Inleiding

Bij informatica krijg je vaak te maken met het begrip hardware. In deze interactieve module staat hardware centraal. Onder hardware of apparatuur verstaan we in de computertechniek alle fysieke componenten die bij een computer een rol spelen. Fysiek wil zeggen dat je al deze componenten letterlijk kunt aanraken. Bijvoorbeeld een toetsenbord of een printer, maar ook een harde schijf of een videokaart. Alle apparatuur kun je onderverdelen in twee groepen:

Interne apparatuur (interne componenten)
Randapparatuur

Op het verschil tussen interne apparatuur en randapparatuur komen we op een andere plek in deze module later terug.

Klik nu rechtsonder op de knop met het cijfer 2 en lees de leerdoelen door die van toepassing zijn op deze module.

Leerdoelen
Na verwerking van deze interactieve module kun je:

het basisschema van een computer beschrijven;
uitleggen wat de functie van een chipset is;
de termen bus, klok, CPU, werkgeheugen en opslag omschrijven;
de bouw en de werking van de bus uitleggen;
verschillende soorten computers beschrijven;
de werking van de CPU uitleggen;
het verschil tussen machinetaal, assembleertaal en hogere programmeertalen uitleggen;
de functie van het werkgeheugen en opslag uitleggen;
de begrippen RAM, cache, ROM, PROM, EPROM en EEPROM verklaren;
het verschil tussen de soorten cache uitleggen;
de werking van magnetische, optische en elektronische opslag uitleggen;
de verschillende randapparaten omschrijven en aangeven hoe ze werken.

Basisschema

Het basisschema

Het binnenste van een computer is op het eerste gezicht een wirwar van onderdelen en kabels. Op de bodem van de systeemkast zie je een printplaat (het moederbord) met daarop een aantal chips en andere elektronische componenten en banken voor het werkgeheugen en uitbreidingskaarten.

Daarnaast zie je ook de voeding, de behuizing van harde schijf en vaak een DVD-speler en –brander. Al die onderdelen staan met elkaar in verbinding via platte of ronde kabels.

Op het moederbord zitten connectoren voor het beeldscherm, een netwerkaansluiting en USB-poorten om toetsenbord, muis en printer aan te sluiten.

Ga met je muis over de afbeelding en bekijk de namen van de onderdelen.

Het binnenste van een computer

Het basisschema - aan de slag 1

In dit filmpje zie je hoe van een aantal losse componenten een pc wordt samengesteld.

Aan de slag 1
In het filmpje Bouw je eigen pc, zag je hoe een pc wordt samengesteld. Dat lijkt je wel iets, maar zelf een pc bouwen, zie je niet zo zitten. Dat laat je liever doen door een bedrijf vooral met het oog op garantie. Zoek daarom op het internet naar een geschikt bedrijf dat je veel keus biedt bij het samenstellen.
De pc moet geschikt zijn voor:

de meest recente Windows versie;
de meest recente Office versie;

Bovendien geschikt zijn om:

vlot te kunnen internetten en mailen;
vlot muziek en video weer te geven;
foto’s te bewerken;
af en toe een niet te zware game te spelen.

Daarom wil je minimaal een Intel i5 of snellere processor, voldoende werkgeheugen, een SSD en een aparte videokaart.
Zoek uit hoeveel je dat gaat kosten en vergelijk de prijs met je klasgenoten.

Het basisschema - aan de slag 2

Aan de slag 2
Stel dat je de kosten van deze samengestelde PC te hoog vindt, hoeveel kun je dan besparen door:

geen Intel, maar een vergelijkbaar type CPU te kiezen?
niet te kiezen voor de meest recente versie van Windows, maar voor Linux?
niet te kiezen voor Office, maar voor een alternatief dat onder Linux werkt?
niet te kiezen voor een aparte videokaart maar van een geïntegreerde GPU?
niet te kiezen voor een SSD, maar voor een snelle HD?

Interne componenten van een computer

Hiernaast zie je afbeeldingen van een aantal belangrijke interne componenten van een computer:

Verderop in de module komen we uitgebreid op deze onderdelen terug.
Het binnenste van een computer lijkt ingewikkeld, maar het principe van de structuur van een computersysteem is vrij simpel.
Bekijk het filmpje over de structuur van een computer.

Alle interne componenten van een computer zijn aangesloten op de bus. De bus kun je schematisch beschouwen als een systeem van kabels waarlangs gegevens van de ene component naar de andere worden getransporteerd.
Om de werking van de bus in een computer te begrijpen, maken we een vergelijking met het gebruik van een digitale TV-ontvanger (H). Die is met een netwerkkabel aangesloten op een van de netwerkpoorten van een internetmodem (G). De TV-ontvanger is met een HDMI- of SCART-kabel aangesloten op een TV.
Op die manier kun je digitale TV programma’s bekijken of opslaan om ze op een later tijdstip te zien. Alle componenten: modem, TV ontvanger en TV communiceren via kabels met elkaar net als de componenten van een computer: CPU, HD en werkgeheugen etc. via de bus.

De werking van de bus in een computersysteem wordt in dit filmpje toegelicht:

Communicatie

Het verloop van de communicatie
Bij het aanwijzen van de verschillende onderdelen in het binnenste van een computer ben je ook de chipset tegengekomen. De chipset speelt een belangrijke rol in de communicatie en het dataverkeer dat plaatsvindt op het moederbord in een computer. Het moederbord is de printplaat waarop de processor, het werkgeheugen en de chipset is bevestigd.

De componenten die met hoge snelheid werken, zoals de grafische kaart, communiceren rechtstreeks met de processor.

De chipset, bijvoorbeeld de Intel X99 in de afbeelding hiernaast, zorgt voor de ondersteuning in de communicatie tussen de processor en de minder veeleisende componenten, zoals bijvoorbeeld de USB-poorten.

Filmpje: Het verloop van de communicatie

Communicatie - aan de slag 3+4

Aan de slag 3
Maak van deze leesoperatie een duidelijk schema:

De CPU stuurt het adres van de geheugenplaats langs de adresbus naar het geheugen.
De CPU zet een leessignaal op de controlebus.
De CPU activiteit 1 en 2 zijn voor het geheugen de opdracht om de data te zoeken die op het aangegeven geheugenadres staat. Zodra de data gevonden zijn, wordt die door het geheugen op de databus gezet.
Het geheugen geeft via de controlebus door dat de data klaarstaan op de databus.
CPU neemt de gegevens over vanaf de databus.

Aan de slag 4
Maak van deze schrijfoperatie een duidelijk schema:

De CPU stuurt het adres van de geheugenplaats waar de data moet worden opgeslagen langs de adresbus naar het geheugen (MEM).
De CPU zet een schrijfsignaal op de controlebus.
De CPU stuurt de data naar het geheugen.
De data op de databus worden door het geheugen in de aangegeven geheugenplaats van stap 1 gezet.
(Als er op die geheugenplaats al data aanwezig waren, worden die door deze schrijfoperatie verwijderd).

Het werkgeheugen wordt door de gebruiker en het besturingssysteem gebruikt om daar tijdelijk gegevens in op te slaan en ook weer op te vragen. De CPU kan de geheugenchips op het moederbord zeer snel benaderen om data op te vragen of daarin weg te schrijven.

Bekijk nu het filmpje over het werkgeheugen:

Oefening 1:
De volgende oefening gaat over het basisschema van een computer en het verloop van de communicatie. Maak de oefening:

Toets:Basisschema en communicatie - Oefening 1

De bouw van de bus

De bouw van de bus
Als je een moederbord van heel dichtbij bekijkt, zie je dunne koperkleurige lijntjes. Die vormen de verbinding tussen de verschillende componenten op het moederbord. Via kabels zijn onder andere de harddisk en de dvd-speler aangesloten. De geleidende lijntjes op het moederbord en de kabels vormen samen de bus waardoor de verschillende componenten met elkaar kunnen corresponderen en data kunnen worden getransporteerd. Belangrijk hierbij is de breedte van de bus. Bij een snelweg bepaalt het aantal rijstroken voor een groot deel de doorstroomsnelheid van het verkeer en datzelfde geldt voor de bus. Hoe meer adreslijnen een bus heeft, des te meer geheugen kan de CPU rechtstreeks adresseren.

Bekijk nu het filmpje over de bouw van de bus:

De bouw van de bus - aan de slag 5+6

Aan de slag 5

Maak je PC open of kijk in de specificaties en beantwoord de volgende vragen over je PC:

Hoeveel USB-poorten zijn er en welk type?
Hoeveel slots zijn er voor het werkgeheugen?
Hoeveel werkgeheugen is aanwezig en wat is het maximum dat het moederbord ondersteunt?
Geïntegreerde videokaart op het moederbord of een aparte videokaart?
Hoeveel PCI en PCI-Express sloten zijn er en waarvoor worden die gebruikt?
Een HD of SSD, of beide? Wat is de capaciteit?
DVD- of Blu-ray speler aanwezig?

Aan de slag 6
De controlbus zorgt niet alleen voor het versturen van lees- of schrijfsignalen, maar verwerkt ook signalen van de klok en interrupts. Zoek eventueel op het internet naar het antwoord op de vragen.

Wat is een interrupt?
Wat is de functie van de chipset bij het verwerken van een interrupt?
De controlbus verwerkt ook resets. Wat is een reset?
De controlbus verwerkt ook DMA. Wat is DMA?
Leg uit hoe een harde schijf DMA gebruikt.
Wat is het voordeel van het gebruik van DMA voor de CPU?

De bouw van de bus - aan de slag 7+8

Aan de slag 7
De videokaart is een essentieel onderdeel van je pc. Bij de aanschaf van een pc kun je kiezen voor een geïntegreerde videokaart. Die beschikt niet over eigen geheugen, maar gebruikt een deel van het werkgeheugen. De processor (GPU - graphics processing unit), is geïntegreerd in het moederbord of in de CPU.

Je kunt ook kiezen voor een aparte videokaart in een van de uitbreidingsloten, bijvoorbeeld in een PCI-Express slot. De huidige generatie videokaarten beschikken over een eigen GPU met enorme rekenkracht, eigen geheugen en eigen koeling.

Wat is het voordeel van een geïntegreerde videokaart?
Wat zijn de nadelen vergeleken met een aparte videokaart?
Als je de geïntegreerde videokaart vervangt door een krachtige, snelle videokaart met eigen koeling heeft dat gevolgen voor de voeding van je pc.
Leg uit.

Aan de slag 8
Op de rand van het moederbord vind je de USB (Universal Serial Bus)-poorten om randapparatuur zoals muis, toetsenbord of externe HD aan te sluiten. Zoek indien nodig op het internet voor een antwoord op de volgende vragen.

Als je een 2.5 inch externe HD aansluit op een USB-poort heeft die HD dan een eigen voeding nodig? Leg uit.
Waarom mag de USB-kabel niet te lang zijn?
Een muis of toetsenbord kun je zonder problemen aansluiten op de USB-poort van een werkende computer (hotplugging) of eruit verwijderen. Waarom is het niet raadzaam een aangesloten externe HD zonder meer te verwijderen?
Waarom heeft een USB-hub (waarop je een aantal apparaten kunt aansluiten) soms een eigen voeding nodig?
Moderne pc’s zijn voorzien van USB 3.0 poorten. Wat is hiervan de maximale snelheid?
In 2015 is Apple begonnen met het leveren van een uiterst dunne laptop met maar één USB-C poort (met ondersteuning voor USB 3.1). Wat is de snelheid van die USB-C poort?
Noem een nadeel van een dergelijke poort zolang die nog geen standaard aansluiting is.

De busarbiter en de klok

De busarbiter en de klok
Je kunt de bus arbiter vergelijken met een verkeersregelaar op een kruispunt van twee drukke wegen. Die regelt de voorrang en zorgt ervoor dat er nooit twee voertuigen elkaar tegenkomen op het kruispunt. De bus arbiter voorkomt dat het een chaos wordt op de bus wanneer twee of meer componenten gelijktijdig data willen verzenden of ontvangen.

Iedere component die een lees- of schrijftransactie op de bus wil plaatsen, vraagt dat via de controlbus bij de arbiter aan en moet wachten tot er toestemming wordt verleend.

