A Inleiding

Vooraf

In deze interactieve module gaan we in op de bouw en werking van de verschillende componenten van een computersysteem. Het eerste deel gaat over de fysieke laag, de hardware van de computer: het moederbord, de processor (CPU), de videokaart, het werkgeheugen en het externe geheugen (ook wel: opslaggeheugen), alsmede randapparaten, zoals onder andere de monitor en de printer. Fysiek wil zeggen dat je al deze componenten letterlijk kunt zien en aanraken.

In het tweede deel van deze module maken we kennis met de logische laag: operating systems (besturingssystemen) en en applicatiesoftware. Met logisch bedoelen we een verzameling afspraken over de manier waarop bepaalde fysieke componenten gebruikt moeten worden.

In het derde deel van de module besteden we aandacht aan de communicatielaag: netwerken en het world wide web.

Enkele keuzethema’s bieden de mogelijkheid om dieper in te gaan op operating systems en communicatie en netwerken.

Leerdoelen

Na verwerking van deze interactieve module kan ik:

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;
de werking van de CPU uitleggen;
verschillende soorten computers beschrijven;
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.
de verschillende soorten gebruikers van een operating system beschrijven;
beschrijven welke taken een operating system vervult;
uitleggen wat het verschil is tussen identificatie en authenticatie;
de rol van het operating system beschrijven bij het uitvoeren van toepassingen;
de rol van het operating system beschrijven bij het beheer van gegevens;
beschrijven welke veiligheidsrisico’s er zijn rond het operating system, de toepassingen en de gegevens, en hoe ik die kan verkleinen;
enkele ontwikkelingen en trends beschrijven;
de rol van het internet in de samenleving beschrijven;
enkele toepassingen beschrijven die gebaseerd zijn op internettechnologie;
het belang uitleggen van het internet als protocol voor communicatietoepassingen;
het 2 lagen model uitleggen;
de rol van het IP-protocol beschrijven;
de rol van de transportlaag beschrijven.

Zo werkt het

Je bent begonnen in de module Computerarchitectuur.
In ieder onderdeel vind je, verdeeld over verschillende pagina's, informatie in de vorm van teksten, afbeeldingen en video's.

Daarnaast ga je zelf aan de slag. Onder het kopje 'Aan de slag' vind je steeds vragen en toepassingsopdrachten. Welke vragen en opdrachten je moet maken, overleg je met je docent. Deze zal ook bepalen of je alleen of met een klasgenoot moet maken.
De antwoorden op deze opdrachten bespreek je met elkaar of in de klas. Het kan het ook zijn dat de docent de antwoorden geeft en dat je zelf alles nakijkt.

Er zijn ook toetsen. Deze herken je aan de blauwe knop met daarop "Adaptieve Toets". Een toets bestaat uit meerdere vragen. Dat kunnen gesloten vragen zijn, die door de computer worden nagekeken, of open vragen, die moet je zelf nakijken.
Bij een enkele vraag moet je een bestand uploaden.

Van de toetsen wordt, als je ingelogd bent, de voortgang bijgehouden.
Het resultaat vind je onder de knop "Voortgang". Je docent kan de voortgang inzien.

De blauwe knoppen zijn aanklikbaar. Hieronder zie je een voorbeeld van een blauwe knop.

Oftewel, wanneer je op de blauwe knop drukt, opent hetgeen wat je nodig hebt. Denk aan een toets of jouw voortgang.

Succes met de module Computerarchitectuur.

B Het basisschema

Het basisschema

Het moederbord

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 (ook wel slots genoemd) voor het werkgeheugen en uitbreidingskaarten.

Daarnaast zie je ook de voeding, de behuizing van harde schijf, een solid state disk (SSD), een M.2 schijf en soms kom je nog een blu-rayspeler en -brander tegen. Al die onderdelen staan met elkaar in verbinding via platte of ronde verbindingskabels.

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

In dit filmpje zie je hoe van een aantal losse componenten een pc wordt samengesteld. Het betreft weliswaar een wat verouderd systeem, het principe van het bouwen van een pc is echter niet veranderd.

★ Aan de slag 1

In het filmpje Bouw je eigen pc, zag je hoe een pc wordt samengesteld. Dat lijkt je wel iets, je hebt een handige vriend of vriendin en je gaat de losse onderdelen bestellen bij de onlineleveranciers die het goedkoopst zijn. Zoek op het internet naar een leverancier van geschikte onderdelen of een bedrijf waar je kant-en-klare systemen kunt kopen.

De pc moet geschikt zijn voor:

de meest recente Windows versie;

Bovendien geschikt zijn om:

vlot te kunnen internetten en mailen;
vlot muziek en video weer te geven;
foto's te bewerken;
de meest recente games moet je vlot kunnen spelen.

Tip: Daarom wil je minimaal een Intel i9 of processor, voldoende werkgeheugen, een M2 (solid state disk) en een aparte videokaart.

Zoek drie betrouwbare en complete leveranciers voor losse computeronderdelen.
Vergelijk de resultaten met je klasgenoten.
Zoek 2 leveranciers die complete Game systemen aanbieden. Vergelijk ook deze resultaten met je klasgenoten.
Wat is nu eigenlijk goedkoper? Zelf bouwen of laten bouwen?
Noem twee voor- en nadelen van zelf bouwen.
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 Open Source alternatief?
- niet te kiezen voor een aparte videokaart maar van een geïntegreerde GPU?
- niet te kiezen voor een M.2 SSD, maar voor een gewone SSD of een snelle HD?

Interne componenten van een computer

Hieronder 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 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 chipset, bijvoorbeeld de Intel X99 in de afbeelding hiernaast, bestaat uit twee componenten (de North- en de Southbridge). Deze chips zorgden voor de ondersteuning in de communicatie tussen de snelle onderdelen (processor, intern geheugen, en de videokaart) en de minder veeleisende componenten, zoals bijvoorbeeld de USB-poorten. De Northbridge onderhield de communicatie tussen de snelle onderdelen. De Southbridge onderhield de communicatie met de minder snelle onderdelen.

Bij moderne moederborden zijn de North- en Southbridge samengevoegd tot één chip.
Elke moederbordfabrikant deelt op zijn eigen manier een moederbord in.

Filmpje: Het verloop van de communicatie

★ Aan de slag 2

Maak van deze leesoperatie een duidelijk schema:

Bekijk de onderstaande afbeelding van een ouder moederbord nogmaals.
Waar bevindt zich op dit moederbord de Northbridge? Tip: Fabrikanten plaatsen altijd chips dicht bij de aan te sturen onderdelen. Kijk dus goed welke onderdelen in de buurt aanwezig zijn en bedenk daarbij hoe snel de aan te sturen onderdelen zijn! Kies de juiste letter.
Welk voordeel heeft het samenvoegen van de North– en Southchipset tot één chip met het oog op nieuwe ontwikkelingen, zoals bijvoorbeeld de interfaceconnector voor de M.2 SSD?

★ Aan de slag 3

Maak van deze schrijfoperatie een duidelijk schema:

De CPU stuurt het adres van de geheugenplaats langs de adresbus naar het geheugen.
De CPU zet een leessignaal op de controlbus.
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 is, wordt die door het geheugen op de databus gezet.
Het geheugen geeft via de controlbus door dat de data klaarstaat op de databus.
CPU neemt de gegevens over vanaf de databus.

(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:

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 SSD 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:

★ Aan de slag 4

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?
Stel je pc heeft een bank in gebruik voor het werkgeheugen. Je koopt een bank werkgeheugen erbij. In welk slot dien je dan je nieuw werkgeheugen te plaatsen?
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?
Beschikt je moederbord over een interface voor een M.2 SSD?
Over hoeveel SATA-connectors beschikt je moederbord?

★ Aan de slag 5

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 of met ChatGPT 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?
Geef aan of de volgende stellingen juist of onjuist zijn:
a) DMA zorgt ervoor dat de CPU ontlast wordt bij gegevensoverdracht.
b) Een DMA controller bestaat uit 5 verschillende registers.
c) De DMA controller vergemakkelijkt de interface tussen de I/O-apparaten en de bus.
d) Een andere naam voor de DMA controller is de busmaster.

★ Aan de slag 6

De videokaart is een essentieel onderdeel van je pc. Bij de aanschaf van een pc kun je eventueel 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?
Heeft het gevolgen voor de voeding van je pc als je de geïntegreerde videokaart vervangt door een krachtige, snelle videokaart met eigen koeling? Leg dit uit.
Voor welk type videokaart zal een gamer kiezen? Verklaar je antwoord.
De prijs van aparte videokaarten is enorm gestegen. Bekijk de onderstaande grafieken.
Wat hebben beide grafieken met elkaar te maken?

Bron: https://nl.hardware.info/artikel/7995/3/waarom-zijn-videokaarten-nu-zo-duur-tekortndoor-miners

Bron: https://www.coindesk.com/price/ethereum/

★ Aan de slag 7

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 standaardaansluiting is.
Bekijk de onderstaande foto van de zijkant van een laptop. Wat is de betekenis
van de symbolen naast de USB-C poort?

De busarbiter en de klok

Je kunt de busarbiter vergelijken met een verkeersregelaar op een kruispunt twee voertuigen elkaar nooit tegenkomen op het kruispunt. De busarbiter 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.

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 8

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 SSD, M.2 of HD?
Wat is de breedte van de databus: 32 of 64 bit?

★ Aan de slag 9

Tijdens de volgende opdracht 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.
Waarom kan deze geheugenchip maximaal 256 bytes aan data opslaan?

★ Aan de slag 10

1. a. Download het bestand Bus.zip
b. Pak het zip-bestand uit op je computer.
c. 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.

2. a. 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).
b. Zet de statusschakelaar op schrijven.
c. Voer het geheugenadres 01 in.
d. Voer als data 12 in.
e. Herhaal stap c en d voor de volgende waarden:

geheugenadres	data
02	0A
03	17
23	B2
38	67

f. Zet de statusschakelaar op lezen.
g. Welke waarde staat er in de display van data out?
h. Voer het geheugenadres 01 in.
Welke waarde staat er in de display van data out?
i. Voer het geheugenadres 02 in.
Welke waarde staat er in de display van data out?
j. Voer het geheugenadres FF in.
Welke waarde staat er in de display van data out?
Geef een verklaring voor deze uitkomst.
k. Voer het geheugenadres 00 in.
Welke waarde staat er in de display van data out?
Geef een verklaring voor deze uitkomst.
l. Hoe zou dit voorkomen kunnen worden?
m. Voer het geheugenadres 23 in.
Welke waarde staat er in de display van data out?
n. Voer het geheugenadres 33 in.
Welke waarde staat er in de display van data out?
Geef een verklaring voor deze uitkomst.
o. 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.

★ Aan de slag 11

Vergelijk de hardware specificaties van je tablet met de specificaties van je laptop of pc.
Door de opkomst van de tablet is het gebruik van de laptop en de desktop pc vaak anders geworden. Vraag aan 5 leerlingen uit je klas welke apparaten ze bezitten en waar ze de apparatuur voor gebruiken. Denk daarbij aan internetten, gamen, media (foto's, teksten, muziek, video’s beluisteren of bekijken, of om media te produceren).
Geef een paar voorbeelden van wat je klasgenoten vertellen. Zijn er opvallende zaken?
Wat valt je (hoogstwaarschijnlijk) op aan de desktop pc?
Voor welke toepassingen is de tablet vooral geschikt? Geef een paar voorbeelden.
Kun je het geheugen van een tablet uitbreiden met een (micro) SD kaart? Zo nee, is dat een probleem voor je in het gebruik?

