
• Şekil 5.32: FP32/BF16/FP16 bit düzenleri
• Şekil 5.33: FP8 E4M3/E5M2 bit düzenleri
• Şekil 5.34: YZ model bellek gereksinimleri
• Şekil 5.35: Ağırlık dağılımı grafiği
• Şekil 5.36: Karma duyarlık eğitim döngüsü

Bilgi Notları

• 5.1 Dışlayan VEYA (XOR)
• 5.2 Bit Numaralandırması
• 5.3 AMB ile Bayrak Üretimi
• 5.4 Erken Sonlandırma
• 5.5 Booth Algoritmasının Tarihçesi
• 5.6 Çağdaş İşlemcilerde Çarpma Birimi
• 5.7 Bölmeyi Çarpmaya Dönüştürmek
• 5.8 Gizli 1 Her Yerde Var mı?
• 5.9 NaN ile Programlama Uygulaması
• 5.10 Kayan Nokta Duyarlığı ve Günlük Etkisi
• 5.11 Intel Pentium FDIV Hatası
• 5.12 Patriot Füzesi Kazası

Özellikler

• 20 çözümlü örnek
• 15+ alıştırma
• IEEE 754 bit düzeni şekilleri
• BF16, TF32, FP8 karşılaştırma şekilleri
• YZ ağırlık dağılımı grafiği
• Model bellek gereksinimleri grafiği
• Karma duyarlık eğitim akış şeması

Fotoğraf

• Divriği Ulu Camisi Taç Kapısı — Sivas

Bölüm 6 İşlemci Tasarımı

Hazırlanıyor ►

Bu bölüm henüz hazırlanıyor...

Bölüm 7 Boru Hattı

Hazırlanıyor ►

Bu bölüm henüz hazırlanıyor...

Bölüm 8 Bellek Hiyerarşisi

Hazırlanıyor ►

Bu bölüm henüz hazırlanıyor...

Bölüm 9 Giriş/Çıkış

Hazırlanıyor ►

Bu bölüm henüz hazırlanıyor...

Bölüm 10 Çok Çekirdekli İşlemciler

Hazırlanıyor ►

Bu bölüm henüz hazırlanıyor...

Bölüm 11 GPU ve Hızlandırıcılar

Hazırlanıyor ►

Bu bölüm henüz hazırlanıyor...

Bölüm 12 Güncel Mimariler

Hazırlanıyor ►

Bu bölüm henüz hazırlanıyor...

Ek A Sayı Sistemleri ve Kodlama

Yayında ►

Alt Bölümler

• A.1 İkilik Tabanda İşlemler
• A.2 İşaretli Sayılar
• A.3 Gray Kodu
• A.4 İkiye Kodlanmış Onluk Taban Gösterimi (BCD)
• A.5 Karakter Kodlaması
• A.6 IEEE 754 Kayan Nokta Gösterimi
• A.7 Özet

Şekiller

• Şekil A.1: 16'lık tabandaki sayıların diğer tabanlarda gösterimi
• Şekil A.2: Değişik yöntemlerde 4 bitle gösterilen sayılar
• Şekil A.3: 3 Bitlik Gray Kodu
• Şekil A.4: BCD yöntemi ile onluk taban gösterimi
• Şekil A.5: ASCII Karakter Tablosu
• Şekil A.6: UTF-8 kodlama kuralları
• Şekil A.7: IEEE 754 tek duyarlı kayan nokta biçimi
• Şekil A.8: IEEE 754 kayan nokta biçimlerinin karşılaştırması
• Şekil A.9: IEEE 754 duyarlık düzeylerinin karşılaştırması
• Şekil A.10: IEEE 754 özel değerler (tek duyarlı)

Bilgi Notları

• A.1 Ariane 5 — Taşmanın Bedeli
• A.2 Unicode'un Doğuşu
• A.3 IEEE 754 ve William Kahan

Özellikler

• 26 çözümlü örnek
• 18 alıştırma
• İkilik, 8'lik, 16'lık taban dönüşümleri
• IEEE 754 tam kapsam

Fotoğraf

• Göbekli Tepe — Şanlıurfa

Ek B Sayısal Tasarım Temelleri

Hazırlanıyor ►

Bu bölüm henüz hazırlanıyor...