Om alle transacties op de bus probleemloos te laten verlopen, wordt een bus bestuurd door de pulsen van een klok. De klokgenerator maakt deel uit van de chipset op het moederbord en regelt de snelheid van de klok. De kloksnelheid, vaak uitgedrukt in Hertz, geeft aan hoe vaak per seconde een signaal gelezen, geschreven of verwerkt kan worden. Een kloksnelheid van 1 Hz komt overeen met één bewerking of signaal per seconde. De klok van een pc is te vergelijken met de dirigent van een orkest. Beide bepalen de snelheid waarmee gewerkt wordt.

In elke klokperiode kan één transactie plaatsvinden: een buscyclus. Aan het begin van een buscyclus zet een zender de boodschap op de bus, aan het eind van de cyclus leest iedere component de bus.

De busarbiter en de klok - aan de slag 9

Wanneer er gesproken wordt over de kloksnelheid van een pc, wordt meestal de kloksnelheid van de CPU bedoeld. De CPU heeft een eigen klokgenerator en de kloksnelheid van moderne processors wordt uitgedrukt in GHz. Een 2,3 GHz CPU tikt 2,3 miljard keer per seconde. Bij de aanschaf van een pc wordt vaak gekeken naar de snelheid van de CPU, maar die bepaalt niet alleen de verwerkingssnelheid van het systeem. Belangrijke factoren zijn ook de snelheid van de GPU (Graphics Processor Unit) en harde schijf, de totale hoeveelheid werkgeheugen en de snelheid daarvan.

Aan de slag 9
Kijk in de specificaties van je eigen PC of zoek de specificaties op van de PC waarmee je nu werkt en beantwoord de volgende vragen:

Wat is de kloksnelheid van de CPU?
Wat is de kloksnelheid van het werkgeheugen?
Wat is de snelheid van de HD of SSD?
Wat is de breedte van de databus: 32 of 64 bit?

De busarbiter en de klok - aan de slag 10+11

Aan de slag 10
Tijdens de volgende opdrachten werk je met MMLogic.
In de simulatie worden data naar het geheugen weggeschreven en vervolgens weer uit het geheugen gelezen. Daarbij wordt gebruik gemaakt van een 8-bits databus, een 8-bits adresbus en een 1-bit controlbus.

De simulatie is simpel gehouden: er is geen busarbiter en geen klok. Een van de componenten die we zullen gebruiken is Memory (256 bytes geheugenchip).

Bekijk het filmpje over de geheugenmodule in MMLogic

Aan de slag 11
Waarom kan deze geheugenchip maximaal 256 bytes aan data opslaan?

De busarbiter en de klok - aan de slag 12

Aan de slag 12

1. Download het bestand Bus.zip
2. Pak het zip-bestand uit op je computer.
3. Start MMLogic en open het bestand bus.lgi

In dit ontwerp zie je een nieuwe component, Ground (aarde).
Deze zorgt ervoor dat op de ingangen 1, 2 en 3 een 0 komt te staan.

Door de properties van een Text-component te wijzigen in multiple kun je bepalen welke tekstregel getoond wordt.
De tekstregels staat in een txt-bestand dat door de Text-component wordt ingelezen.

1. Start de simulatie.
  In de display van data out staan twee U’s van Unknown. Als er geen data is weggeschreven op een bepaalde geheugenplaats staat er standaard U(nknown).
2. Zet de statusschakelaar op schrijven.
3. Voer het geheugenadres 01 in.
4. Voer als data 12 in.
5. Herhaal stap c en d voor de volgende waarden:
  
  geheugenadres data
  
  02 0A
  
  03 17
  
  23 B2
  
  38 67
6. Zet de statusschakelaar op lezen.
7. Welke waarde staat er in de display van data out?
8. Voer het geheugenadres 01 in.
  Welke waarde staat er in de display van data out?
9. Voer het geheugenadres 02 in.
  Welke waarde staat er in de display van data out?
10. Voer het geheugenadres FF in.
  Welke waarde staat er in de display van data out?
  Geef een verklaring voor deze uitkomst.

Voer het geheugenadres 00 in.
Welke waarde staat er in de display van data out?
Geef een verklaring voor deze uitkomst.
Hoe zou dit voorkomen kunnen worden?
Voer het geheugenadres 23 in.
Welke waarde staat er in de display van data out?
Voer het geheugenadres 33 in.
Welke waarde staat er in de display van data out?
Geef een verklaring voor deze uitkomst.
Hoe zou dit voorkomen kunnen worden?

Verschillende soorten

Computers in soorten en maten
Computers hebben sinds het midden van de vorige eeuw een snelle ontwikkeling doorgemaakt. De Colossus waarmee de Engelsen in 1944 de codes van de Duitse Lorenz codeermachines konden breken, was zo groot als een flinke kamer en kon alleen door getrainde operators worden bediend.

De huidige mainframes en supercomputers zijn nog steeds grote metalen kasten met daarin indrukwekkende hardware. Mainframes worden door bijvoorbeeld banken en verzekeraars gebruikt voor het snel en betrouwbaar verwerken van grote aantallen financiële transacties. Supercomputers worden door universiteiten en wetenschappers ingezet voor allerlei wetenschappelijk onderzoek zoals het berekenen van klimaatmodellen of het simuleren van de vorming van sterrenstelsels.

Kleine en middelgrote bedrijven en scholen gebruiken een of meerdere servers als centrale computer voor de gebruikers. Een server heeft een krachtige CPU en groot werk- en achtergrondgeheugen.

Vergeleken met al deze computers is een pc een echte personal computer voor iedereen en klein genoeg om bijvoorbeeld als laptop overal mee naar toe te nemen.

Als je zelf een computer wilt aanschaffen, is er een ruime keus in alle soorten en maten. Je kunt kiezen voor een desktop, een laptop, een netbook (een kleine, lichte en goedkope laptop), een tablet of een smartphone. Bij al deze soorten computers kun je ervoor kiezen om applicaties via het internet te gebruiken en alle bestanden niet langer lokaal op te slaan: cloud computing. Dat maakt het gezamenlijk werken aan een project veel gemakkelijker.

Computers worden ook steeds kleiner. Bij laptops, smartphones en tablets is de trend hoe smaller en lichter, hoe mooier. Maar ook desktop pc’s volgen die trend. Een voorbeeld daarvan is de mini-pc: een erg kleine computer, zonder monitor of toetsenbord. Deze mini-pc’s worden vaak in de huiskamer gezet en gebruikt als HTPC (Home Theater PC).

Nog kleiner zijn de embedded systems: een heel kleine computer op één chip, ingebouwd in een of ander apparaat, bijvoorbeeld een thermostaat of een wasautomaat.

Embedded systems gebruiken vaak sensors: een thermostaat gebruikt een sensor om de temperatuur te kunnen regelen en een smartwatch (ook een embedded system) om bijvoorbeeld je hartslag te meten.

Verschillende soorten - aan de slag 13+14

Aan de slag 13

Vergelijk de specificaties van je tablet met de specificaties van je laptop of PC.
Gebruik je de tablet alleen om media (foto’s, teksten, muziek, video’s etc.) te consumeren of gebruik je de tablet ook om media te produceren?
Zo ja, geef een paar voorbeelden.
Gebruik je de tablet ook ook voor andere toepassingen, zoals internetbankieren en het onderhouden van je sociale netwerk?
Zo ja, geef een paar voorbeelden.
Kun je het geheugen uitbreiden met een (micro) SD kaart? Zo nee, is dat een probleem voor je in het gebruik?

Aan de slag 14

Welke soorten apps heb je in de loop van de tijd voor je tablet aangeschaft?
Welke app(s) gebruik je bijna dagelijks?
Wat is de duurste app die je hebt gekocht?
Welke app was een miskoop?

Verschillende soorten - aan de slag 15 t/m 17

Aan de slag 15

Wat mis je in het OS op je tablet?
Installeer je elke update van het OS? Leg uit.

Aan de slag 16

Gebruik je je tablet als vervanger voor een laptop? Motiveer je antwoord.
Er zijn voorspellingen dat de PC steeds meer plaats zal gaan maken voor een PD (personal device), zoals een tablet, smartphone, phablet en smartwatch.
Ben je het daarmee eens? Motiveer je antwoord.

Aan de slag 17
De Raspberry Pi is de allerkleinste mini-pc. Kost erg weinig en is even groot als een smartphone. Dankzij het Raspbian OS, gebaseerd op Linux is het toch een (bijna) volwaardige computer.

Zoek op het internet naar de specificaties van het nieuwste type.
Waarvoor zou je een Raspberry Pi als computer kunnen gebruiken?

Verschillende soorten - aan de slag 18

Aan de slag 18
Minicomputers zoals de Rasberry Pi en Arduino zijn populair in het onderwijs. De Pi en Arduino zijn gebouwd als SoC (System on a Chip).

Wat zijn de kenmerken van een SoC?
Wat zijn de voordelen van een SoC voor de consument?
Waar worden SoC’s nog meer toegepast?

Oefening 2:
De volgende oefening gaat over de bouw van de bus en verschillende soorten computers. Maak de oefening:

Toets:De bouw van de bus en verschillende soorten computers - Oefening 2

Processors

Soorten processors

Soorten processors
Het hart van elke pc is de CPU (Central Processing Unit), ook CVE (Centrale Verwerkings Eenheid) genoemd. De CPU bestaat uit miljarden microscopisch kleine geïntegreerde schakelingen (transistors) op een oppervlakte van een paar vierkante centimeter. De CPU voert de programma’s uit en is daarmee de motor van het computersysteem.

In de jaren 60 van de vorige eeuw, was de processor nog een manshoge kast zoals de PDP 1 op deze afbeelding.

Een groot verschil met de 4004 microprocessor, een chip van een paar vierkante centimeter die Intel in 1971 ontwikkelde.

In 1981 werd de 8088 processor van Intel gebruikt in de eerste IBM PC. Deze werd al snel de standaard PC in de computerindustrie.

Daarna gingen de ontwikkelingen snel en werd door Intel elke paar jaar nieuwe en snellere processors op de markt gebracht. De snelheid van een processor wordt uitgedrukt in gigahertz (GHz), bijvoorbeeld 2.3 GHz. In het algemeen geldt hoe hoger dit getal, des te sneller kan de processor allerlei programma’s verwerken.

Vanaf midden jaren 90 kreeg Intel concurrentie van AMD en deze twee blijven tot nu toe de markt domineren. Sinds 2009 brengt Intel voor consumenten processors uit onder de naam Core i, bijvoorbeeld de Core i5 en Core i7. Voor laptops levert Intel speciale processors, de Intel Core M serie. Deze zijn minder krachtig dan de desktop varianten, maar verbruiken weinig energie en produceren bijna geen warmte.

Intel heeft de meeste keuze wat verschillende types processors betreft, maar AMD blijft zeker niet achter. De FX en de verschillende A series van AMD zijn erg populair, mede dankzij het prijsverschil met Intel.

Op de markt voor smartphones en tablets zijn andere fabrikanten actief, zoals Apple, Samsung en Qualcomm. Deze laatste heeft een breed assortiment en komt meerdere keren per jaar met nieuwe varianten van processors voor onder andere smartphones en smartwatches.

Evenals als bij Apple en Samsung krijgt de processor voor tablets, smartphones en smartwatches steeds meer ingebouwde functies, zoals GPU, WiFi en Bluetooth, in plaats van deze door aparte chips te laten verzorgen.

Soorten processors - aan de slag 19+20

Aan de slag 19

Welke processor zit er in de computer waar je nu mee werkt? Noem de fabrikant, het type en de kloksnelheid.
Als je een nieuwe PC zou kopen, wat is dan belangrijk voor je? Geef cijfers van 1-10 om de belangrijkheid duidelijk te maken. Vergelijk met klasgenoten.
- prijs
- OS (Operating System) / Besturingssysteem
- CPU (Central Processing Unit)
- kloksnelheid
- geïntegreerde GPU (Graphical Processing Unit)
- aparte videokaart
- HD (Hard Disk)
- SSD (Solid State Disk)
- snelheid werkgeheugen
- aansluitmogelijkheden voor meerdere monitors.