★ Aan de slag 12

Wanneer je naar de Appstore gaat op je tablet, hoe kun je dan apps onderverdelen als we naar de aanschaf ervan kijken?
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?
Welke zaken vind je positief aan het OS van je tablet? Zijn er zaken die je mist?
Installeer je elke update van het OS? Licht toe waarom je dit wel of niet doet.
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 hand van de eerder gemaakte tabel.

★ Aan de slag 13

De Raspberry Pi is de allerkleinste mini-pc. Hij 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 Raspberry Pi.
Waarvoor zou je een Raspberry Pi allemaal kunnen gebruiken? Zoek op het internet naar projecten die uitgevoerd zijn met de Pi.
Met welke reden heeft de Universiteit van Cambridge de Raspberry Pi op de markt gebracht?

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 gebruiker?
Waar worden SoC's nog meer toegepast?

C 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. Doordat pc’s steeds meer high-end machines voor gaming zijn geworden, is het AMD in 2020 gelukt marktleider te worden.

Voor Intel was 2020 ook om een andere reden een moeilijk jaar, want Apple introduceerde de eigen M-Chip voor de Mac-modellen. In 2022 introduceerde Apple de M2-chip, die nog krachtiger blijkt te zijn.

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.

★ Aan de slag 14

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.
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
Hoe heet het type CPU van AMD dat in 2020 Intel de loef af wist te steken?
Door welke oorzaken won AMD het in 2020 van Intel? Noem drie redenen.
Wat zijn voor Apple belangrijke redenen geweest een eigen chip te ontwikkelen? Noem twee redenen.

★ Aan de slag 15

"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 zal nu nog niet zeker weten welke technologie het over vier tot vijf jaar 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.

★ Aan de slag 16

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?
Welk bekend Nederlands bedrijf maakt de machines waarmee ze de wafers maken?
Waarom is dit Nederlands bedrijf zo succesvol geworden? Beantwoord deze vraag vanuit een technologische dimensie en vanuit een economische dimensie.

★ Aan de slag 17

Zoek indien nodig op het internet voor een antwoord op de volgende vragen:

De fabricage van processors is een lastig proces en levert 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.
Ondanks de risico’s is overklokken erg populair onder gamers.
Waarom is dit denk je?
Wat kun je naast de processor van de computer nog
meer overklokken?
Gamers realiseren zich terdege dat overklokken risicovol is,
maar er zijn talloze hulpmiddelen om dit proces te bewaken.
Daarvoor zijn er software tools beschikbaar.
Welke tools raden sites zoals bijvoorbeeld gamers.nl aan om te gebruiken?

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 in de afbeelding 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 18

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

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.

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.

★ Aan de slag 19

De werking van de CPU en hoe instructies verwerkt worden is het beste te vergelijken met het spel de Toren van Hanoi.
Bekijk de video.

We gaan uit van de simpelste vorm van dit spel, de versie met drie schijven.
Op basis van welke twee regels werkt dit spel?
De basisregels van dit spel zijn vergelijkbaar met de functie van binair berekenen van een CPU. Welke functie van de CPU wordt bedoeld?

Bekijk de afbeelding.

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. Eén 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 20

Kijk nog eens naar het filmpje 'Verwerking instructie' bij aan de slag 19!
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?
Welke functie heeft het register van de CPU?
Maak een schema van hoe de samenwerking verloopt tussen de ALU, de Control Unit en het register.

★ Aan de slag 21

In de volgende opdracht werk je opnieuw met MMLogic.

Bekijk het filmpje over de ALU van MMLogic.
1. Download het bestand Alu.zip
2. Pak het zip-bestand uit op je computer.
3. Download opdracht opdracht21.doc .
4. Print de opdracht uit en beantwoord de vragen.
5. Open het bestand alu.lgi
6. Start de simulatie.
7. Vul de tabel in.
1. Verklaar het resultaat van de zero flag in regel VI.
2. Verklaar het resultaat van de Cout flag in regel VII.
3. Verklaar het resultaat van de overflow flag in regel VIII.
4. Verklaar het resultaat van de Cout flag in regel IX.
5. Wat is de functie van de operatie Verschuif naar Links (zie regel XII tabel)?
6. Wat is de functie van de operatie Verschuif naar Rechts (zie regel XIII tabel)?

★ Aan de slag 22

Download het bestand Alu2.zip
Pak het zip-bestand uit op je computer.
Download opdracht22.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

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.

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.

★ Aan de slag 23

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 24

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.
De assembleertaal wordt nog steeds ingezet wanneer hoge efficiëntie en snelheid vereist zijn. Binnen welk segment wordt de assembleertaal ingezet?
Geef een paar voorbeelden van veel gebruikte programmeertalen.
Wat is het verschil tussen een interpreter en een compiler?

D 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 25

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

In welk jaar werd het concept van Von Neumann gerealiseerd?
Toch waren de Engelsen Von Neumann te snel af. Welke computer realiseerden zij in 1948 en wat was bijzonder aan deze computer?
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

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.

★ Aan de slag 26

Bespreek dit met je klasgenoten en vraag naar hun ervaringen.

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
Welke geheugenmodules heb je nodig om het geheugen van je pc uit te breiden? Beschrijf ook het proces dat je moet uitvoeren. Maak met je telefoon foto’s van de geheugenmodules van je computer en laat zien wat je moet doen om de module te vervangen of uit te breiden.
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.
Welke stellingen over RAM geheugen zijn juist?
1. De snelheid van de CPU is gekoppeld aan de snelheid van het geheugen.
2. SDRAM staat voor Synchronous Dynamic Random Access Memory.
3. DDR staat voor Dynamic Data Rate.
4. Data in SDRAM kan door de CPU opgeslagen of verplaatst worden.
5. Overklokken heeft geen invloed op de snelheid van verwerking in het geheugen.

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.

Bekijk het filmpje:

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.

Bekijk het filmpje:

★ Aan de slag 27

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.
Vul de volgende tabel aan met de juiste gegevens:

eigenschap	L1 cache	L2 cache	L3 cache
locatie
snelheid
taak

Hoe een cachegeheugen werkt, kun je soms terugzien in de webbrowser. Soms word je gevraagd het cachgeheugen te wissen. Wat doe je dan eigenlijk?
Bekijk de video over cachegeheugen voor meer achtergrond informatie.

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.

Bekijk de video:

★ Aan de slag 28

Start je pc of laptop (geen Mac) en ga naar het BIOS.
Let op: verander in een goedwerkende 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?
Welke drie typen BIOS kun je onderscheiden?
Het BIOS van moederborden heeft een grote verandering ondergaan. Wat is de meest opvallende verandering geweest van de moderne BIOS ten opzichte van zijn voorgangers?
Wat heeft de verandering van het moderne BIOS te maken met de nieuwe generatie pc’s (high end gaming pc)?

E Opslag

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

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.

★ Aan de slag 29

1. Zoek met behulp van het internet uit wat de voordelen van platters van glas zijn vergeleken met aluminium platters.
2. Waarom zit een harde schijf opgesloten in een luchtdichte behuizing?
Zoek op het internet antwoord op de volgende vragen:
1. 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.
2. Wat is de omwentelingssnelheid van veel gebruikte 2.5 en 3.5 inch harde schijven?
3. Welke interne 3.5 inch HD is op dit ogenblik het snelst? Welke fabrikant?
4. Welke interne 2.5 inch HD is op dit ogenblik het snelst? Welke fabrikant?
5. Welke interne 3.5 inch HD heeft de grootste opslagcapaciteit? Welke fabrikant?
6. Welke interne 2.5 inch HD heeft de grootste opslagcapaciteit? Welke fabrikant?
7. Er worden tegenwoordig voor de NAS speciale HD’s ontwikkeld. Welke interne 3.5 inch HD's zijn geschikt voor een NAS en waar herken je deze aan? Waarom ontwikkelt men speciale NAS schijven?
8. Waarom is het verstandig om je data op een harde schijf altijd te backuppen? (Denk aan de de fysieke schijf zelf, niet aan virussen of andere malware.)

★ Aan de slag 30

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?
Wanneer je een nieuwe harde schijf koopt, of een SSD/USB, dan moet je de schijf gereedmaken voor gebruik met een format. Uit welke indelingen kun je kiezen? Maak een duidelijk overzicht in tabelvorm van de belangrijkste verschillen en typische eigenschappen.
Met welke indeling formatteer je een moderne harde schijf van bijvoorbeeld 14 TB?
Stel, je gaat op vakantie en je neemt op een USB stick enkele films mee. Deze films kennen het bestandsformaat .MKV. Deze bestanden zijn allemaal groter dan 4.166419 KB. Met welk bestandsformaat moet je je USB-stick formatteren om deze films mee te kunnen nemen?

★ Aan de slag 31

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.
Stel, je wil een NAS kopen. Welke bekende merken zijn er?
Wat zijn de opties waaruit je kunt kiezen bij een NAS?
Wanneer zou je kiezen voor een NAS met usb C of Thunderbolt 3 poort?

Optische opslag

Cd's en dvd’s en zelfs Blu-rays 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. Het komt steeds vaker voor dat pc's zonder DVD-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.

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.

Moderne pc’s en laptops worden standaard niet meer voorzien van een optische schijf. Soms kunnen ze als optie extra worden aangeschaft, maar ook dat zie je steeds minder.

★ Aan de slag 32

Zoek op het internet antwoord op de volgende vragen:

Cd's en dvd's hebben terrein verloren aan streamingdiensten voor muziek en film. Noem er een paar en geef aan welke je zelf gebruikt en waarom. Vergelijk met je klasgenoten.
Heeft jouw pc nog 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?
Noem enkele softwareprogramma’s waarmee je optische schijven kunt branden.
Een backup maken van belangrijke documenten op een DVD is nog steeds een verstandige optie. Toch gebeurt het steeds minder. Waarom is het een verstandige optie met het oog op veiligheid en malware?
a.Kun je op een beschreven cd-rw of dvd-rw één of meer bestanden wissen of moet je eerst alles wissen voordat je opnieuw kunt schrijven.
b. Hoe vaak kun je een cd-rw wissen en opnieuw beschrijven?
c. Hoe lang blijven de gegevens op een cd-r of een cd-rw leesbaar?
d. 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?
e. 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.

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.

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.

★ Aan de slag 33

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.
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?
Wat is een M.2 schijf en waarom zijn deze schijven zo populair geworden (noem drie redenen).
Een hybride drive lijkt op het eerste gezicht ideaal. Zijn er ook nadelen? Gebruik voor het antwoord het internet

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.

★ Aan de slag 34

Noem een paar populaire clouddiensten.
Noem drie voordelen van cloud computing.
Gebruik je zelf een clouddienst? Waarom wel of niet?
Als je een clouddienst gebruikt, versleutel je dan je bestanden zelf voordat je ze naar de cloud stuurt? Leg uit 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.

Toets 1

Adaptieve toets

Klik op de link en maak de toets.

Opslag

F Randapparatuur

Poorten

Aan de achterkant van een pc vind je een aantal I/O (Input/Output) poorten (aansluitingen) om randapparaten met de pc te verbinden.
Veel randapparatuur, zoals een toetsenbord, muis en printer wordt op een van de USB-poorten aangesloten of wordt draadloos aangestuurd.

Klik op de link hieronder en ga met de muis over de poorten in deze afbeelding om te zien waarvoor deze poorten gebruikt worden.

Poorten

★ Aan de slag 35

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?
Welke 4 mogelijkheden zijn er om een pc op een monitor aan te sluiten? Kun je de belangrijkste verschillen benoemen?
Kun je een VGA-monitor aansluiten op een HDMI-poort met een verloopkabel? Leg uit.
Welke poort heeft de voorkeur voor een krachtige game-pc?

