Makine Dili, 0 ve 1'ler Nedir? Bilgisayarlarda Fotoğraf ve Videolar Nasıl Çalışır?
Biz canlılarda bilgi beynimizdeki nöronlar tarafından saklanır. Mesela yeni bir şey gördüğümüzde ya da bir ses işittiğimizde beynimiz bunu otomatik olarak algılar. Peki bu olay bilgisayarlarda yani cansız varlıklarda nasıl gerçekleşiyor? Bilgisayarlar bunu ruhsal bir güç sayesinde şıp diye yapmıyorlar öyle değil mi? Gelin nasıl yaptıklarını inceleyelim.
Öncelikle Makine Dili Nedir?
Makine dili basit bir şekilde sadece 0 ve 1’den oluşan en temel mantıksal değerlerdir. Nasıl ki kullandığımız dil olan Türkçe 29 harften oluşuyorsa ve bütün duygu düşüncelerimizi bu 29 harf ile anlatıyorsak makine dili de sadece 0 ve 1’lerden oluşur Mors alfabesi gibi (uzun ve kısa çizgiler gibi). Makine dili de insanın yapabildiği her şeyi hatta daha fazlasını bu iki ifadeyle anlatır. (Birisine gördüğünüz bir görseli kesin hatlarla anlatamazsınız ama bilgisayarlar anlatır.)
Nedir bu 0 ve 1 dersek de eğer bir transistörde (işlemcimizi oluşturan yarı iletken devre elemanı) elektrik akımı geçiyorsa bu 1'i; elektrik akımı geçmiyorsa da bu 0'ı ifade eder. Mantıksal değerlerin elektronikteki karşılıkları ise 0 için 0 Volt(aslında sıfıra çok yakın bir gerilimdir.), 1 için de 5 Volt olarak tanımlıdır.
Makine dili tamam peki bunu nasıl kullanacağız sorusuna gelirsek? Cevap: İkili Sistem
İkili Sistem (Binary)
Ortaokulda sayıları yazarken 10'lu sistemi kullandığımızı hatırlıyor musunuz? Kural basittir sayının rakamları sağdan sola 10⁰,10,100 gibi 10'un kuvvetleriyle çarpılır ve sonuçlar toplanarak bulunur. Mesela 456 sayısının değeri 10'lu sistemde 6x10⁰ + 5x10 + 4x100 toplamına eşittir. İkili sistemde aynı şeyi 2'nin kuvvetleriyle yaparız yani 2⁰,2,4,8,16,32 ile; aslında bu yüzden 2'li sistemdir adı. Örneğin ikili sistemde 10011 sayısı 1x2⁰ + 1x2 + 0x4 + 0x8 + 1x16 toplamına, yani onlu sistemdeki 19'a eşittir.
“Onlu sistemin biz insanlarda on el parmağımızın olmasından kaynaklandığı ve matematiksel açıdan vazgeçilmez bir özelliği bulunmadığı açıktır. Çocuklara dört işlemi ve matematiğin geri kalanını pekala baştan aşağı ikili sistemle öğretebiliriz (üstelik bilgisayar programlamayı da daha kolay öğrenirler).” [Cem Say, Yeni Dünya Yeni Ağ, 6. Baskı]
İkili Sistemde Harfler ve ASCII
Sayıların 0 ve 1'ler ile gösterildiğini anladık peki harfler nasıl gösteriliyor o da ASCII(American Standard Code for Information Interchange) sistemiyle gösteriliyor. Mesela ASCII sistemine göre A harfi 65, B harfi 66 ile gösteriliyor. Yıllar önce böyle karar vermişiz. Kullanılan noktalama işaretleri de aynı şekilde gösteriliyor.