Aan de slag 20

Welke processor zit er in je tablet of je smartphone? Noem de fabrikant, het type en de kloksnelheid.
Als je een nieuwe tablet of smartphone zou kopen, wat is dan belangrijk voor je? Geef cijfers van 1-10 om de belangrijkheid duidelijk te maken. Vergelijk met klasgenoten.
- prijs
- OS (Operating System) / Besturingssysteem
- CPU (Central Processing Unit)
- kloksnelheid
- schermgrootte
- opslagcapaciteit
- aansluiting voor (micro) SD kaart
- WiFi
- mobiele data
- verkrijgbare apps

Soorten processors - aan de slag 21

Aan de slag 21
"Intel, op dit moment de grootste chipfabrikant ter wereld, verwacht dat chips binnenkort niet veel sneller meer worden, maar wel energiezuiniger."

Dat zegt William Holt, die leiding geeft aan de techniek- en productiedivisie van het bedrijf, meldt Technology Review. De huidige technologie die gebruikt wordt bij het ontwikkelen van chips is bijna uitontwikkeld, waardoor chips niet meer op de huidige manier sneller en kleiner gemaakt kunnen worden. "We gaan grote transities zien", aldus Holt. "De nieuwe technologie wordt totaal anders."

Intel zou nog niet zeker weten welke technologie het over vier tot vijf zal gaan gebruiken, maar het nadeel van een andere technologie dan de huidige fabricagemethode is dat ze niet sneller zal zijn. Processoren zullen mogelijk dus niet meer zo snel in snelheid toenemen als ze nu doen. Wel kunnen ze de energiezuinigheid van chips verbeteren.

Bekijk dit filmpje:
Wat houdt de "Wet van Moore" in?
Wat is de reden dat chips binnenkort niet veel sneller meer worden?
Is het echt van belang dat processors niet meer elke paar jaar in snelheid zullen toenemen? Leg uit.

Soorten processors - aan de slag 22+23

Aan de slag 22
Op deze afbeelding zie je het productieproces van een chip. Het masker bevat het grote patroon van de uiteindelijke chip.

Leg in je eigen woorden uit hoe het proces werkt.
Wat gebeurt er met de fotogevoelige laag op de wafer na de belichting?

Aan de slag 23
Zoek indien nodig op het internet voor een antwoord op de volgende vragen.

De fabricage van processors is een lastig proces en levert in in één procesgang soms maar 30% aan de snelst mogelijke processors op. Wat wordt er met de rest gedaan?
Waarom kun je een processor in principe overklokken?
Noem drie risico’s van overklokken.

De werking van processors

Werking van de processor
De CPU is verantwoordelijk voor het uitvoeren van programma’s en bewerkingen. Daarvoor haalt de processor via de bus een onafgebroken stroom instructies op en voert die achtereenvolgens uit. De CPU bevat tenminste drie onderdelen:

ALU
registers
Control Unit

De processor in detail

Moderne processors hebben meerdere cores (kernen) om programma’s en bewerkingen (bijna) gelijktijdig uit te voeren. Een quad-core CPU zoals op de afbeelding in de popup hieronder, heeft op een oppervlakte van minder dan 2 cm² 4 kernen beschikbaar om alle instructies te verwerken. Vergelijk het met een restaurant waar 4 obers bij je tafel staan om al je bestellingen op te nemen.

Een multi-core CPU kan gemakkelijk aan meerdere programma’s tegelijk werken of een lastige bewerking in minder tijd uitvoeren. Denk aan gelijktijdig web browsen, continu je mail of social media bijwerken, je systeem scannen op virussen en een berekening loslaten op duizenden cellen van een spreadsheet of een afbeelding omzetten in 3D.

Elke kern van een quad-core heeft een eigen ALU, registers en Control Unit om instructies parallel te kunnen verwerken. Dit draagt in hoge mate bij aan de snelheid, maar een quad-core is niet 2x zo snel als een dual-core CPU. Ook een quad-core CPU heeft maar één verbinding met het werkgeheugen en de cores moeten die verbinding met elkaar delen.

Bovendien wordt de totale snelheid van een systeem ook bepaald door het soort programma’s dat moet worden uitgevoerd. Bij tekstverwerken of surfen op het internet wordt de CPU nauwelijks belast en voldoet een single-core prima, maar bij het bewerken van videofragmenten of grote afbeeldingen in hoge resolutie heb je veel profijt van een multi-core. Daarnaast spelen de overige componenten van een pc ook een grote rol. Een trage harde schijf, te weinig werkgeheugen en een langzame netwerk- of WiFiverbinding maken ook een multi-core pc voor een gebruiker erg langzaam.

Aan de slag 24
Softwareprogramma's moeten ervoor geschikt zijn om gebruik te kunnen maken van multi-core processors.

Zijn programma’s die geschreven zijn voor single-core processors daarmee onbruikbaar? Leg uit.
Kan een single-core CPU een aantal taken tegelijk uitvoeren? Leg uit.
Noem een paar (soorten) programma’s die veel profijt hebben van multi-core processors.
Wat is volgens jou belangrijker? Een dual-core met een hoge kloksnelheid of een quad-core op lagere kloksnelheid? Leg uit.
Een dual-core of quad-core CPU heeft meerdere kernen beschikbaar voor het verwerken van instructies. Wat blijft de beperkende factor voor een optimale snelheid van verwerking?

Instructies deel 1

Om programma’s of bewerkingen uit te voeren, wordt door de CPU een aantal instructies verwerkt in een vaste volgorde: de instructiecyclus. Deze bestaat uit een herhaling van drie stappen: Fetch → Decode → Execute.
Fetch: de instructie wordt opgehaald uit het werkgeheugen (RAM).
Decode: de instructie wordt geanalyseerd en doorgestuurd.
Execute: de instructie wordt verwerkt door de ALU.

In de afbeelding in de popup zie je de componenten die in de CPU een belangrijke rol spelen bij de instructiecyclus.

De Control Unit vraagt een instructie op als een rij bits vanuit het RAM via de Bus Interface, analyseert de instructie en voert de instructie uit. De data die moeten worden bewerkt, stuurt de Control Unit naar de ALU.

De ALU voert de rekenkundige en logische bewerkingen uit en gebruikt daarbij de registers. Het resultaat van de bewerking wordt vervolgens door de Control Unit naar de Bus Interface gestuurd om te worden opgeslagen in het RAM.

Instructies deel 2

Dit proces wordt aangestuurd door de klokpulsen van de computerklok en net zo lang herhaald tot de taak is uitgevoerd. Volgens het oorspronkelijke Von Neumann principe wordt elke cyclus geheel afgewerkt en kan daarna pas overgegaan worden naar de volgende cyclus. Dat levert vertraging op: de Von Neumann bottleneck (flessenhals). Je kunt het probleem van die flessenhals vergelijken met de fabricage van een auto waarbij een team een complete auto in elkaar zet en pas daarna aan de volgende begint. Voor een moderne CPU is dit niet langer een probleem, omdat er meerdere kernen beschikbaar zijn om instructies te verwerken.

De verwerking van de instructies wordt in dit filmpje toegelicht:

De registers in de CPU bestaan uit uiterst snel geheugen en deze worden gebruikt bij het verwerken van de instructies. Een speciaal register is de program counter (instructieteller). Hierin staat het adres van de volgende instructie die moet worden uitgevoerd. Bij het starten van een nieuwe cyclus, leest de Control Unit de instructie op het adres in de program counter en zet die voor verwerking in het instructieregister. Daarna wordt de program counter met één verhoogd.

De ALU kan rekenkundige of logische instructies uitvoeren, maar daarmee kun je nog geen programma’s ontwikkelen. Bewerkingen moeten ook herhaald kunnen worden op steeds weer andere gegevens en van tijd tot tijd moeten er op basis van een of meer voorwaarden keuzes gemaakt worden. Bij het pinnen, bijvoorbeeld, wordt je pincode en saldo gecontroleerd en als die in orde zijn wordt het bedrag uitbetaald, anders niet.

Herhalingen en keuzes worden mogelijk gemaakt door spronginstructies en om data te kopiëren wordt gebruik gemaakt van instructies voor datatransport.

Processor in detail - aan de slag 25+26

Aan de slag 25

Bekijk deze afbeelding en leg uit wat de Von Neumann bottleneck is bij het verwerken van deze drie instructies door de CPU.
In de loop van de tijd zijn er verschillende oplossingen bedacht voor dit probleem. Een daarvan is pipelining. Leg uit wat pipelining is.
Bekijk deze instructie: if A>0, then B, else C. Waarom werkt pipelining in dit geval niet?

Aan de slag 26

Kijk nog eens naar het filmpje “Verwerking instructie”.
Wat is de functie van een operatiecode (operator) voor de ALU?
Geef drie voorbeelden van operandcodes (operands).
Waarom moeten operands eerst naar de registers worden gekopieerd vanuit het werkgeheugen?

Processor in detail - aan de slag 27

Aan de slag 27
In de volgende opdrachten werk je opnieuw met MMLogic.

Bekijk het filmpje over de ALU van MMLogic.
Download het bestand Alu.zip
Pak het zip-bestand uit op je computer.
Download opdracht opdracht27.doc .
Print de opdracht uit en beantwoord de vragen.
Open het bestand alu.lgi
Start de simulatie.
Vul de tabel in.

Verklaar het resultaat van de zero flag in regel VI.
Verklaar het resultaat van de Cout flag in regel VII.
Verklaar het resultaat van de overflow flag in regel VIII.
Verklaar het resultaat van de Cout flag in regel IX.
Wat is de functie van de operatie Verschuif naar Links (zie regel XII tabel)?
Wat is de functie van de operatie Verschuif naar Rechts (zie regel XIII tabel)?

Processor in detail - aan de slag 28

Aan de slag 28

Download het bestand Alu2.zip
Pak het zip-bestand uit op je computer.
Download opdracht28.doc
Print de opdracht uit en beantwoord de vragen.

In deze simulatie worden de instructiecode en de twee operanden A en B gehaald uit drie memorychips.
De chips worden aan het begin van de simulatie vanuit tekstbestanden
(operatie.txt, operandA.txt en operandB.txt) voorzien van de benodigde data. Iedere instructie bevat een specifieke instructiecode met de daarbij behorende operanden.
De counter bevat het adres van de instructie en stuurt die naar de adresingangen van de memorychips. Door op de pushknop van verhoog pc te klikken wordt de pc met één verhoogd en de volgende instructie uitgevoerd.

Open het bestand alu2.lgi
Start de simulatie.

Verklaar het resultaat in 0A.
Verklaar het resultaat in 0B.
Verklaar het resultaat van de overflow flag in 0C.
Welke functie vervult de counter in deze schakeling?
Welke functie vervullen de drie memorychips in deze schakeling?
Deze schakeling geeft een eerste aanzet tot het ontwikkelen van een eenvoudige CPU.
Je kunt echter nog niet van een echte CPU spreken.
Welke zaken ontbreken in deze schakeling?

Machinecode deel 1

Machinecode en assembleertaal
Een instructie bestaat uit een rij bits en een programma uit een zeer groot aantal opeenvolgende instructies. Voor een computer is het geen probleem om met eindeloze rijen bits te werken, maar voor een programmeur is het echt monnikenwerk en daarmee is de kans op fouten bijzonder groot. Programmeren wordt een stuk eenvoudiger als een instructie met letters en cijfers kan worden weergegeven in een assembleertaal. In machinecode wordt elke instructie of waarde-eenheid in 8 bits weergegeven:
01101101 00001001 00000011 00000100.
Deze machinecode, weergegeven als een 32 bits-instructie kan in assembleertaal worden genoteerd als: ADD R9,R3,R4 (tel de inhoud van registers 3 en 4 bij elkaar op en zet het resultaat in register 9).

Om de notatie in assembleertaal te vertalen naar machinecode zodat die als rijen bits kan worden verwerkt, is een assembler nodig. Dat programma moet handmatig in machinecode (bits) worden geschreven en daarna kunnen alle andere programma’s in assembleertaal of hogere programmeertaal worden geschreven. Een assembleertaal is processorafhankelijk en werkt alleen op het type processor waarvoor deze taal geschreven is.

Tegenwoordig worden de meeste programma’s ontwikkeld in hogere programmeertalen. Het voordeel daarvan is dat het programmeren eenvoudiger is en er minder kans is op fouten.
Deze spronginstructie:

      LOAD R0, 1234
LOOP: ADD R0, #1
      CMP R0, #12
      JNG LOOP

wordt in een hogere programmeertaal, zoals Java:

      do
      {
            getal++;
      }
      while (getal<12) ;

Naast deze voordelen is een hogere programmeertaal bovendien processoronafhankelijk. Een programma dat in Java geschreven is, kan in principe voor elke machine gebruikt worden.