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

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 36

Ga in Windows op je eigen pc of laptop als administrator naar Apparaatbeheer. (Let op: op school heb je mogelijk 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?
Apple eigenaars halen soms hun neus op voor een Windows computer. Drivers zijn vaak een onderdeel van de kritiek, omdat juist drivers vaak problemen veroorzaken. Waarom is deze kritiek op Windows computers niet terecht?

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:

★ Aan de slag 37

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?
Tegenwoordig zijn er steeds meer toetsenborden voor gamers. Wat is het verschil met een normaal toetsenbord en welk toetsenbord zou jouw voorkeur hebben?

De 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.

Alternatieven voor de muis

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.

★ Aan de slag 38

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?
Heb je klachten in je hand of vingers als gevolg van computergebruik dan is het verstandig om een huisarts te bezoeken.
Om de huisarts meer info te geven kun je de rsi-check uitvoeren: https://www.gezondheid.be/artikel/ziekten-van-het-bewegingsstelsel/test-jezelf-rsi-1368

★ Aan de slag 39

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 40

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

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.

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.

★ Aan de slag 41

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

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.

Tegenwoordig zijn er 4K monitoren (ook wel ook wel een UHD monitor genoemd) op de markt verkrijgbaar. Zeer populair bij gamers in combinatie met een high end computer systeem. 4K kent een schermresolutie van 8 miljoen pixels. In principe is dit 3.840 bij 2.160 pixels. Dit is zo'n 4 keer meer dan bij full hd en ongeveer het dubbele dan QHD. De pixels zijn dichter op elkaar geplaatst, waardoor het beeld scherper is. Hierdoor zijn meer details zichtbaar. Vooral 3D designers zijn gek op dit type monitor, want beelden blijft ook bij het inzoomen scherp.

★ Aan de slag 42

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

Is deze monitor geschikt om te gamen of zou je dan voor een andere monitor kiezen?
Een 4K monitor is niet hetzelfde als een ultra HD tv, terwijl ze toch allebei als 4K worden aangeboden. Wat is het verschil?

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 43

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.
Veel gamers kiezen voor een koptelefoon met microfoon. Welke opties zijn daarvoor beschikbaar op de markt?

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 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.

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):

★ Aan de slag 44

Bekijk deze afbeelding en leg in je eigen woorden uit hoe een inkjetprinter werkt.
Waarom ben je extra inkt kwijt bij het afdrukken wanneer je een inkjetprinter niet vaak hebt gebruikt ?
Leg uit waarom je beter kunt kiezen voor een inkjetprinter waarin voor elke kleur een apart inktpatroon wordt gebruikt.
Waarom heeft gecoat papier de voorkeur wanneer je met een inkjetprinter een foto afdrukt?
Hoe noemen we spuitmondjes van een inkjet cartridge?
a) Print head
b) Ink dotter
c) Nozzle
d) Bubble

★ Aan de slag 45

Bekijk de afbeelding en leg in je eigen woorden uit hoe een laserprinter werkt.

★ Aan de slag 46

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 47

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.
Welke service bieden printerfabrikanten tegenwoordig steeds meer?

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.

ADSL
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.

Glasvezel
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.

★ Aan de slag 48

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?
Naast 'de koperen lijn', de publieke naam voor ADSL, is er nog glasvezel. Bij je thuis is er nog een derde kabel mogelijk. Welke is dat?
Stel je internetaansluiting valt thuis uit. Welk alternatief heb je dan?
Vul de volgende tabel aan:

Kabeltype	Snelheid	Hoe aansluiten	Provider
DSL VDSL ADSL
Glasvezel

Wat zijn de twee belangrijkste redenen dat de DSL verbinding langzaam zal worden uitgefaseerd door providers?
Waarom hebben de klanten van internetproviders tegenwoordig juist behoefte aan snelle internetverbindingen?

★ Aan de slag 49

Bekijk de afbeelding rechts en beantwoord de vragen.

Zoek uit waarom je de glaskabel niet rechtstreeks kunt aansluiten op de modem/ router.
Welk apparaat heb je thuis voor de TV nodig?
Welke ontwikkelingen verwacht je op het terrein van de tv thuis?

★ Aan de slag 50

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.

G Operating Systems

Inleiding

Een computer zonder operating system (besturingssysteem) is slechts een kast gevuld met onderdelen verbonden door kabels. Je kunt daar niets mee beginnen. Om met een computersysteem te werken is een operating system (afgekort: OS) onontbeerlijk. Het OS bestaat uit een geheel van programma’s, die erop gericht zijn de computer startklaar te maken voor de gebruiker. Wanneer je de computer aanzet wordt het operating system in het geheugen geladen en kan de gebruiker aan het werk met de verschillende toepassingen, zoals een tekstverwerker, een spreadsheet, een fotobewerkingsprogramma of een internetbrowser. Het operating system vormt als het ware een brug tussen de hardware en de gebruiker, zodat deze de applicaties op een gemakkelijke en/of efficiënte manier kan uitvoeren.

Het operating system bepaalt het gezicht van een computer: een Windows-systeem ziet er heel anders uit dan een OS X of een Linux systeem; een iOS systeem heeft andere regels dan een Blackberry OS of een Android systeem. Bij alles wat een gebruiker met een computer doet, speelt het operating system een belangrijke rol. Tegelijk is het operating system vaak de minst begrepen software van een computersysteem.

Gebruikers en hun rollen

Bij een operating system (OS) hebben we te maken met verschillende soorten gebruikers, of eigenlijk met verschillende soorten rollen van gebruikers:

de gewone gebruiker, die het operating system vooral gebruikt voor het uitvoeren van toepassingen.
de gevorderde, slimme gebruiker, die het operating system gebruikt om taken die hij vaak moet uitvoeren te automatiseren: het operating system is dan één van de belangrijke toepassingen. Een slimme gebruiker heet ook wel een "power user".
de systeembeheerder, die onder meer gebruikers en toepassingen beheert: deze kan gebruikers bepaalde rechten geven, toepassingen installeren en verwijderen, randapparaten aansluiten, enzovoorts.
de programmeur: voor het maken van een toepassing voor een bepaald operating system moet je weten hoe deze toepassing gebruik de verschillende functies van het operating system kan gebruiken.
de systeemprogrammeur: voor het toevoegen van functionaliteit aan een operating system heb je een goed begrip van dat systeem nodig.

★ Aan de slag 51

Welke rollen van gebruikers van een computersysteem kun je onderscheiden?
Geef van elke rol van een gebruiker een activiteit die typisch is voor deze rol.
Linux is een bijzonder OS. Hoe noemen we de pinguïn in het officiële logo van Linux?
Hoe noemen we een versie van Linux?
Waarom is Linux zo onderverdeeld?
Maak een overzicht van de 5 belangrijkste versies.
Zijn de genoemde operating systemen gratis?
Hoe noemen we gratis software?

Aspecten van computergebruik

Bij een operating system komen de volgende aspecten van een computer en het gebruik daarvan samen:

gebruikers: zoals eerder beschreven heb je in de context van een operating system te maken met verschillende soorten gebruikers. Gebruikers kunnen toepassingen uitvoeren en hun eigen gegevens beheren. De regels voor toegangsrechten en afscherming zijn vaak gekoppeld aan gebruikers: een gebruiker heeft toegang tot bepaalde toepassingen en tot bepaalde gegevens.
toepassingen: gebruikers maken gebruik van bepaalde toepassingen (software), zoals tekstverwerkers, web browsers, of computergames.
Ook een "app" is een toepassing. Het operating system biedt de infrastructuur om een toepassing te beheren, om deze uit te voeren, en om als gebruiker deze te bedienen - bijvoorbeeld via een grafische gebruikersinterface (GUI).
gegevens: zowel gebruikers als toepassingen gebruiken het operating system om gegevens te bewaren, bijvoorbeeld als bestanden in het filesysteem. Bij het beheren van gegevens heb je te maken met archivering en back-up.
hardware: voor de uitvoering van een toepassing heb je hardware nodig, zoals een processor, primair en secondair geheugen, en in- en uitvoerapparatuur (toetsenbord, muis, beeldscherm). Deze hardware-middelen noemen we ook wel fysieke resources. Het operating system zorgt ervoor dat een toepassing deze fysieke resources kan gebruiken, en dat toepassingen en gebruikers elkaar daarbij niet in de weg zitten.
communicatie: een computer is tegenwoordig vrijwel altijd verbonden in het internet. Dit betekent dat communicatie met andere computers - met hun eigen gebruikers, toepassingen, gegevens, enzovoorts - een belangrijke rol speelt in het operating system. Anders gezegd: gebruikers en toepassingen communiceren met het internet via het operating system.
veiligheid (security): gebruikers, toepassingen, gegevens, en hardware zijn kwetsbaar. Om deze af te schermen van misbruik, of tenminste van onterecht gebruik, heeft het operating system allerlei voorzieningen die de toegang tot deze elementen beperken - zo mogelijk tot alleen die gebruikers of toepassingen die terecht toegang krijgen.

★ Aan de slag 52

Denk voor deze verschillende computers bijvoorbeeld aan: smartphone, tablet, laptop, desktop, webserver, computer ingebed in tv, auto, lamp, thermostaat, etc.

1. Omschrijf wat een toepassing is.
2. Omschrijf wat gegevens zijn.
Maak een overzicht van een aantal verschillende soorten computers die je in je directe omgeving tegenkomt. Beantwoord voor elk soort computer de volgende vragen:
1. In welke omgeving (context) wordt deze computer gebruikt? (bijvoorbeeld desktop, laptop, ingebouwd in een apparaat, om de pols gedragen, enz.)
2. Welke eisen worden aan het computersysteem gesteld vanwege deze omgeving? (Bijvoorbeeld: maximale of minimale afmetingen, gewicht, energieverbruik, mobiliteit, bedienbaarheid, enz.)
3. Voor welke toepassingen wordt deze computer gebruikt?
4. Welke eisen worden aan deze toepassing(en) gesteld?
5. Wie gebruikt (of bedient) deze computer, en op welke manier?
6. Wie beheert deze computer?
7. Welk operating system gebruikt deze computer?

Economische en maatschappelijke aspecten

Het operating system is niet zomaar een toepassing voor een gebruiker. In het geval van een geïntegreerd systeem, zoals de producten van Apple, hoort het operating system bij het apparaat, en omgekeerd. In het geval van Microsoft Windows is de koppeling met de apparaten wat minder direct, maar op de achtergrond nog steeds aanwezig: de meeste PC- leveranciers hebben een contract met Microsoft. De minst directe koppeling tussen apparaten en operating system vind je bij open source systemen, zoals Linux.

Toepassingen zijn vrijwel altijd direct aan een operating system gekoppeld. Veel toepassingen zijn maar op een enkel operating system beschikbaar; sommige zijn op meerdere operating systems beschikbaar - maar altijd in een vorm die gekoppeld is aan een operating system. Voorbeelden hiervan zijn browsers als Chrome en Firefox, een tekstverwerker als Word, een spreadsheetprogramma als Excel.

De koppeling tussen operating system en apparaat enerzijds, en tussen operating system en toepassingen anderzijds wordt door de leverancier van het operating system vaak gebruikt voor het versterken van de eigen positie. Dit heeft bepaalde voordelen voor gebruikers, bijvoorbeeld in het gebruiksgemak van een computersysteem. Maar deze nauwe koppeling is niet in alle opzichten in het belang van de gebruikers.

★ Aan de slag 53

In de tekst staat “In het geval van een geïntegreerd systeem, zoals de producten van Apple, hoort het operating system bij het apparaat, en omgekeerd”.