Ek C RISC-V Referans Kartı

Yayında ►

Alt Bölümler

• C.1 RISC-V'in Modüler Yapısı
• C.2 Bir RISC-V Buyruğunun Anatomisi
• C.3 RV32I Temel Buyruk Kümesi
• C.4 Yazmaç Tablosu
• C.5 Buyruk Biçimleri
• C.6 Sözde Buyruklar
• C.7 Kodlama Örnekleri

Şekiller

• Tablo C.1: RISC-V standart uzantıları
• Tablo C.2: RISC-V ayrıcalık düzeyleri
• Tablo C.3: Buyruk kategorileri ve yazım örnekleri
• Tablo C.4: RV32I temel buyruk kümesi
• Tablo C.5: RISC-V yazmaç tablosu
• Tablo C.6: Altyordam yığıt çerçevesinin yapısı
• Tablo C.7–12: R/I/S/B/U/J türü buyruk biçimleri
• Tablo C.13: Buyruk biçimleri ve kullanım alanları
• Tablo C.14: RISC-V sözde buyrukları

Bilgi Notları

• C.1 Bu kitapta kullanılan yapılandırma
• C.2 Yükleme ve saklama buyruklarındaki fark

Özellikler

• 4 çözümlü örnek
• 9 alıştırma
• Tam RV32I buyruk referansı
• Tüm buyruk biçimleri (R/I/S/B/U/J)
• Çağrı kuralları ve yığıt çerçevesi

Fotoğraf

• Celsus Kütüphanesi — Efes

Ek D RISC-V Uygulama Çalışmaları ve Projeler

Yayında ►

Alt Bölümler

• D.1 RISC-V Araç Zinciri
• D.2 Verilog ile Donanım Tasarımı
• D.3 Yazmaç Öbeği Tasarımı
• D.4 Mini Projeler
• D.5 Proje Değerlendirme Ölçütleri

Şekiller

• Şekil D.1: Yazmaç öbeği blok diyagramı

Bilgi Notları

• D.1 Hızlı Başlangıç
• D.2 Tek Adımda Derleme
• D.3 Bloklu ve Bloksuz Atama
• D.4 FPGA ile Gerçekleme
• D.5 Buyruk Çözme İpucu
• D.6 İz Dosyası Kaynakları

Özellikler

• 10 alıştırma
• Proje A: RV32I Yorumlayıcı
• Proje B: Boru Hattı Benzetimliği
• Proje C: Önbellek ve Dallanma Öngörücüsü
• RARS ve Spike benzetimlik rehberi

Fotoğraf

• Sümela Manastırı — Trabzon

Kaynaklar

Atıf

Bu kitabı akademik çalışmalarınızda kullanıyorsanız lütfen aşağıdaki şekilde atıf yapınız:

@book{ergin2026bilgisayar,
  author    = {Ergin, Oğuz},
  title     = {Bilgisayar Mimarisi: RISC-V Tabanlı Yaklaşım},
  year      = {2026},
  isbn      = {978-625-00-6081-0},
  publisher = {Açık Erişim},
  url       = {https://github.com/prof-oguzergin/bilgisayar-mimarisi},
  doi       = {10.5281/zenodo.18903609},
  license   = {CC BY-NC-ND 4.0}
}

Lisans

Bu eser Creative Commons Atıf-GayriTicari-Türetilemez 4.0 Uluslararası lisansı ile lisanslanmıştır. Özgürce paylaşabilir ve dağıtabilirsiniz — uygun atıf yapmanız, ticari amaçla kullanmamanız ve değişiklik yapmamanız koşuluyla.