Machinecode deel 2

Voor alle combinaties van processor en programmeertaal is een tolk (interpreter) of vertaler (compiler) nodig. Een interpreter zet de gebruikte programmeertaal direct om in instructies voor de CPU. Een programmeur die gebruik maakt van een compiler, schrijft een programma met behulp van een editor eerst in een programmeertaal zoals Pascal of C. Daarna wordt het bronbestand door de compiler gecontroleerd en verwerkt tot machinecode. Bij het uitvoeren van het programma worden de instructies in machinecode door de CPU in de juiste volgorde verwerkt.

Bij een programmeertaal zoals BASIC, wordt een interpreter gebruikt om de code (een tekstbestand) om te zetten. Een voorbeeld van BASIC code:

10 INPUT “What is your name: “; U$
20 PRINT “Hello “ ; U$

De interpreter moet op de pc aanwezig zijn en vertaalt de code regel voor regel naar machinecode. Bij een opmaaktaal als HTML fungeert de browser als interpreter. Een voorbeeld van HTML code:

<!DOCTYPE html>
<html lang="nl">
    <head>
       <title>sjabloon</title>
       <meta charset="utf-8">
       <link rel="stylesheet" href="css/opmaak.css">
    </head>
    <body>
       <h1>Koptekst</h1>
       <p>Alinea</p>
    </body>
</html>

De compiler of interpreter is in principe het enige programma dat in een assembleertaal moet worden geschreven.

Machinecode - aan de slag 29

Aan de slag 29
Bekijk de programmacode in de popup:

LOAD         LOAD R1, #0
             LOAD R2, #1
             LOAD R3, #1
HERHAAL:     CMP R3, 1200
             JNL KLAAR
             ADD R1, R1, #1
             ADD R2, R2, #2
             ADD R3, R3, R2
             JMP HERHAAL
KLAAR:       ...

JMP HERHAAL	betekent spring naar het label HERHAAL
JNL KLAAR	spring naar het label KLAAR als het getal in register R3 niet kleiner is dan het getal op het adres 1200.

Stel dat op het adres 1200 het getal 25 staat.
Welk getal vind je dan in register 1 als het programma klaar is?
Voer het programma ook uit als er op het adres 1200 het getal 9 staat.
Welk getal vind je nu in register 1?
Welk getal vind je in register 1 als op het adres 1200 het getal 14 staat?
En welk getal vind je in register 1 als op het adres 1200 het getal 7 staat?
Welke bewerking wordt door het programma uitgevoerd?
Wat gebeurt er als op het adres 1200 een negatief getal staat?

Aan de slag 30

Waarom is men overgegaan tot het gebruik van een assembleertaal?
Waarom is een assembleertaal processorafhankelijk?
Noem twee redenen waarom men eind jaren vijftig overstapte van een assembleertaal naar hogere programmeertalen.
Geef een paar voorbeelden van veel gebruikte programmeertalen.
Wat is het verschil tussen een interpreter en een compiler?

Oefening 3:
De volgende oefening gaat over de processor. Maak de oefening:

Toets:Processor - Oefening 3

Het werkgeheugen

Werkgeheugen

Bij de allereerste computers zoals de ENIAC werd het programma niet vanuit het werkgeheugen geladen, maar in de hardware aangebracht. Het veranderen van een programma vereiste nieuwe bedrading en herstructurering van het systeem. Dat kon weken duren. Door het gebruik van ponskaarten of een ponsband werd die tijd bekort, maar dankzij het werk van John von Neumann wordt in computers het programma niet langer van buitenaf ingevoerd.

Von Neumann beschrijft in 1945 een computerarchitectuur waarbij het programma zich in het werkgeheugen bevindt (het “stored program concept”) en de CPU met het geheugen communiceert. De CPU heeft de taak de instructies van een programma en de benodigde data uit het werkgeheugen op te laten halen door de Control Unit, te laten verwerken door de ALU en het resultaat weer in het geheugen terug te laten zetten. Tevens communiceert de CPU met input en output apparaten.

Aan de slag 31
In de Von Neumann-architectuur communiceert de CPU voortdurend met het werkgeheugen.

Wat wordt door de CPU uit het werkgeheugen gehaald om te bewerken?
Hoe zou de communicatie tussen CPU en RAM veel sneller kunnen verlopen?
Maak een duidelijke afbeelding van de Von Neumann-architectuur. Neem daarin op de CPU | Control Unit | ALU | Memory | Input device | Output device. Geef met pijlen het verloop van de communicatie aan.

RAM

RAM
Het werkgeheugen bestaat uit een aantal geheugenchips en vormt daarmee voor een pc het RAM (Random Access Memory). Dat is voor het besturingssysteem en de gebruiker vrij toegankelijk (vandaar de term: Access) om tijdelijk programma’s en data op te slaan. De nadruk ligt daarbij op tijdelijk: de geheugencellen in de chips kunnen de inhoud alleen vasthouden als ze met een hoge frequentie stroomstootjes krijgen. Zodra de spanning wegvalt, verliezen de cellen hun lading. De frequentie waarmee de cellen stroomstootjes krijgen, wordt refresh rate (verversingssnelheid) genoemd en wordt uitgedrukt in megahertz (MHz of GHz).

Random betekent willekeurig: de gegevens kunnen overal zijn opgeslagen. Elke geheugencel heeft een uniek adres en is rechtstreeks te benaderen zonder dat eerst alle overige cellen worden doorlopen. Een geheugenchip is opgebouwd als een serie cellen die in kolommen en rijen zijn geplaatst. Het geheugenadres van elke cel bevat de plaats in de kolom en in de rij (net zoals de verwijzing naar een cel in een spreadsheet) en kan daardoor snel worden gevonden. Op de kruising van een kolom en rij kan 1 bit in de cel worden opgeslagen.

Elke geheugencel bestaat uit een condensator en een transistor. In de condensator is een hoge of een lage spanning opgeslagen en vormt daarmee een 1 of een 0. De transistor fungeert voor de cel als schakelaar die regelt dat de spanning in de condensator kan worden afgelezen of gewijzigd. De spanning in de condensator van een geheugencel lekt langzaam weg en moet daarom regelmatig worden ververst.

Het werkgeheugen voor een pc bestaat meestal uit DIMM’s (Dual Inline Memory Modules): smalle siliciumplaatjes waarop aan beide kanten een aantal geheugenchips is gemonteerd. Een geheugenmodule voor een desktop is een smalle plaat van ongeveer 13 cm met een groot aantal koperen contactpunten.
In moderne desktops zijn de geheugensnelheden zo hoog dat de warmte die daardoor ontstaat, moet worden afgevoerd. De chips zijn dan niet langer zichtbaar en zitten onder een metalen kapje dat als koellichaam fungeert.

Een geheugenmodule voor een laptop, op de afbeelding hiernaast, is ongeveer 8 cm breed en wordt een SO-DIMM genoemd: Small Outline-DIMM

Geheugenmodules worden op het moederbord in de geheugenslots geplaatst. Als je veel programma’s tegelijk wilt gebruiken of vlot wilt kunnen werken met programma’s die veel geheugenruimte vragen, is het tijd om het werkgeheugen uit te breiden. Daarvoor moet je in de specificaties van het moederbord nagaan welk type geheugenmodules gebruikt is en zie je zoiets als: 8 GB 1600-MHz DDR3.

Oudere geheugenmodules SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) konden slechts één gegeven per klokpuls transporteren. DDR (Double Data Rate) modules kunnen per klokpuls tweemaal zoveel data transporteren, DDR2 viermaal zoveel en DDR3 achtmaal zoveel.

De snelheid van het geheugen uitgedrukt in megahertz of gigahertz is een tweede belangrijk gegeven voor geheugenuitbreiding. Een moederbord kan geschikt zijn voor geheugenmodules met verschillende refresh rates, maar je haalt de beste prestaties uit je pc als je kiest voor de hoogste snelheid die het moederbord ondersteunt.

Als laatste moet je in de specificaties kijken wat de maximale grootte van het werkgeheugen is die door het moederbord wordt ondersteund.

RAM - aan de slag 32+33

Aan de slag 32

Zoek in de specificaties van je pc of laptop naar het type en de snelheid van de geheugenmodules.
Kun je in je pc of laptop zelf het geheugen uitbreiden? Leg uit.
Is het nodig dat je het werkgeheugen uitbreidt? Leg uit

Bespreek dit met je klasgenoten en vraag naar hun ervaringen.

Aan de slag 33

Welke soort toepassingsprogramma’s vragen veel geheugenruimte? Noem er vier.
In sommige pc’s en laptops kun je het geheugen niet uitbreiden, omdat de chips op het moederbord zijn gelijmd. Wat is het grootste nadeel hiervan?
Wat is virtueel geheugen?
Wat is het nadeel van het gebruik van virtueel geheugen?
Stel dat je het geheugen wilt uitbreiden. Volgens de specificaties moet je DDR3-1600 MHz modules gebruiken, maar je kunt alleen DDR3-1867 modules vinden. Is dat een probleem? Leg uit.

Cache

Een cache is een opslagplaats waarin gegevens tijdelijk worden opgeslagen. Een internetbrowser slaat de laatst bezochte webpagina’s in een cache op zodat ze veel sneller beschikbaar zijn. Moderne processors maken ook gebruik van cachegeheugen, omdat ze data zo snel kunnen verwerken dat de snelheid van het RAM een belemmerende factor wordt. Cachegeheugen is speciaal, zeer snel (en duur) geheugen dat zich meestal op de CPU bevindt. In de cache worden de laatste instructies en data die uit het werkgeheugen zijn gehaald tijdelijk opgeslagen, klaar voor gebruik. Het opvragen vanuit het RAM en het transport over de bus, is dan niet nodig en versnelt het proces van verwerking.

Zodra de CPU een instructie of data nodig heeft, wordt eerst in de cache gezocht omdat bepaalde instructies vaak worden herhaald en data meerdere keren nodig kan zijn. Als een instructie of data zich in de cache bevindt, wordt dat een hit genoemd (en anders een miss). De verhouding van het aantal hits tegenover het totaal van aanvragen door de CPU, is de hit rate. In een moderne pc is die vaak hoger dan 80 of 90 %.

In een quad-core processor beschikt elke kern over een eigen L1-Data en L1-Instructie cache en een L2 cache. Daarnaast is een speciaal cachegeheugen (L3) beschikbaar dat voor elke kern bereikbaar is.

Cachegeheugen bestaat uit SRAM (Static RAM) chips die hun lading langer kunnen vasthouden en niet continu hoeven te worden ververst. Maar ook hierbij geldt dat uiteindelijk de lading verdwijnt als de spanning wegvalt.

Cachegeheugen is door de gebruiker niet uit te breiden zoals het RAM en de grootte van de cache kan een punt van overweging zijn bij de aanschaf van een pc.

Cache - aan de slag 34

Bekijk het filmpje:

Aan de slag 34

Zoek in de specificaties van je pc of laptop naar de grootte van de L2 en L3 cache en vergelijk die met de gegevens van je klasgenoten.
Wat is het verschil tussen L1 cache, L2 cache en L3 cache in een multi-core CPU?
Waarom moet je af en toe de cache van je browser wissen?

ROM

ROM
ROM (Read Only Memory) chips behouden hun lading ook als de spanning wegvalt en de pc uitstaat. Daarom worden ROM-chips gebruikt om daarin de instellingen op te slaan voor het BIOS (Basic Input / Output System) van een pc. Bij het starten van een pc voert het BIOS op basis van die instellingen een aantal tests uit en wordt daarna het besturingssysteem geladen.

In principe kan een gebruiker niet zomaar iets veranderen aan de inhoud van een ROM-chip, maar met behulp van speciale technieken kunnen sommige typen ROM-chips opnieuw worden geprogrammeerd. De chips zijn in het algemeen goed beveiligd, zodat allerlei software geen toegang heeft tot het ROM, maar er zijn virus programma’s die in staat zijn een BIOS-ROM te veranderen.

Fabrikanten van computers of moederborden komen soms met nieuwere versies van het BIOS om fouten te verhelpen of om nieuwe hardware te ondersteunen.