Leg uit waarom dat voor Apple computers geldt.
Hoe ligt dat voor Windows?
Hoe ligt dat voor Linux?
Hoe ligt dat voor iOS (iPhone en iPad)?
Hoe ligt dat voor Android?

Gebruikers

Zoals gezegd hebben we te maken met verschillende soorten gebruikers of rollen. Sommige apparaten, zoals een smartphone, zijn persoonlijk: er is maar één gebruiker van het systeem. Bij de meeste andere apparaten hebben we te maken met meerdere gebruikers. Elke gebruiker heeft zijn eigen gegevens (bestanden), toepassingen, en bepaalde rechten om delen van het systeem te gebruiken.

Afschermen van gegevens
Als een systeem meerdere gebruikers heeft, met ieder zijn eigen gegevens, is het nodig om deze gebruikers van elkaar af te schermen. Een gebruiker moet niet eenvoudig de gegevens van een andere gebruiker kunnen veranderen - gewild of ongewild: de integriteit van de gegevens is belangrijk. In de meeste gevallen wil je niet dat een gebruiker de gegevens van een andere gebruiker kan inzien: privacy en een zekere mate van geheimhouding is zowel op persoonlijk als op organisatorisch niveau van belang. Dit wordt nog belangrijker als computers verbonden zijn in het internet.

Delen van gegevens
Het afschermen van gegevens is in veel gevallen maar beperkt mogelijk: mensen moeten in een organisatie samen kunnen werken, en toegang hebben tot bepaalde gegevens van elkaar (delen van gegevens, "sharing"). Een operating system ondersteunt deze combinatie van afschermen en delen door een systeem van toegangsrechten. Dit kan meer of minder verfijnd zijn. Dit systeem van toegangsrechten is een middel: de manier waarop de gebruikers hiermee omgaan bepaalt voor een groot deel de mate van afscherming.

★ Aan de slag 54

Op welke taak van het operating system heeft de afbeelding betrekking?
Op welke taak van het operating system heeft de afbeelding betrekking?
Wie voert deze taken (afschermen en beveiligen) uit in een organisatie?
Welke tools heeft Windows voor het beheer van computers en waar kun je deze tools vinden?

Gebruikers - 2

Identificatie en authenticatie

Een gebruiker moet zich aanmelden (identificeren, met een gebruikersnaam) voordat hij van een computer gebruik kan maken. Dit is nodig om toegang te krijgen tot de eigen gegevens en toepassingen. Bij dit aanmelden moet een gebruiker duidelijk maken dat hij het "echt" is. Voor deze authenticatie wordt meestal een wachtwoord gebruikt. Er zijn ook andere systemen mogelijk, bijvoorbeeld een vingerafdruk, stemherkenning of gezichtsherkenning.

In het geval van een persoonlijk systeem, zoals een smartphone, is identificatie niet nodig - maar authenticatie meestal wel, bijvoorbeeld in de vorm van een pincode, een vingerafdruk, face id etc.

Als een computer gekoppeld is in een lokaal netwerk, of in het internet, is de identificatie van een gebruiker soms niet gekoppeld aan de lokale computer, maar aan het lokale netwerk, of is deze internet-breed.

Bij een computer op school heb je vaak te maken met het netwerk van school: je gebruikersnaam is in het hele schoolnetwerk geldig. Als je een smartphone hebt, is deze vaak gekoppeld aan je ID bij de leverancier: dit is een wereldwijde identificatie.

Omdat de digitale wereld een steeds belangrijke rol krijgt in onze maatschappij is veiligheid erg belangrijk. Dat begint met een goed wachtwoord, een veilige inlog op een systeem, een veilig systeem en zorgvuldig omgaan met digitale systemen.

★ Aan de slag 55

Een gebruikersnaam is een voorbeeld van:

1. identificatie
2. authenticatie
3. beide
4. geen van beide

Een wachtwoord is een voorbeeld van:

2. 1. identificatie
2. authenticatie
3. beide
4. geen van beide

3. Maak je bij een smartphone gebruik van identificatie of authenticatie om deze te unlocken?

4. Deze opdracht is een groepsopdracht en ga je met je groep ook presenteren aan de klas.
Samen met je klasgenoten ga je een plan maken hoe je jezelf veilig kunt bewegen op het internet , nu en in de toekomst.
a) Deel de klas in overleg met je docent op in een aantal groepjes. Elk groepje bestaat uit 3-4 leerlingen.
b) Verdeel de volgende thema’s over de groepjes:
- Wat is malware?
- Wat is hacken?
- Welke vormen van internetoplichting zijn er?
- Hoe veilig ben jij op het internet?
- Hoe kun je een account (bijvoordeld google of facebook) beter beschermen?
- Wat is een datalek?
- Welke tools zijn er om je te beschermen op het internet?
c) Maak met je groepje een infographic van dit thema en presenteer dit aan de klas.

5. Maak na de presentaties voor je zelf een overzicht van wat je fout doet op het internet en breng verbeteringen aan in je persoonlijke beveiliging. Vergelijk je rapport met je klasgenoten en bespreek je bevindingen met je docent.

Toepassingen

De belangrijkste taak van het operating system is het uitvoeren van toepassingen. Het operating system biedt deze toepassingen daarbij allerlei middelen en faciliteiten. Een operating system is daarmee een "platform" voor het uitvoeren van toepassingen. Daarnaast moeten toepassingen beheerd worden. Toepassingen moeten samen kunnen werken, maar moeten elkaar niet in de weg zitten: het operating system zorgt voor de nodige coördinatie.

*Overzicht deel actieve processen onder OS X*

Uitvoering van toepassingen

Het operating system zorgt voor het activeren (opstarten) van een toepassing, meestal op verzoek van een gebruiker, in de vorm van een muisklik, een klik op het touchscherm, of een commando via het toetsenbord. Dit resulteert in een proces: een programma in uitvoering. Een proces heeft resources nodig om te kunnen werken: fysieke resources, zoals een processor, werk- en opslaggeheugen, en randapparaten voor in- en uitvoer; en logische resources, meestal in de vorm van bestanden.

Eenzelfde toepassing kan meerdere malen in uitvoering zijn: op een computer kunnen bijvoorbeeld meerdere gebruikers tegelijk een toepassing als Word uitvoeren. Dit resulteert dan in meerdere processen voor dezelfde toepassing.

★ Aan de slag 56

Noem drie voorbeelden van fysieke resources, die het operating beschikbaar kan stellen aan een toepassing.
Omschrijf wat een proces is.
Leg uit dat het operating system een "platform" is voor het uitvoeren van toepassingen.
Maak een schema van hoe de software en hardware samenwerken op de computer. Plaats daarin de volgende begrippen: hardware, OS, applicaties (bijvoorbeeld Office, BIOS, drivers, kernel, security applicaties).
Teken dit in de vorm van een cirkel met alle hardware aan de binnenkant en aan de buitenste cirkel staat de gebruiker.

Toepassingen - 2

Het bedienen van gebruikersinterfaces

Een gebruiker kan via de gebruikersinterface de actieve toepassingen bedienen (besturen). Voor veel toepassingen gebeurt dit via een grafisch gebruikersinterface (GUI), met toetsenbord en muis, of met "touch" interactie. Andere toepassingen laten zich bedienen via het toetsenbord en een commandoregel-interface.

De meeste gebruikers bedienen een computer door middel van een grafische gebruikersinterface. Voor een desktop- of een laptopcomputer gebruik je een interface met toetsenbord en muis of trackpad. Voor een smartphone en een tablet gebruik je een "touch" interface, met een virtueel toetsenbord of soms een fysiek toetsenbord. Het grote voordeel van een dergelijke interface is dat het gebruik voor een groot deel intuïtief is: de elementen in het interface suggereren, bij een goed ontwerp, al op welke manier deze gebruikt kunnen worden.

In het geval van Windows, OS X, iOS of Android vormt de grafische gebruikersinterface een onlosmakelijk deel van het systeem; het bepaalt het gezicht naar de gebruiker. In het geval van Linux ligt dat wat anders: daar is een "windowing system" een losse grafische schil rond het operating system. Een gebruiker heeft dan de keuze tussen verschillende window-managers; soms is het mogelijk om meerdere hiervan tegelijk te gebruiken, bijvoorbeeld voor verschillende toepassingen.

★ Aan de slag 57

Hieronder staan een vijftal GUI’s.

Van welk operating systems zijn dit de GUI’S?

★ Aan de slag 58

In welk opzicht verschilt Linux van de andere operating systems?
Welke verbeteringen en veranderingen heeft Microsoft aangebracht in Windows 11 met betrekking tot de GUI? Let daarbij op de volgende aspecten:

Taakbalk
Startmenu
Bureaublad
App venster
Taakbalk

Noem de meest opvallende veranderingen/verbeteringen.

Toepassingen - 3

Beheer van toepassingen

De beheerder van een systeem kan toepassingen toevoegen, up-to-date brengen, en verwijderen. Dit gebeurt altijd met ondersteuning van het operating system. Hiervoor heeft een beheerder speciale rechten nodig. Het beheer van toepassingen vereist de nodige zorgvuldigheid, omdat de uitvoering van een toepassing grote gevolgen kan hebben voor het systeem, de gegevens, en de andere toepassingen.

Afschermen van toepassingen

Toepassingen die op eenzelfde computer uitgevoerd worden moeten elkaars gegevens niet in de war brengen. Voor de integriteit van het systeem is het van belang dat toepassingen tegen elkaar, en tegen het systeem, afgeschermd zijn. Als een toepassing zich - per ongeluk of met opzet, bijvoorbeeld door een virus - misdraagt, wil je dat de gevolgen daarvan zo beperkt mogelijk zijn. Deze afscherming van toepassingen is één van de taken van het operating system.

Samenwerkende toepassingen; coördinatie

Net als bij gebruikers wil je niet alle toepassingen compleet van elkaar isoleren: toepassingen moeten ook samen kunnen werken. Het operating system biedt hiervoor de nodige mogelijkheden, gekoppeld aan het systeem voor toegangsrechten dat ook voor gebruikers geldt. Bij toepassingen die samenwerken is een vorm van coördinatie nodig. Een toepassing die de resultaten van een andere toepassing gebruikt, moet weten wanneer deze resultaten beschikbaar zijn. Het operating system biedt allerlei mechanismen voor de onderlinge communicatie en synchronisatie (coördinatie) van processen.

★ Aan de slag 59

Waarom is het belangrijk dat toepassingen afgeschermd zijn?

Gegevens

Een gebruiker slaat zijn gegevens op via het operating system, bijvoorbeeld in de vorm van bestanden in het filesysteem.
Deze gegevens worden ook gebruikt door de verschillende toepassingen.

Het operating system biedt allerlei mogelijkheden voor het organiseren en beheren van gegevens. Gegevens worden meestal opgeslagen in de vorm van bestanden. Een gebruiker kan een bestand een betekenisvolle naam geven, bijvoorbeeld om dit bestand later gemakkelijk terug te kunnen vinden. Bestanden kunnen georganiseerd worden in mappen. Een map kan vaak ook zelf weer mappen bevatten: we hebben dan te maken met een hiërarchisch filesysteem.

Het operating system biedt nog meer ondersteuning om gegevens te organiseren en weer terug te kunnen vinden, bijvoorbeeld door middel van een database-index voor alle bestanden, met een zoekopdracht.

Bij het werken met bestanden kan er van alles misgaan, van gebruikers die zich vergissen tot verlies door brand of diefstal. Omdat deze gegevens vaak een grote waarde vertegenwoordigen, is een vorm van back-up van gegevens nodig. Het operating system biedt hiervoor ondersteuning.