Bit, Byte, Kilobyte, Megabyte, Gigabyte, Terabyte Kavramları
İkili sistemde 0 veya 1 kullanırsak bu bir bit’e eşit olur(1 = 1 bit, 0 = 1 bit). Eğer 8 adet 0 veya 1 kullanırsak da 1 byte’a eşit olur. Örneğin 10001101= 1 Byte. 8 adet bit byte’ı, 1024 adet byte da kilobyte’ı oluşturur. Bu sırayla megabyte, gigabyte, terabyte ve petabyte’a kadar gider.
Mesela siz yukarıdaki gibi bir metin yazdığınızda işlemciniz bunu daha önce atamasını yaptığımız 0 ve 1 olarak algılar.
Örneğin “hello” kelimesini ele alalım;
Kelimeyi harflere bölelim ve ASCII sistemine göre;
H=72 , E=69 , L=76 , L=76 , O=79 sayıları ile gösterilir.
Sayıları da az önce öğrendiğimiz gibi sıfır ve birlere dönüştürürsek;
72=01001000
69=01000101
76=01001100
76=01001100
79=01001111
Sonuç olarak işlemcimiz hello kelimesini aşağıdaki 0 ve 1'ler gibi algılayacaktır. (transistörden akım; geçmedi,geçti,geçti,geçmedi…)
hello=01101000 01100101 01101100 01101100 01101111
Bu kelime de hafızada 5 byte’lık yer kaplar.
Peki işlemcimiz transistörden akım geçip geçmeyeceğine nasıl karar veriyor? Bu sorunun çok karmaşık bir cevabı olmakla birlikte her cihaz çalışmadan önce insandan fiziksel bir müdahele bekler. Örneğin bilgisayarın açma tuşuna basmanız gibi. Siz açma tuşuna bastığınızda önceden belirlenmiş bir dizi zincirleme reaksiyon gerçekleşir ve işletim sisteminiz açılır. Ardından sizin kullanacağınız arayüz açılır.
Şimdiye kadar sayıların ve harflerin, en temel işlem birimi olan 0 ve 1'ler ile gösterilebildiğini anladık. Peki renkler ya da fotoğraflar nasıl gösterilir? Onlar da az önce öğrendiğimiz gibi sayılarla gösterilebilir. Gelin inceleyelim.
RGB Renk Modeli
RGB açılımıyla Red-Green-Blue modeli üç ana rengi (kırmızı-yeşil-mavi) kullanarak farklı renkler elde edilmesini sağlayan modeldir.
RGB renk modeli, Thomas Young ve Hermann von Helmholtz tarafından 19. yüzyılın başlarından ortalarına kadar geliştirilen Young-Helmholtz trikromatik renk teorisine ve James Clerk Maxwell’in bu teoriyi detaylandırıcı renk üçgenine dayanmaktadır. (yaklaşık 1860). [Kaynak için tıkla]
James Clerk Maxwell eğer bu teoriyi açıklamasaydı belki bugün elektronik ortamda gördüğümüz tüm renk, fotoğraf ve videoları göremeyecektik bu kadar önemli bir yere sahip bir bilim insanı.
Maxwell’den bahsetmişken, Maxwell elektromanyetik teori ve denklemleriyle birçok fizikçi tarafından 19. yüzyılda yaşayıp 20. yüzyıl fiziğine en büyük katkıyı sağlayan kişi olarak görülür. Maxwell’in bilime katkıları Isaac Newton ve Albert Einstein’ınkilerle eşdeğer görülür. 1999'un sonlarında 100 ileri gelen fizikçiyle gerçekleştirilen milenyum oylamasında Maxwell, tüm zamanların en iyi fizikçileri arasında Einstein ve Newton’dan sonra 3. sırayı almıştır.
1931 yılında Einstein, Maxwell’in doğum günü töreninde Maxwell’in çalışmasını “Newton’dan sonra fizikte en verimli ve en önemli çalışmadır” diye tanımlamıştır. Einstein çalışma odasının duvarına Michael Faraday ve Isaac Newton’un yanı sıra Maxwell’in de fotoğrafını asmıştır. [Kaynak için tıkla]
RGB, üç ana rengi esas alıyor ve her bir renk 8 bittir. Kırmızı, yeşil ve mavi renklerinin her biri de 256 renk değerine sahiptir. Yani her bir değer 256 farklı şekilde kullanılabilir.