ROM-chips worden niet alleen voor het BIOS gebruikt, maar zijn ook te vinden in andere componenten van een pc zoals de netwerkkaart, videokaart of Blu-ray speler. Op die chips staan de instellingen voor een goede werking van het apparaat: de firmware. Soms moet je bij problemen met het apparaat de firmware updaten op aanwijzingen van de fabrikant of leverancier.

ROM - aan de slag 35

Bekijk het filmpje:

Aan de slag 35
Start je pc of laptop (geen Mac) en ga naar het BIOS.
Let op: verander in een goed werkende pc of laptop niets aan het BIOS.

Welke instellingen van de boot devices kunnen worden gewijzigd?
Welke instellingen van de CPU kunnen worden gewijzigd?
Welke instellingen van het geheugen kunnen worden gewijzigd?

Oefening 4:
De volgende oefening gaat over het werkgeheugen van een computer. Maak de oefening:

Toets:Het werkgeheugen - Oefening 4

Opslag

Inleiding

Inleiding
Het werkgeheugen in een computer is bedoeld voor tijdelijke opslag van programma’s en data. Opslag voor langere tijd of permanent, kan op verschillende manieren: magnetisch, optisch en elektronisch. Het ideale opslagmedium (uiterst snel, volkomen veilig en met onbeperkte capaciteit) bestaat niet, want elk type heeft voor- en nadelen. Dat maakt het ene medium heel geschikt voor een bepaald type data en minder geschikt voor een ander.

Magnetische opslag

Magnetische opslag
Een harde schijf bestaat uit een luchtdichte behuizing met daarin een aantal dunne schijven (platters) van aluminium of glas. Die schijven zijn bekleed met een opgedampte laag magnetisch materiaal en draaien met grote snelheid rond. Elk van de schijven heeft een eigen lees- en schrijfkop die zeer dicht boven het oppervlak zweeft. Bij het schrijven wijzigt de schrijfkop de noord-zuid richting van microscopisch kleine deeltjes in de laag daaronder. Zo worden de data als een serie enen en nullen in de laag aangebracht. Het aantal platters en de samenstelling van de magnetische laag bepalen de opslagcapaciteit.

Bekijk het filmpje:

De opslagcapaciteit van een harde schijf is zeer groot (een of meerdere TB) en de prijs is aantrekkelijk vergeleken met andere opslag media. Een nadeel is dat de harde schijf vaak de totale prestaties van een computersysteem afremt. De snelheid is beperkt in vergelijking met de snelheid van de CPU, grafische kaart en werkgeheugen. Bovendien is een harde schijf kwetsbaar voor schokken en daarom minder geschikt voor gebruik in een laptop. Maar voor weinig geld kun je op een harde schijf zeer veel gegevens kwijt en daarmee zijn ze ideaal voor gebruikers die altijd de beschikking willen hebben over al hun data.

Standaard harde schijven van een of meer TB die in desktop pc’s worden gebruikt, zijn in principe ook geschikt voor een NAS (Network Attached Storage). Alle computers en mobiele apparaten aangesloten op het netwerk kunnen gebruik maken van de programma’s en bestanden op een NAS. In een bedrijf of organisatie staat een NAS meestal dag en nacht, het hele jaar door ingeschakeld. In dat geval zijn standaard desktop harde schijven minder geschikt en worden in een dergelijke NAS vaak speciale harde schijven gebruikt die voor langdurig en veelvuldig gebruik zijn ontworpen. Een NAS is thuis bij uitstek geschikt als mediaserver om al je muziek en films te streamen en om je eigen persoonlijke clouddienst in te richten. Door de NAS via het internet benaderbaar te maken, heb je altijd en overal de beschikking over al je data op je laptop, smartphone of tablet.

Een NAS heeft meestal meer dan één harde schijf die gemakkelijk en vaak ook terwijl de NAS ingeschakeld blijft, kunnen worden verwisseld (hot swapping). Een NAS is in de loop van de tijd steeds sneller en krachtiger geworden met meer werkgeheugen. Hierdoor kun je meer applicaties tegelijk draaien en kunnen meer gebruikers van je netwerk op de NAS aan de slag en bestanden met elkaar delen.

Magnetische opslag - aan de slag 36+37

Aan de slag 36

Zoek met behulp van het internet uit wat de voordelen van platters van glas zijn vergeleken met aluminium platters.
Waarom zit een harde schijf opgesloten in een luchtdichte behuizing?

Aan de slag 37
Zoek op het internet antwoord op de volgende vragen:

Welke interne 3.5 inch HD is op dit ogenblik het snelst? Welke fabrikant?
Welke interne 2.5 inch HD is op dit ogenblik het snelst? Welke fabrikant?
Welke interne 3.5 inch HD heeft de grootste opslagcapaciteit? Welke fabrikant?
Welke interne 2.5 inch HD heeft de grootste opslagcapaciteit? Welke fabrikant?
Welke interne 3.5 inch HD’s zijn geschikt voor een NAS en waarom?
Externe harde schijven zijn er in twee formaten: 3.5 en 2.5 inch.
Welke van die twee is het meest geschikt voor mobiel gebruik? Leg uit.
Wat is de omwentelingssnelheid is van veel gebruikte 2.5 en 3.5 inch harde schijven?

Magnetische opslag - aan de slag 38+39

Aan de slag 38

Je ziet hier schematisch een tekening van de indeling van een harde schijf.

Hoe wordt de magnetische laag op een harde schijf ingedeeld?
Leg uit dat grote clusters inefficiënt zijn om de beschikbare opslagruimte optimaal te benutten.
Kijk naar de afbeelding.
Welke letter wordt als eerste gelezen?
De letters D, R en G staan op spoor 0, waarschijnlijk in de FAT.
Wat is de FAT?
Leg uit hoe de FAT is opgebouwd en werkt.
Bij een quick format van een harde schijf wordt de FAT gewist.
Is dat onherstelbaar? Leg uit.
Op de tekening zie je een schijf met één lees- en schrijfkop.
Hoe is dat in werkelijkheid bij een harde schijf?

Aan de slag 39
Op een NAS wordt vaak gebruik gemaakt van een van de RAID-technieken om data veilig en snel op te slaan. Een paar populaire soorten RAID:

RAID-0: wordt gekozen vanwege de snelheidswinst.
RAID-1 en RAID-5: zijn allebei veilig en RAID-5 is bovendien snel.
JBOD: is eigenlijk geen RAID, maar wordt om een aantal redenen ook gebruikt.

Zoek uit wat deze termen betekenen en wat de voor- en nadelen zijn.

Optische opslag deel 1

Optische opslag
Cd’s en dvd’s worden steeds minder gebruikt voor het afspelen van muziek of films, voor het leveren van software en voor het opslaan van grote hoeveelheden data. Muziek wordt meer en meer aangeboden via streamingdiensten. Software wordt niet langer geleverd op cd of dvd, maar is na betaling beschikbaar als download. Om grote bestanden uit te wisselen, wordt vaak gebruik gemaakt van USB-sticks of worden bestanden verzonden via speciale e-mailprogramma’s. Veel pc’s worden nog steeds voorzien van een dvd-speler, maar het komt steeds vaker voor dat pc’s zonder speler worden geleverd.
Je kunt nog wel een extern exemplaar via USB op je pc aansluiten.
Toch zijn cd’s en dvd’s nog niet uit de markt verdwenen dankzij webwinkels en kleine speciaalzaken. Bovendien brengen sommige artiesten een nieuw album eerst alleen uit op cd en stellen die pas na enige tijd beschikbaar voor streaming.

Bekijk het filmpje: Optische opslag om een beeld te krijgen hoe een cd-rom (en ook een dvd-rom) worden geproduceerd.

De laatste drie letters van een cd-rom geven al aan dat je hier geen muziek of data aan kunt toevoegen. Als je zelf een cd wilt branden heb je een cd-r (compact disk recordable) nodig die je éénmaal kunt beschrijven of een cd-rw (cd-rewritable) die je een groot aantal keren kunt beschrijven en wissen.

Bij het beschrijven van een cd-r of cd-rw worden in de doorzichtige laag verkleuringen gebrand met behulp van een laserstraal, die de laag op die plaats ondoorzichtig maken voor licht. Door op sommige plaatsen verkleuringen aan te brengen en andere plaatsen doorzichtig te laten, ontstaat er een patroon dat als nullen en enen weer door een laserstraal kan worden gelezen.

Een cd-rw gebruikt een speciale kleurstoflaag. Bij het wissen wordt de laag met daarin de verkleuringen op hoge temperatuur eerst gesmolten. Daarna kristalliseert die laag bij een lagere temperatuur, klaar om opnieuw te worden beschreven.

Optische opslag deel 2

Een dvd-rom wordt op dezelfde manier geproduceerd als een cd-rom door microscopisch kleine putjes (pits) in het oppervlak van de schijf te persen. De pits van een dvd zijn kleiner en de afstand tussen de sporen is kleiner. Daarom is de opslagcapaciteit van een enkellaags dvd (4,7 GB) zeven maal groter dan die van een cd. Op een enkellaags dvd past ongeveer een uur film in standaard beeld- en geluidskwaliteit. Voor films en tv series worden vaak dvd’s met meerdere lagen gebruikt om films in een hogere beeldkwaliteit te leveren of van een tv-serie meerdere afleveringen op een dvd te zetten.

Om zelf een dvd te branden, kun je kiezen uit dvd-r (éénmalig beschrijven) of dvd-rw (meerdere malen). Je kunt ook double layer dvd’s gebruiken om meerdere films op één disk te branden of voor een groot aantal zeer grote bestanden.

Voor films in HD (High Definition) kwaliteit of voor 3D films worden Blu-ray disks gebruikt. Om die af te spelen, wordt gebruik gemaakt van een blauwe laser. Die is nauwkeuriger en werkt met een kortere golflengte dan de rode laser van een cd of dvd. Daardoor kunnen kleinere details gelezen worden en kan een hogere gegevensdichtheid worden behaald. Als je zelf Blu-ray disks wilt branden, heb je de keus uit BD-R (éénmalig beschrijven) of BD-RE (meerdere malen). Een enkellaags disk heeft een opslagcapaciteit van 27 GB en op een disk met meerdere lagen kun je het dubbele of nog meer kwijt.

Optische opslag - aan de slag 40+41

Aan de slag 40

Cd’s en dvd’s hebben terrein verloren aan streamingdiensten voor muziek en film. Noem een paar en geef aan welke je zelf gebruikt en waarom.
Vergelijk met je klasgenoten.
Heeft je pc een interne cd-speler/brander? Zo niet, gebruik je dan een externe variant? Wanneer heb je die het laatst gebruikt en waarvoor?
Brand je een cd of dvd om bestanden uit te wisselen? Zo niet wat gebruik je dan en waarom?
Gebruik je rewritable dvd’s of Blu-ray disks om regelmatig een back-up te maken? Zo niet, wat gebruik je dan?

Aan de slag 41
Zoek op het internet antwoord op de volgende vragen:

Kun je op een beschreven cd-rw of dvd-rw een of meer bestanden wissen of moet je eerst alles wissen voordat je opnieuw kunt schrijven?
Hoe vaak kun je een cd-rw wissen en opnieuw beschrijven?
Hoe lang blijven de gegevens op een cd-r of een cd-rw leesbaar?
Blu-ray disks kunnen op een pc gelezen worden. Ze worden ook veel gebruikt in spelcomputers. Waarom zijn er geen games op Blu-ray disks voor de pc?
Bij het branden van een cd of dvd gaat er soms iets mis en is de schijf onbruikbaar door een buffer underrun. Wat is een buffer underrun en hoe kun je die voorkomen?

Elektronische opslag

Flashgeheugen werkt in principe hetzelfde als het werkgeheugen in je pc, maar is in tegenstelling tot het werkgeheugen niet vluchtig. Flashgeheugen (ook solid state geheugen genoemd), behoudt de data, ook als de elektronische spanning die gebruikt wordt om data op te slaan weer verdwijnt. Het wordt flashgeheugen genoemd, omdat de gebruikte EEPROM-chips in een flits gewist en weer beschreven kunnen worden. Flashgeheugen wordt gebruikt in smartphones en allerlei opslagmedia, zoals SD-kaartjes voor een camera, USB-sticks en SSD’s.