Koppeling van gegevens

Sommige soorten gegevens zijn sterk gekoppeld aan een bepaalde toepassing. Een voorbeeld is een "Word" document: dit kan alleen door een tekstverwerker gelezen worden.

Andere soorten gegevens worden gebruikt door verschillende programma's. Een HTML-bestand wordt enerzijds gebruikt door een lokale browser, of door de server die hiermee verzoeken elders vanuit het web mee bedient. Anderzijds kan dit bewerkt worden door een editor voor "platte tekst" zoals Notepad.

★ Aan de slag 60

Beantwoord voor een filesysteem (van bijvoorbeeld Windows, Linux, OS X) de volgende vragen:

Welke regels gelden er voor de naam van een bestand?
Hoe kun je een bestand benoemen in het filesysteem (de "padnaam")?
Moet de naam van een bestand in een map uniek zijn?

Communicatie

Een computer gebruik je tegenwoordig nauwelijks meer in isolatie: computers zijn vrijwel altijd verbonden in het internet, al dan niet via een lokaal netwerk.
Toepassingen en gebruikers gebruiken deze communicatiemogelijkheden steeds meer. Gebruikers maken gebruik van informatie op het internet, en werken met toepassingen en gebruikers elders op het internet. Ook toepassingen vertrouwen meer en meer op communicatie via het internet.

Deze communicatiemogelijkheden zorgen ervoor dat een deel van de functies verhuist van de lokale computer naar computers elders in het internet. Dit zien we onder andere terug in de vorm van Cloud Computing.

Beveiliging en samenwerking

Een computer wordt gebruikt door meerdere gebruikers, door een groot aantal toepassingen, en is verbonden met het internet. De gegevens waar een computer mee werkt zijn kwetsbaar en vertegenwoordigen vaak een grote waarde, voor het individu en voor de organisatie. Dit betekent dat deze gegevens, en bijvoorbeeld ook onderdelen van de hardware die hiermee werken, afgeschermd moeten worden.

In de eerste plaats is de integriteit van de gegevens van belang: je wilt niet dat deze op een onbedoelde manier veranderd worden. Daarnaast is het in veel gevallen belangrijk dat deze gegevens niet door onbevoegden ingezien kunnen worden: privacy en geheimhouding zijn voor personen en bedrijven essentieel.

Volledig afschermen is niet wenselijk: toepassingen en gebruikers moeten kunnen samenwerken. Een gebruiker moet toepassingen en andere gebruikers selectief toegang kunnen geven tot zijn eigen gegevens.

Voor het afschermen van gegevens biedt een operating system diverse mogelijkheden:

de toegang tot gegevens (bestanden) wordt beperkt tot gebruikers en toepassingen die hiertoe recht hebben, via een mechanisme van toegangsrechten en toegangscontrole (access rights, access control).
een toepassing in uitvoering beschikt over een eigen "virtueel geheugen", waar andere toepassingen geen toegang toe hebben.

Je kunt nog een stap verder gaan in deze afscherming, door het gebruik van een zandbak. Een toepassing die in een zandbak werkt heeft toegang tot de eigen gegevens, maar geen toegang tot de gegevens van andere toepassingen. Als een dergelijke toepassing zich misdraagt - mogelijk doordat deze besmet is met een virus, of doordat er een beveiligingsfout gemaakt is - heeft dat geen gevolgen buiten de zandbak. Dit model vinden we onder andere terug in de vorm van Virtuele Machines, maar ook in de huidige browser. Het zandbakmodel vinden we ook terug bij de mobiele operating systems, waarbij apps volledig tegen elkaar afgeschermd zijn. Eventuele samenwerking vindt dan vaak via het internet plaats.

Een andere vorm van samenwerking en delen van gegevens vinden we in het gebruik van een gemeenschappelijke database. De toegang tot een dergelijke database verloopt overigens ook steeds meer via het internet.

★ Aan de slag 61

Op welke manier kan een operating system gegevens afschermen voor ongeoorloofd gebruik?
Hoe kun je zelf een bestand beschermen in Windows?
Windows biedt tegenwoordig een zogenaamde Sandbox.
Wat is het doel van deze Sandbox?
Wat kun je met de Windows tool GPEDIT.MSC?

Ontwikkelingen en trends

Computers worden op steeds meer manieren gebruikt, en zijn steeds meer verbonden in het internet. De toegenomen mogelijkheden brengen onder andere de volgende ontwikkelingen met zich mee.

1. Cloud Computing

Als de communicatievoorzieningen via het internet snel en betrouwbaar zijn, dan is het mogelijk om delen van de taken van de lokale computer en van het lokale operating system uit te besteden naar andere computers in het internet. Voorbeelden van Cloud Computing zijn:

specifieke toepassingen die via het web als dienst aangeboden worden, zoals webmail (Outlook, Gmail).
een platform voor toepassingen die gedeeltelijk in de browser, en gedeeltelijk in de server werken, waarbij de gegevens bij de server opgeslagen worden: Google Docs (Google Apps), in combinatie met Google Drive; Office 365 (Microsoft);
gegevens die bij de server opgeslagen worden, en die gesynchroniseerd worden met lokale gegevens (bestanden): o.a. Dropbox, Google Drive, OneDrive, Apple iCloud.

Het onderscheid dat we hierboven maken is niet altijd even scherp. Google Apps ontwikkelt zich, samen met Google Drive, van een klein aantal specifieke toepassingen (Gmail, Calendar) naar een algemeen platform voor toepassingen, waar ook anderen hun "apps" aan kunnen toevoegen.

Deze voorbeelden geven aan op welke niveaus cloud computing aangeboden kan worden (zie wikipedia.org):

op het applicatieniveau, voor één of enkele toepassingen.
op het platform-niveau: cloud computing als universele logische laag, als platform voor toepassingen. Andere aanbieders kunnen hun eigen toepassingen toevoegen.
op het fysieke niveau (als een fysieke of virtuele machine): een gebruiker kan zijn eigen operating system hierop installeren, met daarop zijn eigen diensten.

★ Aan de slag 62

Geef een aantal verschillende voorbeelden van Cloud Computing.
Hoe past Cloud Computing in de ontwikkeling die het internet doormaakt? Klik op de link:
https://flatworldbusiness.wordpress.com/flat-education/previously/web-1-0-vs-web-2-0-vs-web-3-0-a-bird-eye-on-the-definition/
Bestudeer de afbeelding van Trendne The Web Expansion.

Ontwikkelingen en trends - 2

2. Browser als platform voor toepassingen

De browser is tegenwoordig geschikt voor het uitvoeren van toepassingen en web-apps. Om een toepassing uit te kunnen voeren in de browser, moet deze in JavaScript beschreven zijn. Je kunt JavaScript dan ook beschouwen als de "machinetaal" van het web. Programma's in andere talen moeten voor uitvoering in de browser naar Javascript vertaald worden. In combinatie met de grafische en interactiemogelijkheden van HTML5, en de voorzieningen voor andere media (geluid, video), wordt de browser een bruikbare omgeving voor een groot aantal toepassingen. Een groot voordeel hiervan is dat deze toepassingen werken op vrijwel alle computers die een gebruiker in zijn omgeving heeft (desktop, laptop, tablet, en mobiel), en dat de uitwisseling van gegevens automatisch verloopt, via de server (cloud computing).

Door deze ontwikkeling wordt de browser steeds meer een eigen "operating system". We zullen de browser in dit hoofdstuk ook op deze manier bekijken.

3. Mobiele systemen

Een smartphone is een volledige computer met een relatief goede internetverbinding. Het is een persoonlijke computer - meer dan de meeste PCs. Het operating system is vooral gericht op gebruiksgemak; dit kan ten koste gaan van de functionaliteit. Dit is geen probleem omdat de meeste gebruikers ook toegang hebben tot een meer volledige computer, bijvoorbeeld in de vorm van een laptop of een desktop-systeem. Daarnaast kan een smartphone gecombineerd worden met Cloud Computing: de functionaliteit verschuift dan voor een deel naar de server.

4. Virtualisatie

Het gebruik van Virtuele Machines maakt het mogelijk om gebruikers en toepassingen volledig van elkaar te isoleren. Dit is vooral zinvol als deze gebruikers geen deel uitmaken van dezelfde organisatie: het samenwerken van de gebruikers en toepassingen, en de toegang tot gemeenschappelijke gegevens speelt dan geen rol. Deze isolatie is ook zinvol in het geval van webservers: deze zijn extra kwetsbaar voor aanvallen vanuit het internet. Als een virtuele machine op een dergelijke manier in de problemen komt, heeft dat geen gevolgen voor de andere virtuele machines en voor het host-systeem.

Virtuele machines maken het mogelijk om dezelfde fysieke infrastructuur (hardware: processor, geheugen, schijven, communicatievoorzieningen) te delen met meerdere gebruikers. Dit is zinvol als een enkele gebruiker niet de volledige computer nodig heeft, of als er een grote spreiding is in het gebruik.

Bij de hosting van allerlei web-diensten vinden we daarom tegenwoordig allerlei vormen van virtualisatie, bijvoorbeeld als "Virtual Private Server". Vaak kun je een dergelijke virtuele machine of een verwante dienst gebruiken tegen een erg laag tarief, in het bijzonder als je dit systeem maar gedurende een beperkte tijd gebruikt. Dit kun je bijvoorbeeld gebruiken om je eigen server "in de wolken" te gebruiken.

★ Aan de slag 63

Welke voordelen biedt virtualisatie?
Stel, je hebt nog enkele oude games die echter niet meer te installeren zijn in Windows 11. Welke mogelijkheden biedt in dat geval de Hyper-V software van Windows 11?

H Communicatie en netwerken

Inleiding

Onze wereld is ondenkbaar zonder internet. Toch bestaat internet nog niet zo lang. Pas na 1990 is het bekend geworden bij heel veel mensen. Internet heeft de samenleving drastisch veranderd. Communicatie speelt in ons leven een belangrijke rol. De manieren waarop we communiceren lopen uiteen van een gesprek tussen twee personen, via brieven, boeken, kranten, telefoon, radio, tv, tot een chatsessie of het versturen van een e-mail of een SMS-bericht.

De mogelijkheden voor communicatie ontwikkelen zich de laatste jaren in een hoog tempo. SMS en e-mail zijn pas ca. 20 jaar voor een breed publiek beschikbaar. WhatsApp, YouTube, Twitter en Facebook zijn nog veel jonger. Of deze toepassingen over 20 jaar nog zullen bestaan is maar de vraag.

Het internet is de basis achter veel van deze nieuwe vormen van communicatie. In het verleden zijn voor telefoon en televisie aparte netwerken aangelegd, maar deze toepassingen zijn tegenwoordig via het internet te gebruiken. Het internet is ontstaan als netwerk tussen computers voor de verbinding tussen lokale computernetwerken. Een computer was in die tijd een grote kast met elektronica. Tegenwoordig zijn computers embedded in mobiele telefoons, printers, auto's, televisies en horloges. Deze ingebouwde computers zijn in veel gevallen verbonden met het internet. In het vervolg kun je daarom overal waar we over "computer" spreken, ook denken aan een apparaat met een ingebouwde computer.
Doordat smartphones en andere wearables door het internet verbonden zijn, verbindt het internet tegenwoordig personen en computers. Het is allang niet meer een netwerk voor alleen computers.

Ook apparaten waar je het misschien niet onmiddellijk van verwacht worden voorzien van een computer met een internetverbinding. Het internet verbindt niet alleen computers en mensen, maar ook objecten: het "internet of things". Het voorbeeld van de koelkast met internetverbinding is wat afgezaagd, maar het kan zinvol zijn om een wasmachine aan het internet te verbinden, om deze in te schakelen als de elektriciteit een paar uur goedkoop is, omdat de zon schijnt of de wind waait. Andere voorbeelden zijn: een weegschaal met internetverbinding, een bloeddrukmeter, een glucosemeter, of sportschoenen.