Aşağıda gösterildiği gibi RGB sistemine göre kırmızıdan 72, yeşilden 73 ve maviden 33(daha az miktarda) kullanırsak şöyle bir renk ortaya çıkıyor.
Basit formülle elektronik ortamda 256x256x256=16.777.216 adet renk olduğunu söyleyebiliriz.(16 milyon)
Fotoğraf Çalışma Mantığı
Fotoğraf birazdan bahsedeceğimiz piksel denilen küçük renklerden oluşur. Piksellerin ekranın üst soldan başlanarak (tıpkı kitap okurken yapıldığı gibi) satır satır aşağıya doğru taranması gerekir. Tarama sonucunda fotoğraf dediğimiz şey ortaya çıkar (bu tarama çok çok kısa bir sürede gerçekleşir).
Piksel
Piksel, dijital göstergelerde görüntünün elde edilmesini sağlayan ve kontrol edilebilen en küçük birimdir. Yani fotoğraf dediğimiz şey aslında binlerce milyonlarca minik piksellerden oluşur.
Eğer bir bilgisayar monitörü alacaksanız şöyle ifadelerle karşılaşmanız çok olasıdır: 1920x1080 çözünürlük. Bu yatayda 1920 adet dikeyde de 1080 adet piksel olduğu anlamına gelir, basit alan formülüyle bu iki sayıyı çarparsak monitörde 1920x1080=2.073.600 adet piksel olduğunu söyler.
Daha iyi anlamak için aşağıdaki doğa fotoğrafını Adobe Photoshop yardımı ile adım adım yeterince yakınlaştırırsak fotoğrafları oluşturan piksellerin nasıl yapıda olduklarını daha rahat görebiliriz.
Gördüğünüz gibi bize en doğal gözüken fotoğraflar bile piksel dediğimiz küçük kutucuklardan oluşuyor.
Şu an bir fotoğrafı oluşturan sistemi daha iyi anladık. Şimdi de video nasıl çalışıyor ona bakalım.
Video Çalışma Mantığı ve FPS
Video dediğimiz şey de belirli küçük aralıklarla gelen fotoğraflardan oluşur. Videolar aslında hareketli olmamalarına karşın canlıların beyinlerini sanki hareket ediyormuş gibi aldatır. Bunu daha iyi anlamak için FPS(frame-per-second) kavramına bakmamız gerekiyor.
FPS
FPS(frame-per-second) saniyedeki kare-fotoğraf sayısı anlamına gelir. Bir video açtığımızda ya da bilgisayar oyunu oynadığımızda bu kavram ile karşılaşırız. FPS miktarı arttıkça görüntü daha gerçekçi ve net hale gelir; ancak tabii ki görsel verideki bilgi miktarı da artacağı için dosyanın boyutları da artacaktır.
Mesela izlediğimiz filmler genelde 24 fps’tir yani saniyede 24 adet fotoğraf görürüz. Bu da bize yeteri kadar akıcılık sağlar.
SON
Şimdiye kadar video, fotoğraf, harf, sayı kavramlarının bilgisayarlarda nasıl çalıştığını öğrendik.
Özetle videolar fotoğraflardan, fotoğraflar piksellerden, pikseller renklerden, renkler RGB modeline göre sayılardan, sayılar 0 ve 1'lerden, 0 ve 1'ler ise transistörden geçen/geçmeyen akımdan oluşur.
Okuduğunuz için teşekkürler :)
Cevabını almak istediğiniz soru varsa yorumlara bırakabilirsiniz.
KAYNAKÇA
Cem Say: Yeni Dünya Yeni Ağ 6. baskı
en.wikipedia.org RGB Color Model
tr.wikipedia.org Maxwell Denklemleri