USB-sticks zijn niet alleen geschikt voor het meenemen en uitwisselen van data, maar met passende portable applicaties kun je een complete pc met je meenemen en overal je favoriete programma’s gebruiken. Er zijn ook nadelen: per gigabyte is een USB-stick veel duurder dan een mobiele externe harde schijf en bovendien verloopt de bestandsoverdracht een stuk trager. USB-sticks zijn klein, maar daardoor raak je ze ook gemakkelijk kwijt. Als je ze ook gebruikt voor je werk en de bestanden niet versleuteld hebt, kun je echt in de problemen komen.

Als je niet langer tevreden bent over de verwerkingssnelheid van je pc, is een upgrade naar een SSD (Solid State Drive) het meest zinvol. Dat heeft meer invloed dan een snellere processor of meer werkgeheugen. Een SSD werkt met flashgeheugen voor de elektronische opslag van data. De lees- en schrijfsnelheid van een SSD is vaak het dubbele of meer van die van een harde schijf en dat merk je keer op keer in de praktijk. Het besturingssysteem en al je programma’s worden in een paar seconden geladen en het opvragen en opslaan van data duurt eveneens heel kort. Bovendien maakt een SSD geen geluid, is energiezuinig en licht in gewicht en omdat er geen bewegende delen in gebruikt worden bij uitstek geschikt voor een laptop.

Nadelen zijn er ook: een SSD heeft een kleinere opslagcapaciteit dan veel populaire harde schijven en is al snel vele malen duurder in aanschaf. Bovendien kan het flashgeheugen niet onbeperkt gewist en weer beschreven worden. Maar tegen de tijd dat dit laatste een probleem voor je wordt, heb je hoogstwaarschijnlijk al een nieuwe pc of laptop gekocht.

Je kunt een SSD met een kleine opslagcapaciteit prima combineren met een grote traditionele harde schijf. Op de SSD installeer je dan het besturingssysteem en de programma’s die je het meest gebruikt. De harde schijf gebruik je in dat geval voor al je documenten, films en muziek.

Een nieuwe ontwikkeling is een hybride drive: een combinatie van een SSD en een harde schijf die als één schijf beschikbaar is. Het besturingssysteem beheert de inhoud automatisch: de meest gebruikte applicaties en bestanden komen op de SSD te staan en de rest op de harde schijf.

Elektronische opslag - deel 42 t/m 44

Aan de slag 42

Noem twee redenen waarom een SSD zoveel sneller is dan een harde schijf.
Een SSD is duurder dan een HD. Daarom worden moderne pc’s vaak geleverd met een relatief kleine SSD. Geef 2 redenen waarom dat voor een consument geen bezwaar hoeft te zijn.

Aan de slag 43

SD-geheugenkaarten en USB-sticks worden vaak flash geheugen genoemd. Waarom flash?
Om ze te onderscheiden van RAM en cachegeheugen worden SD-geheugenkaarten en USB-sticks ook persistent geheugen genoemd. Waarom persistent?
Wat is een nadeel van flashgeheugen in vergelijking met RAM?

Aan de slag 44
Een hybride drive lijkt op het eerste gezicht ideaal. Zijn er ook nadelen? Gebruik voor het antwoord het internet.

Opslag in de cloud

Opslag in de cloud
In plaats van je bestanden op je eigen pc op te slaan, kun je ook kiezen voor opslag in de cloud. Je huurt daarvoor ruimte op een server die is aangesloten op het internet om daar je bestanden op te slaan. Het huren van die opslagruimte hoeft niet veel te kosten en tot een bepaald aantal GB is het vaak gratis. Zodra je eenmaal al je data in de cloud hebt opgeslagen, kun je er altijd en overal bij, mits je toegang hebt tot het internet. Met je bestanden werken kan via een webbrowser of een app voor je smartphone of tablet. Collega’s of vrienden kun je toegang geven tot je data door ze een link per mail te sturen of door een bestand in de publiek map te zetten.

Je kunt er ook voor kiezen mappen op je pc met de cloud te synchroniseren. Wijzigingen in bestanden of mappen worden dan direct in de cloud opgeslagen. Wanneer je wat later met je smartphone of tablet een wijziging aanbrengt, zie je het resultaat daarvan terug op je pc.

Er zijn ook nadelen: de snelheid van up- en downloaden is afhankelijk van je internetprovider en bij zeer veel of zeer grote bestanden verloopt dat traag. Bovendien staan al je data in de cloud en als je ze niet zelf versleuteld hebt, moet je erop vertrouwen dat de clouddienst dat doet en ze daar veilig staan.

Opslag in de cloud - aan de slag 45

Aan de slag 45

Noem een paar populaire clouddiensten.
Noem drie voordelen van cloud computing
Gebruik je zelf een clouddienst? Waarom of waarom niet?
Als je een clouddienst gebruikt, versleutel je dan je bestanden zelf voordat je ze naar de cloud stuurt? Waarom?
Geef je anderen (soms) toegang tot je bestanden en zo ja, hoe doe je dat dan?

Bespreek de antwoorden met je klasgenoten en vraag naar hun ervaringen.

Oefening 5:
De volgende oefening gaat over de opslag van een computer. Maak de oefening

Toets:Opslag in de cloud - Oefening 5

Randapparatuur

Poorten

Poorten
Aan de achterkant van een pc vind je een aantal I/O (Input/Output) poorten (aansluitingen) om randapparaten met de pc te verbinden. Open de popup en ga met de muis over de poorten in deze afbeelding om te zien waarvoor deze gebruikt kunnen worden. Veel randapparatuur, zoals een toetsenbord, muis en printer wordt op een van de USB-poorten aangesloten of wordt draadloos aangestuurd.

Poorten

Aan de slag 46

Welke I/O poorten zitten er op je pc of laptop?
Mis je een i/O poort in de dagelijkse praktijk?
Welke poorten zijn er voor je monitor?
Stel je krijgt een monitor met een DVI-aansluiting en je pc heeft alleen een HDMI-aansluiting. Hoe los je dat op?
Op sommige pc’s zijn er twee poorten om een monitor aan te sluiten: HDMI en VGA. Wat is het belangrijkste verschil tussen die twee?
Kun je een VGA-monitor aansluiten op een HDMI-poort met een verloopkabel? Leg uit.

Controller

Controller
Randapparaten die zijn aangesloten op een van de poorten zijn daarmee ook aangesloten op de bus en kunnen zo communiceren met de CPU en het werkgeheugen. Die communicatie wordt geregeld door speciale chips op het moederbord, de controllers. De I/O processor in de controller neemt instructies van de CPU aan en voert die uit. Zodra de CPU bijvoorbeeld een printopdracht naar de printercontroller stuurt, zorgt die voor de verwerking en meldt het resultaat weer aan de CPU. De toetsenbord controller op de afbeelding hiernaast regelt de communicatie tussen het toetsenbord en de CPU. Het resultaat daarvan zie je bij elke toetsaanslag op je scherm.

Drivers

Drivers
Elk randapparaat moet zonder problemen kunnen communiceren met het besturingssysteem. Vaak zijn er van een randapparaat zoals een printer, netwerkkaart of monitor een aantal verschillende typen beschikbaar. Daarom wordt bij dergelijke apparaten voor elk besturingssysteem het benodigde type driver geleverd door de fabrikant. Het besturingssysteem verzorgt met behulp van de driver de communicatie tussen de hardware en de gebruikte applicatie.

Een printerdriver bijvoorbeeld, is uniek voor elk merk en type printer. Voor de meest gangbare printers zijn de drivers al standaard in het besturingssysteem aanwezig, maar voor een nieuw type printer moet alsnog een driver worden geïnstalleerd.

Net als bij besturingssystemen en applicaties worden drivers door de fabrikant regelmatig bijgewerkt om fouten te herstellen of extra functies aan te bieden en het is daarom raadzaam die updates te installeren.

Aan de slag 47

Ga in Windows op je eigen pc of laptop als administrator naar Apparaatbeheer. (Let op: op school heb je de rechten niet om deze vragen te beantwoorden)
Hoe kun je zien of alle drivers correct zijn geïnstalleerd?
Hoe kun je een ontbrekende of nieuwe driver gemakkelijk zelf installeren?
Je hebt een nieuw randapparaat gekocht met een USB-aansluiting. Moet je dat apparaat aansluiten als de pc uitstaat? Leg uit.
Wat moet je doen als het apparaat niet automatisch wordt herkend?
Waarom moet je meestal de pc opnieuw starten na het installeren van een nieuwe driver?
Waarom is het raadzaam regelmatig driver-updates te installeren?
Stel dat je een printer en scanner hebt van een paar jaar oud en je wilt upgraden naar een nieuwe versie van het besturingssysteem. Wat is in dat geval raadzaam eerst te doen voordat je gaat upgraden?

Toetsenbord

Toetsenbord
Het toetsenbord blijft het belangrijkste invoerapparaat voor tekst, ondanks de mogelijkheid in sommige besturingssystemen of applicaties om tekst te dicteren met behulp van spraakherkenning. Voor een aantal talen zijn toetsenborden beschikbaar, maar verschilt de plaatsing van de toetsen en de letters op de toetsen.

In Nederland worden toetsenborden met de Amerikaanse indeling het meest verkocht. Deze QWERTY-indeling ontleent zijn naam aan de eerste zes lettertoetsen aan de linkerkant van het toetsenbord en vindt zijn oorsprong in de eerste mechanische schrijfmachines. Door deze indeling werd de typesnelheid afgeremd om te voorkomen dat de hamertjes van de schrijfmachine klem kwamen te zitten. Een andere letterindeling zou de typesnelheid zeker ten goede komen, maar niemand zit erop te wachten om opnieuw te moeten leren typen.

Het is belangrijk in het besturingssysteem de juiste taal en indeling van het toetsenbord op te geven. Als het OS is ingesteld op een QWERTY-indeling en je gebruikt een Frans toetsenbord met een AZERTY-indeling, zijn fouten onvermijdelijk.

Bekijk het filmpje:

Toetsenbord - aan de slag 48

Aan de slag 48

Leg uit wat er als eerste in het toetsenbord gebeurt als je een lettertoets indrukt.
Wat is hierbij de functie van de I/O processor?
Wat is hierbij de functie van het BIOS?
Waarom is het belangrijk in het besturingssysteem de juiste taal en indeling van het toetsenbord op te geven?
Om gewrichtsklachten in polsen of ellebogen te voorkomen wordt soms gekozen voor een ergonomisch toetsenbord. Zoek op het internet informatie hierover.
Waarom zijn standaard toetsenborden bij langdurig en veelvuldig gebruik vaak de oorzaak van gewrichtsklachten?
Zou je zelf kiezen voor een ergonomisch toetsenbord? Leg uit.
Langdurig zittend aan je computer te werken is gebleken niet goed voor je te zijn. Wat kun je daaraan doen?

De muis deel 1

Muis
In een grafisch besturingssysteem is een muis onmisbaar: bewegingen van de muis worden nauwkeurig omgezet in bewegingen van de cursor op het scherm. Naast een linker- en rechtermuisknop, heeft een moderne muis een scroll wheel om snel door een document te kunnen bladeren. Om te voorkomen dat door langdurig en veelvuldig gebruik van de muis allerlei klachten ontstaan, wordt er door fabrikanten veel gedaan aan de vormgeving zodat de muis perfect in je handpalm past.

In een optische muis wordt met behulp van een LED (Light Emitting Diode) een helder licht geschenen op het bureau of een ander oppervlak. Het licht kaatst terug en wordt opgevangen door een foto-elektrische cel vlak achter de LED. Voor de foto-elektrische cel zit een lens die het beeld dat wordt teruggekaatst een aantal malen vergroot. Dat zorgt ervoor dat de bewegingen van de muis nog nauwkeuriger kunnen worden berekend.

Zodra je de muis beweegt, verandert het patroon van teruggekaatst licht voortdurend en een lichtgevoelige chip binnenin de muis zet die veranderingen om in binaire waarden. Die waarden worden naar de computer verzonden en vergeleken met een tabel met horizontale en verticale waarden voor de afmetingen van het computerscherm. Het resultaat hiervan is een verplaatsing van de cursor op het scherm over dezelfde afstand als de verplaatsing van de muis.

De lasermuis is een optische muis die in plaats van een LED een straal sterk gebundeld laserlicht gebruikt. Met een laser is het mogelijk extreem kleine bewegingen van de muis te detecteren. Dat maakt dit type muis uiterst nauwkeurig en daardoor ideaal voor het spelen van veeleisende computergames. Bovendien is een lasermuis bruikbaar op praktisch elk oppervlak.