Het internet maakt de wereld kleiner. Het is nu eenvoudig om op afstand samen te werken. Daarbij is er nauwelijks verschil tussen een afstand van 20 of 20.000 kilometer.

★ Aan de slag 64

Internet vormt de basis voor allerlei toepassingen. Iedereen kan een nieuwe toepassing voor het internet maken. Er zijn geen technische of wettelijke beperkingen.
Ook jij maakt gebruik van verschillende vormen van communicatie. Maak een overzicht van de communicatiemiddelen (ofwel toepassingen) die je gebruikt. Voorbeelden van communicatiemiddelen of -toepassingen zijn: televisie, radio, krant, brief, Twitter, Facebook, WhatsApp, Skype, YouTube, sms, vaste telefonie, mobiele telefonie.

Geef aan of je deze dagelijks, wekelijks, of minder vaak gebruikt. Geef ook aan hoe lang je dit in de aangegeven periode gebruikt.

Toepassing	Frequentie	Duur
Krant	wekelijks	10 min
Televisie	dagelijks	120 min
Mobiele telefoon
E-mail
Brief/kaart	3 keer per jaar	10 min
Facebook
...

Welke veranderingen hebben er op school plaatsgevonden met betrekking tot het internet en school sinds je in de brugklas zat?
Voor welke bevolkingsgroep in onze samenleving is de hang naar het internet een probleem aan het worden?

E-mail

Internet vormt de basis voor allerlei toepassingen. Iedereen kan een nieuwe toepassing voor het internet maken. Er zijn geen technische of wettelijke beperkingen.

E-mail

E-mail is één van de oudste toepassingen van het internet. Je kunt e-mail zien als de elektronische vorm van de traditionele post.

Bij gewone post weet je niet of de ontvanger van de brief thuis is als de postbode de brief komt bezorgen. Hetzelfde geldt voor een e-mailbericht. Wanneer je dat verstuurt hoeft de ontvanger niet verbonden te zijn met het internet.

De oplossing voor dit probleem is te vergelijken met de postbus voor de traditionele post. Het e-mailbericht wordt verzonden naar een computer die altijd in het internet verbonden is: de mailserver. De ontvanger controleert regelmatig via zijn e-mailprogramma, of er berichten voor hem aangekomen zijn. Als dat het geval is, worden zij naar de computer van de ontvanger gekopieerd. De ontvanger kan vervolgens via een e-mailprogramma op zijn computer deze berichten lezen. Bij het verzenden van e-mail is de situatie enigszins verschillend. In elk geval is de computer van de afzender op het moment van verzenden verbonden met het internet. Het mailprogramma verstuurt de berichten naar de uitgaande- post-server van de afzender. Deze server buffert deze berichten en zet deze in de rij om ze naar de inkomende-post-server van de ontvanger te sturen.

Om een e-mailbericht te versturen en te ontvangen heb je net als bij de traditionele post een adres of postbusnummer nodig. Bij een e-mailbericht is dat het e-mailadres. Een e-mailadres heeft de volgende vorm: gebruiker@domeinnaam.

E-mailprotocollen

Protocollen

Een protocol is een verzameling regels voor de interactie tussen twee of meer deelnemers, met een bepaald doel. Dit doel kan bijvoorbeeld zijn:

zorgen voor voortgang in de interactie;
standaardiseren van de interactie, zodat de deelnemers op elk moment weten wat er van hen verwacht wordt en wat ze van de andere deelnemers kunnen verwachten;
voorkomen dat er meer dan één persoon tegelijk spreekt (bijvoorbeeld in de klas);
voorkomen dat er een onveilige interactie tussen de deelnemers plaatsvindt.

Voor het versturen en ontvangen van mail worden aparte protocollen gebruikt. Het mailprogramma verstuurt de berichten naar de uitgaande-post- server van de afzender, via het SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) protocol.

Voor het ontvangen van mail controleert het mailprogramma regelmatig, via het post-office protocol (POP) of er berichten voor hem aangekomen zijn. Als dat het geval is, worden deze via dit protocol naar de computer van de ontvanger gekopieerd. De ontvanger kan vervolgens via een e-mailprogramma op zijn computer deze berichten lezen. Het POP- protocol is een "pull" protocol: het initiatief ligt bij de ontvanger van de berichten.

Tegenwoordig wordt in plaats van het POP-protocol ook wel een ander protocol gebruikt: IMAP. Ook daarbij is het principe dat de ontvanger bij de inkomende-post-server controleert of er nog berichten klaar staan.

World Wide Web

World Wide Web
De meest gebruikte toepassing van het internet is het world wide web, meestal kortweg het web genoemd. Het world wide web is waarschijnlijk het grootste informatiesysteem ter wereld.
Miljoenen informatiebronnen, van teksten of plaatjes tot complete interactieve films, worden aangeboden door servers verspreid over de hele wereld.

Sommige mensen spreken over het internet, terwijl ze eigenlijk het web bedoelen.
Wat is het verschil tussen het internet en het web?
Het internet is wereldwijd netwerk waarop de meeste computers aangesloten zijn. Over dat netwerk kun je informatie sturen.
Het web (www) is één van de vele toepassing die gebruik van maakt van het internet.
Andere toepassingen die gebruik maken van het internet zijn bijvoorbeeld e-mail, internettelefonie (Skype), Twitter, WhatsApp, muziekdiensten (Spotify), Bittorent.

Wanneer je op het world wide web wilt surfen dan heb je daar een speciaal programma voor nodig: een browser. Een browser zet de pagina’s die door een webserver naar jouw computer worden verstuurd om in leesbare vorm. Een webpagina is opgebouwd uit tekst, afbeeldingen, geluid, video en hyperlinks. Een hyperlink wordt gebruikt om naar een andere webpagina te surfen.

Tim Berners is de geestelijk vader van het web. Hij werkte als softwareontwikkelaar bij CERN, het Europese instituut voor kernfysica in Genève. Hij bouwde zijn eerste webserver in 1991. Zijn bedoeling was om het mogelijk te maken dat je verschillende tekstdocumenten kon raadplegen die via hyperlinks met elkaar verbonden waren.

Er is er ook een andere groepering onder leiding van Ted Nelson, die beweert het allereerste internetproject te zijn geweest. Dit is het Xanadu project uit 1960. Zeker interessant om ook eens te bekijken!

Met een search engine (zoekmachine) wordt in de meeste gevallen een webdienst bedoeld, waarmee met behulp van trefwoorden of hele zinnen gezocht kan worden op het web.
Zodra je een zoekopdracht invoert bij een zoekmachine, kijkt deze welke webpagina's overeenkomen met of verwant zijn aan de ingevoerde zoekwoorden.
Zoekmachines als Google en Bing zoeken met speciale programma's het web af naar nieuwe informatie. Deze informatie wordt opgeslagen in een database, die een overzicht bevat van alle relevante gegevens op het web. Om de gebruiker gerichte informatie te verstrekken wordt door verschillende zoekmachines de locatie toegevoegd aan de zoekopdracht. Zoek je bijvoorbeeld in Doetinchem naar een restaurant, dan krijg je een andere lijst te zien dan wanneer je dat in Amsterdam zou doen. Google is in Nederland de meest gebruikte zoekmachine. In andere landen worden naast Google ook Yahoo! en Bing veelvuldig gebruikt. Een andere zoekmachine die veel bezoekers trekt is Baidu uit China.
Wolfram Alpha is een zoekmachine op internet, die niet zoekt naar pagina's (zoals Google), maar naar antwoorden op vragen.

Sergey Brin en Larry Page, twee studenten aan de Standfod universiteit, lanceerden in 1997 de zoekmachine Google. Al snel werd Google 's werelds populairste zoekmachine.
De naam is een variant op het woord 'googol'. Een googol is een 1 me honderd nullen (10^100). De term geeft aan dat het de bedoeling van Brin en Page was om alle informatie op het web toegankelijk te maken.

Toepassingen op basis van www

Andere toepassingen

Het web vormt ook de basis voor talloze toepassingen. Enkele voorbeelden hiervan zijn:

Facebook, LinkedIn
Webwinkels (met Amazon als de grootste)
Webveilingen (Marktplaats, eBay)
Webbankieren
Webmail
Cloud computing
Wiki's, Wikipedia

www-protocollen

Protocollen

De basis van het web wordt gevormd door een tweetal standaarden:

HTTP (het HyperText Transfer Protocol) is het netwerkprotocol dat speciaal ontwikkeld is voor het web. Het maakt gebruik van het internet en is bedoeld voor het ophalen van webpagina's.
Wanneer de gegevens niet door anderen gelezen mogen worden (bijvoorbeeld bij banktransacties) dan gebruikt men HTTPS (HyperText Transfer Protocol Secure). De gegevens worden versleuteld verstuurd.
HTML (HyperText Markup Language) is de opmaaktaal voor webpagina's. In HTML kun je door middel van zogenaamde tags een deel van de tekst accentueren, tekst indelen in paragrafen, tabellen maken, afbeeldingen en multimedia toevoegen. Een belangrijke eigenschap van HTML is dat het hyperlinks ondersteunt.

Een andere belangrijke standaard beschrijft de naamgeving op het internet in de vorm van URIs (uniform resource identifiers). Deze worden in de context van het web ook vaak URLs (uniform resource locator) genoemd. Een URI identificeert een document op het web, in de "hyperlinks" tussen de documenten.

Andere Internettoepassingen

Naast e-mail en het web zijn er nog zeer veel andere toepassingen van het internet. Enkele van de meer bekende zijn:

Skype (en andere vormen van internet-telefonie)
BitTorrent (en andere vormen van P2P file-uitwisseling)
Spotify
WhatsApp (en andere chatprogramma's)
Twitter
Multiplayer games

★ Aan de slag 65

Internet vormt de basis voor allerlei toepassingen. Iedereen kan een nieuwe toepassing voor het internet maken. Er zijn geen technische of wettelijke beperkingen.
De rol van internet in de communicatie wordt steeds belangrijker.

1. Welke communicatietoepassingen die jij nu gebruikt zijn gebaseerd op internettechnologie?
2. Welke zijn niet gebaseerd op internettechnologie?
3. Welke veranderingen verwacht je in de komende jaren?
1. Geef drie voorbeelden van toepassingen op basis van het web.
2. Geef drie voorbeelden van toepassingen op basis van het internet.
3. Ga bij jouw thuis na hoeveel apparaten op het internet zijn aangesloten.
E-mail maakt gebruikt van een aantal protocollen.
Geef van de onderstaande protocollen aan waarvoor ze gebruikt worden.
1. SMTP
2. POP
Ook het world wide web maakt gebruikt van een aantal standaarden.
Geef van de onderstaande standaarden aan waarvoor ze gebruikt worden.
1. HTML
2. HTTPS
3. HTTP
Wat is een URI/URL?
Welke internetbrowsers ondersteunen het FTP protocol?
Hoe kun je FTP activeren in de browsers?
Welke browser heeft de ondersteuning van FTP gestaakt en welke reden gaf men daarvoor?