Veel computergebruikers geven de voorkeur aan een draadloze muis, vaak geleverd in combinatie met een draadloos toetsenbord. De meeste draadloze muizen gebruiken een of andere vorm van radiotechnologie om te communiceren met een ontvanger in een van de USB-poorten of communiceren via Bluetooth. Een nadeel van een draadloze muis is het gewicht van de batterij of de accu die de muis zwaarder maken.

De muis deel 2

Alternatieven voor een standaard muis zijn er genoeg. Je kunt kiezen voor een trackball: een soort muis op zijn rug die niet verplaatst hoeft te worden en waarvoor je weinig ruimte op je bureau nodig hebt. Bovendien wordt je polsgewricht ontzien omdat je geen kracht hoeft uit te oefenen om de muis vast te houden en te verplaatsen. De muisbal wordt afhankelijk van de vormgeving door duim of wijsvinger bewogen.

In een laptop wordt vaak een touchpad gebouwd, een klein aanraakgevoelig scherm om de cursor op de monitor met je vingers te besturen. Aan de onder- of bovenkant van het touchpad vind je knoppen die dezelfde functie hebben als de linker- en rechtermuisknop. Op sommige touchpads ontbreken die knoppen, maar kun je op het pad zelf tikken of dubbeltikken.

Grafische vormgevers, fotografen en architecten gebruiken vaak een grafisch tablet. Een pen (stylus) met daarin een elektronische kop wordt over het tablet bewogen die de bewegingen omzet naar digitale signalen die naar de computer worden gestuurd. Op die manier kun je nauwkeurig tekenen of heel precies rechte lijnen trekken. Navigeren over het scherm of in een applicatie gaat razendsnel: een punt op het tablet komt overeen met een punt op het scherm en door de pen vlak boven het tablet te bewegen, ga je naar de gewenste plek. Zodra je het tablet aanraakt, wordt dit geregistreerd als een muisklik.

Smartphones en tablets zijn voorzien van een touchscreen: een scherm met een dunne aanraakgevoelige laag met een elektrische lading. De laag reageert snel en nauwkeurig op verstoring van het elektrisch veld en hoeft maar licht te worden aangeraakt.

Met je vingers of met een stylus kun je objecten en pictogrammen over het scherm verplaatsen en menukeuzes maken door op het scherm te tikken.

Touchscreens kunnen ook de aanraking van meerdere vingers tegelijk detecteren. Door twee vingers op het scherm te zetten en uit elkaar te bewegen of naar elkaar toe, kun je in- en uitzoomen.

Een nadeel van touchscreens is dat ze niet reageren op aanraking met een handschoen en alleen reageren op de aanraking van een stylus dat speciaal ontworpen is voor dat type smartphone of tablet.

De muis - aan de slag 49 t/m 51

Aan de slag 49

Door langdurig en veelvuldig gebruik te maken van de muis, loop je het risico RSI-klachten te krijgen. Zoek op het internet informatie over RSI.
Zijn RSI-klachten ook te wijten aan toetsenbord of smartphone? Leg uit.
Wat kun je zelf doen om klachten te voorkomen?

Aan de slag 50

Kijk naar de afbeelding hiernaast:
1. LED.
2. Prisma: richt het licht van de LED op het bureau of ander oppervlak.
3. Lichtgevoelige chip: zet de verschillen in het patroon van licht en donker om in binaire waarden.
4. Scroll wheel.
5. Microswitch voor rechter muisklik.
6. USB-aansluiting.
Beantwoord de volgende vragen:
1. Wat is de functie van de LED in een optische muis?
2. Hoe worden de bewegingen van de muis vertaald en naar de computer gezonden?
3. Hoe worden de bewegingen van de muis omgezet naar bewegingen van de cursor op het scherm?

Aan de slag 51

Bekijk deze afbeelding en leg in je eigen woorden uit hoe een touchscreen werkt.
Waarom reageert een touchscreen niet als je een normale handschoen aan hebt?

Scanner deel 1

Scanner
Een vlakbedscanner wordt gebruikt om documenten of afbeeldingen te scannen om deze te digitaliseren. Afbeeldingen kunnen na het scannen in een fotobewerkingsprogramma op de pc verder worden bewerkt en opgeslagen. Tekst kan met behulp van een daarvoor geschikt programma worden omgezet in bewerkbare tekst.

Bij het scannen wordt het document of de afbeelding op de glasplaat gelegd en de klep gesloten. De binnenkant van de klep is egaal wit of zwart en vormt een uniforme achtergrond zodat de scanner software de grootte van het document kan bepalen.

Een lichtbron beweegt onder de glasplaat en verlicht het document dat in gedeeltes verschijnt op een beweegbare spiegel. Het spiegelbeeld wordt opgevangen op een vaste spiegel, passeert een lens en een filter en bereikt uiteindelijk de CCD (Charge-Coupled Device). De CCD is een langwerpige staaf met lichtgevoelige fotodiodes. Witte gedeeltes van het document kaatsen meer licht terug dan zwarte of gekleurde gedeeltes. De verschillen in intensiteit van het licht worden door de CCD omgezet in verschillen in elektrische spanning.

Scanner deel 2

Een analoog-digitaal converter zet die verschillen in elektrische spanning weer om in digitale signalen en vormt zo een patroon van pixels. De kwaliteit van de CCD en de lichtgevoeligheid bepaalt voor een groot deel de kwaliteit van de scanner.

De optische scanresolutie van een scanner is 300 of 600 dpi (dots per inch). In advertenties zie je vaak veel hogere getallen, maar dat lijkt mooier dan het is. Om die getallen waar te maken wordt gescand met bijvoorbeeld 600 dpi, maar worden de tussenliggende pixels door een speciale chip in de scanner zelf berekend. Een groot deel van de pixels bestaat in dat geval uit beeldpunten die niet in het origineel voorkomen.

Om gescande tekst te kunnen bewerken moeten alle letters in de afbeelding worden omgezet in letters die geschikt zijn om te gebruiken in bijvoorbeeld een tekstverwerker. Dat omzetten gebeurt met een OCR (Optical Character Recognition) programma dat door middel van patroonherkenning alle letters overzet naar bewerkbare tekst, vaak met behoud van opmaak en font.

Tegenwoordig is een scanner vaak een van de onderdelen van een multifunctional: een apparaat dat bestaat uit een printer met daarbovenop een scanner en een automatische documentinvoer. Daarmee kun je gemakkelijk meerdere pagina’s achter elkaar scannen of kopiëren. Deze apparaten kunnen eenvoudig verbonden worden met een netwerk en aangestuurd worden vanaf een pc of draadloos vanaf een tablet of smartphone.

Scanner - aan de slag 52

Aan de slag 52

Moderne smartphones hebben een zeer goede camera en er zijn een aantal prima apps om een smartphone te gebruiken als scanner. Daarmee is een scanner voor een consument eigenlijk overbodig geworden. Leg uit waarom je het hiermee eens bent of niet.
Zoek op het internet naar informatie waarom OCR meestal niet 100% foutloos werkt.
Waarom heeft het weinig zin om te scannen met bijvoorbeeld 4800 dpi?
Waarom heeft het weinig zin om te scannen met een kleurdiepte hoger dan 24 bit?
Zoek ook uit waarom de opmaak en het font van ingescande tekst niet altijd kan worden behouden door een OCR-programma.

Monitor

Monitor
Bekijk het filmpje:

Een modern TFT (Thin Film Transistor) scherm maakt gebruik van de LCD (Liquid Crystal Display) techniek, maar het grote verschil is dat iedere subpixel in een TFT-scherm een eigen transistor en condensator heeft. De condensator kan de elektrische stroom die naar de transistor wordt gestuurd maar korte tijd vasthouden. Dat betekent dat het beeld zeer vaak opnieuw moet worden opgebouwd. Die verversingsfrequentie (refresh rate) is minimaal 50 Hertz.

Elke pixel in een modern LCD-TFT-scherm wordt opgebouwd uit drie kleuren: rood, groen en blauw. Als de pixel op het scherm wit gekleurd is, zijn alle drie subpixels ingeschakeld met dezelfde lichtintensiteit. Alle overige kleuren worden gevormd door bepaalde combinaties van subpixels in te schakelen of de intensiteit van het licht te regelen.

Een TFT-scherm heeft een aantal voordelen voor de gebruiker:

Het scherm kan zeer snel schakelen tussen de verschillende kleuren en is daarmee zeer geschikt voor het weergeven van video.
Afbeeldingen en foto’s worden met hoog contrast en kleurverzadiging weergegeven.
Doordat iedere subpixel een eigen transistor heeft, kunnen meer kleuren worden geproduceerd.

Een nadeel is dat er voor een TFT-scherm zeer veel transistors en condensators nodig zijn, dus bestaat er een kans op een defecte pixel. Bij de duurdere schermen zijn er talloze verbeteringen in het fabricageproces doorgevoerd en komen dode pixels nagenoeg niet meer voor of wordt een scherm onder garantie vervangen.

Bij TFT-LED-schermen wordt voor de achtergrondverlichting gebruik gemaakt van LED’s. Die zijn veel energiezuiniger dan de gebruikte backlights in andere schermen, want bij een LED wordt bijna 100% van de elektrische energie omgezet in licht. Bovendien kunnen TFT-LED-schermen zeer plat worden gefabriceerd en zijn daarmee uiterst geschikt voor laptops, tablets en smartphones.

Monitor - aan de slag 53

Aan de slag 53
In advertenties voor monitoren kom je vaak de volgende termen tegen. Zoek uit wat ze betekenen om zelf een goede keus te kunnen maken of iemand een goed advies te kunnen geven.

Schermtype: IPS-paneel
Schermresolutie: 1920x1200
Pixel pitch: 0.27 mm
Input: DisplayPort, DVI, HDMI
Helderheid: 350 cd/m2
Contrastverhouding: 1000:1
Reactietijd: 2 ms
Kijkhoek: 550
Dode pixel garantie: 1 Maand
Audio: stereo

Luidsprekers

Luidsprekers
De interne luidspreker in een pc is alleen maar geschikt om een waarschuwingssignaal te geven als er iets mis is. Om echt van geluid te kunnen genieten, kun je kiezen voor een goede set stereo luidsprekers of een surround set als je van plan bent om te gaan gamen of video af te spelen.

Een surround set bestaat uit een aantal speakers om het geluid van alle kanten te laten komen en een subwoofer voor de lage tonen. Een dergelijke set wordt vaak aangeduid als een 5.1 set. Dat betekent 5 speakers voor het geluid uit alle richtingen: linksvoor, rechtsvoor, linksachter, rechtsachter en middenvoor plus een subwoofer.

Voor een surround set heb je een goede kwaliteit geluidskaart nodig met daarop aansluitingen voor alle speakers.

Voor de beste geluidskwaliteit is het belangrijk een set te kiezen die twee verschillende soorten luidsprekers in de behuizing combineert: een kleine tweeter voor de hoge tonen en een midrange speaker voor de middentonen. De lage tonen worden weergegeven door de subwoofer.

Aan de slag 54

Waarom kiezen gamers voor een surround set bij de pc?
Kun je een surround set aansluiten op de standaard audio uitgang van een pc?
Leg uit.

Printers deel 1

Printers
Inkjetprinters en laserprinters kunnen beide perfecte afdrukken maken, zowel in kleur als in zwart-wit. Voor het afdrukken van foto’s wordt de voorkeur gegeven aan een inkjetprinter want met speciaal fotopapier is het resultaat niet te onderscheiden van de afdrukken van een ontwikkelcentrale.
Bekijk het filmpje:

Inkjetprinters worden relatief goedkoop op de markt gebracht, want fabrikanten verdienen het meest aan de dure inktpatronen. Als de printer niet vaak wordt gebruikt, worden bij een nieuwe afdruk eerst de spuitmondjes schoongemaakt door er wat inkt door te spuiten. Dat kost elke keer weer iets van de toch al kostbare inkt.

Printers deel 2

Printers gebruiken het CMYK-kleursysteem (Cyaan-Magenta-Yellow-Key) om af te drukken, waarbij Key staat voor de kleur zwart. Beeldschermen gebruiken het RGB-systeem (Red-Green-Blue). Kleuren mengen op een beeldscherm met drie lichtbronnen werkt anders dan kleuren mengen met vier soorten inkt op papier. Dat verklaart waarom kleuren op het scherm er soms anders uitzien dan op de afdruk. Fotografen en grafische ontwerpers kalibreren daarom regelmatig het beeldscherm om kleurverschillen zo klein mogelijk te houden.