Internet als protocol

Het internet als protocol voor communicatietoepassingen

In het voorafgaande hebben we gezien, dat het internet de basis vormt voor allerlei communicatietoepassingen, zoals e-mail, telefonie, Skype, Spotify, SMS. Ook radio en televisie maken vandaag de dag gebruik van internettechnologie. Voor communicatie is altijd een fysiek medium nodig is, bijvoorbeeld een elektrische verbinding voor de originele telefonie, een radiogolf voor 4G telefonie of een geluidsgolf in lucht voor een goed gesprek. Bij moderne communicatie is de toepassing en het fysieke medium in veel gevallen niet meer direct gekoppeld. Dit geldt in het bijzonder voor toepassingen die op computers en op het internet gebaseerd zijn. Het internetprotocol vormt een universele logische laag voor communicatie. We gebruiken hier het begrip "logisch" als tegenstelling tot "fysiek": het internetprotocol is voor een groot deel niets anders dan een verzameling afspraken over de manier waarop bepaalde fysieke componenten gebruikt moeten worden.

Het internet is als laag is universeel in twee opzichten: Voor de toepassingen biedt deze een universele logische laag voor communicatie, onafhankelijk van de gebruikte fysieke verbindingen. Eenzelfde toepassing, zoals e-mail, het web, of internettelefonie, kan gebruik maken van een combinatie van draadloze verbindingen, bedrade verbindingen en optische verbindingen zonder dat dit zichtbaar is op het niveau van de toepassing.

Voor de fysieke verbindingen vormt dit een universele logische laag, onafhankelijke van de mogelijke te gebruiken toepassingen. Eenzelfde fysieke verbinding, zoals een ethernetkabel in een gebouw, kan tegelijkertijd gebruikt worden door een groot aantal verschillende toepassingen, zonder dat dit zichtbaar is op het niveau van de fysieke verbinding.

De internetlaag ontkoppelt op deze manier de toepassingslaag en de fysieke laag.

Deze ontkoppeling van de toepassingslaag en de fysieke laag heeft vergaande consequenties: de ontwikkeling van de toepassingen is onafhankelijk geworden van de ontwikkeling van de fysieke communicatiemiddelen en -technologie en omgekeerd. Dit betekent enerzijds dat een nieuwe toepassing, zoals Skype of Twitter, ontwikkeld en ingevoerd kan worden zonder investeringen in fysieke communicatiemiddelen. Anderzijds betekent dit dat elke nieuwe fysieke communicatietechnologie in principe vanaf het begin al een grote markt heeft, namelijk van alle internet gebaseerde toepassingen.

★ Aan de slag 66

In de tekst wordt gesteld dat het internetprotocol een universele logische laag vormt voor communicatie.

Wat wordt bedoeld met logische laag?
Waarom is de logische laag universeel?
Genoemde lagen vormen het onderdeel van een groter
model. Dit model is erg bekend in de wereld van de ICT.
Hoe heet dit model en waarom is dit model van essentieel
belang voor datacommunicatie?
Schrijf het model uit en plaats de genoemde lagen in dit model.

Twee lagen model

De toepassingen waar we mee te maken hebben stellen verschillende eisen. Voor een deel zijn deze eisen tegengesteld en strijdig.
Voor sommige toepassingen zijn bandbreedte en minimale vertraging van belang. Een verstoring vormt geen probleem en kan eenvoudig elders opgevangen worden.
Denk bijvoorbeeld aan telefonie: voor een gebruiker is een kleine verstoring geen groot probleem en zelfs bij een grotere verstoring kan een gebruiker dit wel opvangen. Maar, voor telefonie is vertraging van het geluid erg vervelend. Een vertraging van 100-200 ms is merkbaar.
Voor andere toepassingen is elke verstoring één teveel, maar zijn vertraging en bandbreedte minder kritisch. Voorbeelden hiervan de meeste datatoepassingen, zoals e-mail, gebruik van het web.

Het internet komt aan deze tegengestelde eisen tegemoet door het gebruik van een tweelagenmodel: de netwerklaag, het IP-protocol (Internet Protocol), vormt een best-effort pakketcommunicatie, "zo dicht mogelijk op de onderliggende hardware". "Best effort" wil in dit geval zeggen dat pakketten getransporteerd worden zo goed (en kwaad) de hardware dit toestaat. Er zijn geen garanties voor correcte aflevering of voor aflevering in de juiste volgorde. Als een pakket niet aankomt, of in de verkeerde volgorde, of beschadigd, dan moet dat probleem elders opgelost worden.
Voor sommige toepassingen is dit goed genoeg, denk aan het telefonievoorbeeld. Voor andere toepassingen is betrouwbaarheid essentieel. Hiervoor moet de transportlaag in het protocol zorgen, in de vorm van het TCP-protocol (Transmission Control Protocol). Dit zorgt, op basis van de best-effort pakketcommunicatie, voor betrouwbare verbindingen (datastromen). Deze betrouwbaarheid wordt gerealiseerd door in het geval van ontbrekende of beschadigde pakketten te zorgen voor hertransmissie.
Toepassingen waarvoor het best-effort model van de IP-laag voldoende is, kunnen gebruik maken van het UDP-protocol (User Datagram Protocol) in de transportlaag in plaats van TCP.

★ Aan de slag 67

Wat is de rol van IP in de communicatie?
Wat is de taak van TCP?
Wanneer wordt gebruikgemaakt van UDP?

Het IP-protocol

Het internet vormt een netwerk van netwerken. Het internet verbindt lokale computernetwerken (waarbij we lokaal soms met een korrel zout moeten nemen). Het kan ook gaan om een lange afstandsverbinding, maar dat maakt voor de structuur van het internet niet uit. Elke computer in het internet, ook wel host genoemd, is in eerste instantie verbonden aan een lokaal netwerk, dat op zijn beurt weer verbonden is met andere lokale netwerken in het internet. De verbindingen tussen de lokale netwerken worden gelegd door speciale computers, routers, die twee of meer lokale netwerken verbinden.

In de figuur stellen de rondjes (met letters) computers en routers voor. Wolken (met nummers) zijn de netwerken. Een pijl stelt de verbinding tussen een computer en een netwerk voor. Een lijn (hier alleen "3") verbindt rechtstreeks twee computers. Een dergelijke verbinding beschouwen we als een afzonderlijk netwerk, mogelijk in de vorm van een lange afstandsverbinding.

Voorbeeld
Het transport van een pakket van host (computer) F naar host K verloopt als volgt:

F stuurt het pakket via het netwerk 4 naar router E.
Deze stuurt het via netwerk 3 (een enkele kabel) naar router J.
Vandaar gaat het in het lokale netwerk 5 naar host K.

★ Aan de slag 68

Wat wordt bedoeld met een host?
Wat is de functie van een router?
Wat is de functie van een hub?
Wat is de functie van een switch?
Welk apparaat is handiger om thuis te gebruiken: een
switch of een hub?

Het IP-protocol - End-to-end principe

Het netwerk verzorgt alleen het relatief eenvoudige best- effort transport van IP- pakketten. De complexere afhandeling van de hogere niveaus van het internetprotocol, zoals de afhandeling van fouten door het TCP-protocol, vindt plaats in de eindpunten van het netwerk. Deze aanpak heet wel het end-to-end principe.

In het geval van het internet is deze aanpak mogelijk doordat de eindpunten veelal redelijk krachtige computers zijn, zelfs in het geval van een mobiele telefoon.

Een van de gevolgen van dit principe is dat elke functionele uitbreiding van het netwerk in de eindpunten kan plaatsvinden. Daarvoor is geen aanpassing van het netwerk nodig en geen toestemming van een netwerkbeheerder. Dit geeft een ongekende flexibiliteit voor gebruikers en ontwikkelaars.

★ Aan de slag 69

Leg uit wat er bedoeld wordt met het end-to-end principe.

Het IP-protocol - Adressering

We hebben een mechanisme nodig om IP-pakketten op de juiste plaats bezorgd te krijgen, bij de juiste computer en bij de juiste toepassing. De elementen hiervoor zijn adressering en routering (bezorging).
Een adres in het internet (IP- adres) identificeert een computer, of beter gezegd, een netwerkinterface van een computer. Een router is in meerdere netwerken verbonden, via verschillende interfaces. Een router heeft dus ook meerdere IP-adressen. Een IP-adres bestaat uit twee gedeelten: het netwerkadres en het adres van het computer-netwerkinterface in dat netwerk.
De bezorging van een pakket vindt in twee stappen plaats: eerst wordt dit pakket bij het juiste netwerk afgeleverd en vervolgens wordt het bij het juiste computer-netwerkinterface in dat netwerk afgeleverd.

Voor het adresseren zijn momenteel twee versies van het IP-protocol in gebruik: IPv4 en IPv6. Een belangrijk verschil tussen deze twee is de vorm van het adres.
In het geval van IPv4 bestaat een adres uit 32 bits, waarmee maximaal 232 (ca. 4 miljard) computers geadresseerd kunnen worden. Door de sterke toename van het aantal computers, inclusief ingebouwde computers en mobiele telefoons, zijn de IPv4 adressen op. Dit is een belangrijke reden om over te gaan op IPv6, waar een adres bestaat uit 128 bits - wat voorlopig voldoende lijkt.

Een IPv4 adres wordt meestal weergegeven in groepen van 8 bits, gescheiden door een punt. Elke 8 bits worden door een decimaal getal (tussen 0 en 255) voorgesteld. Een typisch IPv4 adres is dan 92.212.13.193. De hoogste bits geven het adres van het netwerk weer, de laagste het adres van de computer. De grens tussen deze twee varieert van netwerk tot netwerk.

Een IPv6 adres wordt weergegeven als een serie van 8 16-bits hexadecimale getallen gescheiden door een dubbele punt, bijvoorbeeld:
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
Een serie nullen aan het begin van een 16-bits getal kan weggelaten worden. Er moet tenminste één cijfer overblijven. We kunnen dit adres dan afkorten als:
2001:db8:85a3:0:0:8a2e:370:7334
Eén gedeelte met alleen nullen kan afgekort worden tot "::", waardoor dit adres afgekort kan worden tot:
2001:db8:85a3::8a2e:370:7334
Deze laatste afkorting van opeenvolgende nullen is maar op één plaats in een adres toegestaan, om dubbelzinnigheden te voorkomen.

In het geval van IPv6 vormen de eerste 64 bits het netwerkadres en de laatste 64 bits het adres van de computer in het netwerk. Deze grens ligt vast en hangt dus niet van het netwerk af.

★ Aan de slag 70

Een internetadres (IP-adres) bestaat uit twee gedeelten: een netwerkadres en een computer(interface)adres. (Dit laatste wordt ook wel het hostadres genoemd.)

Wat is de functie van het IP-adres?
Wat is het IP-adres van de computer waar je werkt? Je kunt het IP-adres vinden door bijvoorbeeld vanaf de command-prompt het commando ipconfig/all in te typen.
1. Welk deel van het adres is het netwerkadres?
2. Welk deel van het adres is het computeradres?
Welke twee versies van het IP-protocol zijn er in gebruik? Geef de belangrijkste verschillen tussen beide versies.

Het IP-protocol - DHCP

Voor de goede werking van het IP-protocol moet een computer in het internet een adres hebben dat aan twee eisen voldoet.

Het netwerkdeel moet overeenstemmen met het IP-adres van het lokale netwerk.
Het computer- of hostdeel moet uniek zijn in het lokale netwerk.

In veel netwerken krijgt een computer een IP-adres door een verzoek aan een DHCP-server.
Een dergelijke server is meestal ingebouwd in de router die als gateway voor het netwerk fungeert. Deze DHCP-server kan de betreffende computer een vast adres toewijzen, op basis van een lokale tabel in de server of een adres dat op dat moment vrij is in het lokale netwerk: een dynamisch adres.

★ Aan de slag 71

Geef twee verschillende manieren waarop een computer aan een IP-adres kan komen.
Aan welke eisen moet een IP-adres voldoen?
Welke apparaat in het netwerk thuis deelt het IP-adres uit?
Hoe meld een apparaat, bijvoorbeeld je laptop of je tablet, zich aan bij een netwerk? Welk uniek adres heeft elk apparaat dat aangesloten kan worden op een netwerk?
Welk probleem kennen we wereldwijd met het IP v4-adres?
Wat is het IP-adres van jouw computer thuis? Wat voor soort IP-adres is dit? Welke andere tools zijn er om een IP-adres te achterhalen?
Teken je thuisnetwerk netjes uit en geef bij elk apparaat aan wat het IP-adres is en met welke apparatuur je te maken hebt. Geef ook aan welk IP-adres de apparatuur in je netwerk heeft en hoe ze aan het internet gekoppeld zijn (bekabeld of via WiFi).

De transportlaag

We hebben gezien dat het basisprotocol van het internet, het IP- protocol, een best-effort pakketcommunicatie biedt. Dit protocol biedt dus geen garantie dat elk pakket binnen een bepaalde tijd aankomt of dat de pakketten bij de ontvanger aankomen waarin ze door de afzender verzonden zijn.

De transportlaag zorgt onder meer voor de aanpassing van het IP-protocol aan de verschillende toepassingen.
Hiervoor zijn vooral de UDP- en TCP-protocollen van belang. De IP-laag bezorgt de data van het IP-pakket bij het juiste protocol in de transportlaag.

★ Aan de slag 72

Wat is de kernfunctie van de transportlaag?

De transportlaag - 2

Het UDP-protocol

Het UDP-protocol (User Datagram Protocol) vormt een minimale aanpassing van het IP-Protocol. Het biedt voor de toepassing een best-effort pakketcommunicatie.
Het UDP-protocol wordt vooral gebruikt voor toepassingen waarbij een maximale bandbreedte en een minimale vertraging van belang zijn, en waarbij de toepassing het eventuele verlies van een pakket, of de bezorging van de pakketten in een andere volgorde dan waarin deze verzonden zijn, eenvoudig kan compenseren. Voorbeelden van dergelijke toepassingen zijn telefonie en streaming van beeld of geluid.

Het TCP-protocol

Het TCP-protocol (Transmission Control Protocol) biedt, op basis van het IP-protocol, betrouwbare verbindingen aan. Dit protocol vormt de basis voor veel van de toepassingen op het internet, bijvoorbeeld e-mail en het web.
Om een betrouwbaar transport van IP-pakketten te realiseren stuurt de ontvanger zodra deze een pakket ontvangen heeft een ontvangstbevestiging naar de afzender. Als deze laatste niet binnen een bepaalde tijd, de "time-out", na het verzenden van een pakket een ontvangstbevestiging gekregen heeft, dan stuurt deze het pakket nogmaals.
Als er meerdere pakketten van zender naar ontvanger onderweg zijn, moet elk pakket een identificatie hebben, bijvoorbeeld in de vorm van een volgnummer. Aan de hand van de ontvangstbevestiging in combinatie met deze identificatie kan de zender dan nagaan welk pakket aangekomen is en, op grond van de time-out, welke mogelijk niet.

★ Aan de slag 73

Op welke manier zorgt TCP voor een betrouwbaar transport van pakketten?
Waarom is UDP minder betrouwbaar dan TCP?
a.Wat is het belangrijkste verschil tussen UDP en TCP?
b.Waarvoor wordt UDP gebruikt?
c.Waarvoor wordt TCP gebruikt?
Welke toepassing gebruiken streamingdiensten voor dataoverdracht: TCP of UDP? Leg je antwoord uit.

Naamgeving, DNS

Hoewel voor computers het gebruik van IP- adressen in de vorm van getallen geen enkel probleem is, ligt dit voor menselijke gebruikers anders. Daarom is een naamgeving voor computers ingevoerd die beter hanteerbaar is voor mensen, in de vorm van het Domain Name System. Dit is een hiërarchisch systeem van namen, waarbij de verschillende onderdelen van specifiek naar algemeen vermeld worden gescheiden door een punt. Dit is dezelfde volgorde als bijvoorbeeld een adres op een brief: eerst de naam van de persoon of het bedrijf en als laatste het land. Bekende "top level" domeinen zijn .nl, .com, .net, .edu, .org. Organisaties of personen kunnen een domein in zo'n top-level domein aanvragen, met enkele beperkingen. Enkele voorbeelden van adressen volgens deze naamgeving zijn:

Het DNS-systeem zorgt voor de koppeling tussen deze namen en de bijbehorende IP- adressen. Het systeem en het netwerkprotocol zorgen dat namen van computers naar numerieke (ip) adressen worden omgezet en omgekeerd. Elke computer die hiervan gebruik wil maken, moet toegang hebben tot een zogenaamde nameserver. Deze nameserver kan eventueel andere nameservers raadplegen als de informatie over het opgevraagde domein niet lokaal bekend is.

★ Aan de slag 74

Wat is de functie van het Domain Name System?
Wat is het verschil tussen een standaard DNS server en een publiek toegankelijke server?
Wat is het doel van de top level domeinen, wat is dus de betekenis van de domeinextensies?
Maak hier een tabel van.
Naast genoemde top level domeinen komen er tegenwoordig nieuwe domeinextensies beschikbaar.
Welke twee redenen zijn hiervoor te vinden?
Welke stappen moet je nemen wanneer je voor je eigen bedrijfje of vereniging een domeinnaam wil registreren? Noteer opvallende zaken, bijvoorbeeld over kosten en of elke naam mogelijk is.
Geef 5 voorbeelden van nieuwe toplevel domeinen die beschikbaar zijn gekomen.

Toets 2

In de volgende toets wordt getoetst wat je inmiddels zou moeten weten over het onderwerp Computerarchitectuur.

Communicatie en netwerken

Voortgang

Bekijk hier je voortgang

Kernprogramma

Docent kan groepen aanmaken en leerlingen volgen
Een docent kan op de profielpagina groepen aanmaken. Als een docent dat gedaan heeft, kunnen de leerlingen zich aan de groep koppelen. Als de leerlingen dat gedaan hebben, kan de docent de voortgang van de leerlingen volgen.

>> Inlogpagina gebruikersaccount

Log hier in met je Entree account.

Om toegang te krijgen tot Portfolio-site, log je in bij Mijn VO-content en klik je op Entree.

Log in met je SCHOOLACCOUNT

Profielpagina

Als je ingelogd bent, vul je profielpagina verder in. Je kunt de niveaus aanklikken (waar je lesmateriaal van wilt zien voor de andere programma's) en ook de vakken. De profielpagina werkt voor alle Extra Programma's van VO-content.

Je kunt deze keuzes achteraf ook altijd aanpassen.
Let op: verifieer je e-mailadres na de eerste keer inloggen. Als je dat gedaan hebt kan je bij een storing van de ELO of Entree alsnog met je e-mailadres inloggen.

Colofon
Het arrangement Module: Enigma - Computerarchitectuur is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

Auteur

VO-content

Laatst gewijzigd

2025-07-29 11:37:24

Licentie

Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie 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-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie.

Het thema 'Hardware' is ontwikkeld door auteurs en medewerkers van Enigma-online. Fair Use In de modules van Enigma-online wordt gebruik gemaakt van beeld- en filmmateriaal dat beschikbaar is op internet. Bij het gebruik zijn we uitgegaan van fair use. Meer informatie: Fair use Mocht u vragen/opmerkingen hebben, neem dan contact op via de helpdesk VO-content.

Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

Toelichting

Deze module is onderdeel van de arrangeerbare leerlijn van de Stercollecties voor het kerndeel van Informatica voor hv456. In deze interactieve module gaan we in op de bouw en werking van de verschillende componenten van een computersysteem. Het eerste deel gaat over de fysieke laag, de hardware van de computer: het moederbord, de processor (CPU), de videokaart, het werkgeheugen en het externe geheugen (ook wel: opslaggeheugen), alsmede randapparaten, zoals onder andere de monitor en de printer. Fysiek wil zeggen dat je al deze componenten letterlijk kunt zien en aanraken. In het tweede deel van deze module maken we kennis met de logische laag: operating systems (besturingssystemen) en en applicatiesoftware. Met logisch bedoelen we een verzameling afspraken over de manier waarop bepaalde fysieke componenten gebruikt moeten worden. In het derde deel van de module besteden we aandacht aan de communicatielaag: netwerken en het world wide web. In ieder onderdeel vind je, verdeeld over verschillende pagina's, informatie in de vorm van teksten, afbeeldingen en video's. Daarnaast ga je zelf aan de slag met toepassingsopdrachten en toetsen. Van de toetsen wordt je voortgang bijgehouden en deze voortgang zal zowel door jou als je docent te bekijken zijn. Veel succes!

Leerniveau

HAVO 4; VWO 6; HAVO 5; VWO 4; VWO 5;

Leerinhoud en doelen

Informatica;

Eindgebruiker

leerling/student

Moeilijkheidsgraad

gemiddeld

Trefwoorden

arrangeerbaar, enigma-computerarchitectuur, hv456, informatica, kerndeel, operating systems, processors, randapparatuur, stercollectie, werkgeheugen

Module: Enigma - Computerarchitectuur

nl

VO-content

2025-07-29 11:37:24

Deze module is onderdeel van de arrangeerbare leerlijn van de Stercollecties voor het kerndeel van Informatica voor hv456. In deze interactieve module gaan we in op de bouw en werking van de verschillende componenten van een computersysteem. Het eerste deel gaat over de fysieke laag, de hardware van de computer: het moederbord, de processor (CPU), de videokaart, het werkgeheugen en het externe geheugen (ook wel: opslaggeheugen), alsmede randapparaten, zoals onder andere de monitor en de printer. Fysiek wil zeggen dat je al deze componenten letterlijk kunt zien en aanraken. In het tweede deel van deze module maken we kennis met de logische laag: operating systems (besturingssystemen) en en applicatiesoftware. Met logisch bedoelen we een verzameling afspraken over de manier waarop bepaalde fysieke componenten gebruikt moeten worden. In het derde deel van de module besteden we aandacht aan de communicatielaag: netwerken en het world wide web. In ieder onderdeel vind je, verdeeld over verschillende pagina's, informatie in de vorm van teksten, afbeeldingen en video's. Daarnaast ga je zelf aan de slag met toepassingsopdrachten en toetsen. Van de toetsen wordt je voortgang bijgehouden en deze voortgang zal zowel door jou als je docent te bekijken zijn. Veel succes!

educationLevel

OnderwijsBegrippenKader

HAVO 4

http://purl.edustandaard.nl/begrippenkader/70af3752-c6ad-43d9-aa0c-9ff099931f8a

educationLevel

OnderwijsBegrippenKader

VWO 6

http://purl.edustandaard.nl/begrippenkader/85d15c83-e2b4-4359-8475-a355591aaa1a

educationLevel

OnderwijsBegrippenKader

HAVO 5

http://purl.edustandaard.nl/begrippenkader/cb61531d-61eb-4412-a52f-ca065ca37e39

educationLevel

OnderwijsBegrippenKader

VWO 4

http://purl.edustandaard.nl/begrippenkader/e2026706-0829-4a4c-b726-9409b6f407e1

educationLevel

OnderwijsBegrippenKader

VWO 5

http://purl.edustandaard.nl/begrippenkader/f2513775-3d54-423b-803b-15e06a8c89a8

educationalSubject

OnderwijsBegrippenKader

Informatica

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

leerling/student

arrangeerbaar, enigma-computerarchitectuur, hv456, informatica, kerndeel, operating systems, processors, randapparatuur, stercollectie, werkgeheugen
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

IMSCC package

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

IMSCC package

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
Opties
Gebruik
Weergave
Wikiwijs is een dienst van