Sommige inkjetprinters gebruiken twee inktpatronen voor het afdrukken: een voor zwart (K) en de ander voor de drie overige kleuren (CYM). Het nadeel hiervan is dat je die patroon ook moet vervangen als bijvoorbeeld alleen de kleur geel op is. Andere printers gebruiken een aparte patroon voor elke kleur van het CYMK-systeem.

Om geld te besparen kun je kiezen voor navulbare inktpatronen of huismerk patronen. Dat komt meestal de afdrukkwaliteit niet ten goede en levert soms problemen op met de fabrieksgarantie.

Laserprinters werken niet met inkt die vloeibaar wordt gemaakt maar met droge inktpoeder (toner). Het inktpoeder bestaat uit kleurstof en een soort plastic dat gemakkelijk smelt onder hoge temperatuur en de kleurstof aan de vezels van het papier hecht.

Zwart-wit laserprinters zijn zeer geschikt voor het afdrukken van tekst en formulieren. Kleurenlaserprinters zijn tot op zekere hoogte een goed alternatief voor een inkjetprinter. Laserprinters zijn sneller bij het afdrukken en hebben geen printkop die af en toe gereinigd moet worden. Voor het afdrukken van foto’s zijn kleurenlaserprinters minder geschikt, want door de matte toner zijn de kleuren niet zo fris en sprankelend als van een inkjetprinter.

Toner wordt geleverd in langwerpige tonercartridges die lang houdbaar zijn en niet kunnen indrogen zoals de inktpatroon van een inkjetprinter. Met een tonercartridge kan een zeer groot aantal pagina’s worden afgedrukt. Hoeveel precies hangt af van de pagina-opmaak. Als je veel zwarte of gekleurde vlakken bij de opmaak gebruikt, gaat de toner minder lang mee dan de fabrikant opgeeft.

Printers deel 3

Zowel inkjetprinters als laserprinters kunnen worden aangesloten op een USB-poort of opgenomen in het netwerk via wifi of een ethernetaansluiting. Alle printers hebben een eigen werkgeheugen dat gebruikt wordt als een buffer. Afbeeldingen of documenten die vanaf de pc worden verstuurd, worden tijdelijk in dit buffergeheugen opgeslagen om te worden afgedrukt. Met een groot eigen geheugen kunnen complexe afdruktaken gemakkelijk en snel worden verwerkt. Op die manier komen CPU en RAM weer vrij voor andere taken.

Grafische ontwerpers en architecten gebruiken plotters om grote afbeeldingen en technische tekeningen af te drukken. Plotters die met inktpatronen werken, kunnen op zeer grote papierformaten (A2 tot A0) afdrukken in kleur maken met behoud van hoge resolutie en kleurdiepte. Plotters die met toner werken, worden vooral gebruikt voor het afdrukken van zwart-wit bouwtekeningen en ontwerpen op A2-A0 papierformaat.

Met een 3D-printer kan een driedimensionaal object worden geproduceerd, bijvoorbeeld een industrieel prototype of in de medische wereld een onderkaak of een deel van een kunsthand: de mogelijkheden zijn eindeloos.

Naast 3D-software voor het maken van een digitale bouwtekening heb je ook een 3D-printer nodig die laag voor laag uit verschillende soorten materiaal een object kan produceren.

Voor thuisgebruik zijn er al betaalbare 3D-printers die met een kleine spuitmond gesmolten materiaal op een klein platform spuiten. Het platform en/of de spuitmond wordt bewogen zodat laag na laag het object langzaam vorm krijgt.
Bekijk dit filmpje (dat versneld wordt afgespeeld):

Printers - aan de slag 55

Aan de slag 55

Bekijk deze afbeelding en leg in je eigen woorden uit hoe een inkjetprinter werkt.
Waarom kost het extra inkt bij het afdrukken als je een inkjetprinter niet vaak gebruikt?
Leg uit waarom je beter kunt kiezen voor een inkjetprinter waarin voor elke kleur een aparte inktpatroon wordt gebruikt.

Printers - aan de slag 56

Aan de slag 56
Bekijk de afbeelding in de popup hieronder en leg in je eigen woorden uit hoe een laserprinter werkt.

Printers - aan de slag 57+58

Aan de slag 57
In advertenties voor printers kom je vaak de volgende termen tegen. Zoek uit wat ze betekenen om zelf een goede keus te kunnen maken of iemand een goed advies te kunnen geven.

Afdrukresolutie: 600x600 DPI
Duplex: nee
Netwerk/WiFi: ja
Geheugen: 128 MB
Aantal papierlades: 3
Papierformaat: A4
Afdruksnelheid: 21 ppm

Aan de slag 58

Waarom zijn inkjetprinters en laserprinters vaak erg goedkoop in aanschaf?
Noem twee voordelen van laserprinters vergeleken met inkjetprinters.
Inkjetprinters en laserprinters kunnen beide in kleur afdrukken. Waarom wordt voor foto’s toch vaak gekozen voor een inkjetprinter?
Gebruik je zelf navulbare inktpatronen of huismerk patronen voor je inkjetprinter of huismerk toner voor je laserprinter? Leg uit waarom wel/niet. Bespreek je ervaringen met je klasgenoten.

Modem deel 1

Modem
Een modem is zowel een invoer- als een uitvoerapparaat en wordt gebruikt om verbinding te leggen en gegevens te verzenden of te ontvangen. De verbinding kan gemaakt worden via een telefoonlijn of een (glasvezel) kabel en maakt dan datatransport mogelijk tussen twee computers of zorgt voor verbinding met het internet.

Het woord modem is een samentrekking van modulator en demodulator. Moduleren is het omzetten van data in een vorm die geschikt is om te worden verzonden over telefoonlijn of kabel. Demoduleren is het weer omzetten van de ontvangen signalen aan de andere kant van de lijn in binaire gegevens.

Bij een verbinding over een telefoonlijn gebruikt het modem de draaggolf van de lijn en zet daar de gegevens op. Er zijn verschillende manieren mogelijk om een 0 of een 1 te versturen. Dat kan door de hoogte van de draaggolf te variëren (amplitudemodulatie) of door het aantal golven binnen een tijdseenheid te variëren (frequentiemodulatie). Om meer bits gelijktijdig te kunnen versturen, kunnen technieken ook gecombineerd worden. De tweede modem aan de andere kant van de lijn haalt de gegevens weer van de draaggolf, zet ze om in een serie nullen en enen en geeft ze door aan de ontvangende computer.

Modem deel 2

Een ADSL-verbinding (Asymmetric Digital Subscriber Line) werkt op deze manier via de normale koperdraad telefoonlijn. Het eerste deel van de term: asymmetrisch geeft aan dat de snelheid van downloaden verschilt van de snelheid van uploaden. Downloaden is bij ADSL altijd sneller dan uploaden. VDSL (Very-high-bitrate Digital Subscriber Line) is een nieuwe en snellere variant.

Bij een verbinding over glasvezel worden de signalen van het eerste modem opgevangen door een NT (Network Terminator) kastje van de kabelmaatschappij en als lichtsignalen verzonden over de glasvezelkabel. Aan de andere kant van de lijn worden die lichtsignalen weer omgezet en via het tweede modem doorgegeven aan de ontvangende computer.

Het grote voordeel van het glasvezelnetwerk is dat het zorgt voor een uiterst snelle en stabiele verbinding waarbij de snelheid van het uploaden gelijk is aan die van het downloaden. Bovendien kun je de verbinding niet alleen gebruiken voor je computer, maar ook voor je TV en (als je die nog gebruikt) je huistelefoon.

Om het hele proces van verbinding leggen in goede banen te leiden, worden protocollen gebruikt waarin is vastgelegd hoe de gegevensoverdracht moet verlopen, hoe er op fouten wordt gecontroleerd en hoe daarop wordt gereageerd. Bij het maken van een internetverbinding wordt gebruik gemaakt van het TCP/IP-protocol. TCP/IP staat voor Transmission Control Protocol/Internet Protocol.

In een thuisnetwerk zijn in een modem een aantal functies geïntegreerd. Een modem dat thuis gebruikt wordt is niet alleen geschikt om gegevens te versturen, maar het kan door de functie router twee netwerken aan elkaar koppelen: het thuisnetwerk aan het internet. Bovendien zit er in het modem een kleine switch om bijvoorbeeld een paar computers en een printer bedraad op aan te sluiten en een wifi-accesspoint voor draadloze verbindingen. De computers, de printer en je apparaten die je draadloos op het modem aansluit, krijgen allemaal een uniek TCP/IP-adres.

Modem - aan de slag 59+60

Aan de slag 59

Het woord modem is een samentrekking van twee woorden. Welke? Leg uit wat ze betekenen.
Leg uit hoe een modem data verzendt over een telefoonlijn.
Om het proces van verbindingen tussen twee modems in goede banen te leiden worden protocollen gebruikt. Wat is een protocol?
Welke drie zaken moeten daarin geregeld worden?
Welk protocol wordt gebruikt bij het maken van een internetverbinding?

Aan de slag 60
Bekijk de afbeelding rechts en beantwoord de vragen.

Zoek uit waarom je de glaskabel niet rechtstreeks kunt aansluiten op de modem/router.
Zoek uit waarom je voor de TV een decoder nodig hebt.

Aan de slag 61
In dunbevolkte streken is het lastig en soms vrijwel niet mogelijk om een snelle en betrouwbare verbinding met het internet te maken. Zoek uit welke mogelijkheden bewoners daar hebben.

Oefening 6:
De volgende oefening gaat over de randapparatuur van een computer. Maak de oefening:

Toets:Randapparatuur - Oefening 6

Colofon
Het arrangement Hardware hv is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

Auteur

Hardware niveau 3

Laatst gewijzigd

11-09-2017 15:35:42

Licentie

Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:

het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat

het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken

voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

Meer informatie over de CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie.

Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

Leerniveau

MBO, Niveau 3: Vakopleiding;

Leerinhoud en doelen

Informatica;

Eindgebruiker

leerling/student

Moeilijkheidsgraad

gemiddeld

Trefwoorden

arrangeerbare, leerlijn, rearrangeerbare

Hardware hv

nl

Hardware niveau 3

2017-09-11 15:35:42

educationLevel

OnderwijsBegrippenKader

MBO, Niveau 3: Vakopleiding

http://purl.edustandaard.nl/begrippenkader/654931e1-6f8b-4f72-aa4b-92c99c72c347

educationalSubject

OnderwijsBegrippenKader

Informatica

http://purl.edustandaard.nl/begrippenkader/2845473d-ce18-450a-9135-6738abbdc129

leerling/student

arrangeerbare, leerlijn, rearrangeerbare
Download
Downloaden

Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

pdf

json

IMSCP package

Metadata

Metadata overzicht (Excel)

LTI

Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

Arrangement

Oefeningen en toetsen

Basisschema en communicatie - Oefening 1

De bouw van de bus en verschillende soorten computers - Oefening 2

Processor - Oefening 3

Het werkgeheugen - Oefening 4

Opslag in de cloud - Oefening 5

Randapparatuur - Oefening 6

IMSCC package

Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

IMSCC package

QTI

Oefeningen en toetsen van dit arrangement kun je ook downloaden als QTI. Dit bestaat uit een ZIP bestand dat alle informatie bevat over de specifieke oefening of toets; volgorde van de vragen, afbeeldingen, te behalen punten, etc. Omgevingen met een QTI player kunnen QTI afspelen.

Versie 2.1 (NL)

Basisschema en communicatie - Oefening 1

De bouw van de bus en verschillende soorten computers - Oefening 2

Processor - Oefening 3

Het werkgeheugen - Oefening 4

Opslag in de cloud - Oefening 5

Randapparatuur - Oefening 6

Versie 3.0 bèta

Basisschema en communicatie - Oefening 1

De bouw van de bus en verschillende soorten computers - Oefening 2

Processor - Oefening 3

Het werkgeheugen - Oefening 4

Opslag in de cloud - Oefening 5

Randapparatuur - Oefening 6

Voor developers

Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.
Sluiten
Wikiwijs is een dienst van