Grondbeginselen van computer

Laten we eerst en vooral eens kijken naar wat een computer precies is. Eenvoudig gesteld is een computer, ook wel rekenaar of computersysteem genoemd, een elektronisch toestel dat data-input zoals cijfers, tekst of beelden ontvangt en een reeks instructies (een programma) gebruikt om die te verwerken en als output onder verschillende formaten om te zetten in betekenisvolle informatie.

De elementen waardoor een computersysteem werkt, kunnen grofweg in twee groepen worden onderverdeeld: hardware en software.

Met hardware worden de fysieke elementen van een computer- of elektronisch systeem bedoeld, zoals de computermachine zelf of externe computeruitrusting. Het toetsenbord, de monitor en de elektronische onderdelen binnenin de centrale eenheid zijn allemaal hardware.

Software daarentegen is de ‘niet-fysieke’ component, de instructies die een computer zeggen wat hij moet doen. Hiermee kunnen we met de computer ‘praten’ zonder de computertaal te kennen. De belangrijkste blokken die de software van een computer vormen, zijn het besturingssysteem (B) en de applicaties.

• Het besturingssysteem dient als interface tussen hardware en applicatieprogramma’s. Aangezien er meestal verschillende computerprogramma’s tegelijkertijd draaien en ze allemaal toegang nodig hebben tot de bronnen van jouw computer, coördineert het besturingssysteem dit zodat elk programma krijgt wat het nodig heeft.

• Applicatieprogramma’s voeren specifieke taken uit op een systeem: een tekstverwerkingsprogramma, een muziekspeler, een webbrowser en zo verder.

Hardware en software zijn sterk met elkaar verbonden: zonder software zou de hardware van een computer geen enkele functie hebben. Zonder de nodige hardware om de door de software opgegeven taken, zou de software nutteloos zijn.

Hardwarecomponenten moeten bepaalde eigenschappen hebben om te software goed te laten werken. Deze componenten van een computersysteem hebben interactie met elkaar om specifieke taken uit te voeren, dus om ze te begrijpen, is het belangrijk het hele proces te begrijpen, aangezien ze van elkaar afhangen om correct te functioneren. Deze onderlinge verbondenheid wordt meestal in lagen voorgesteld.

• De hoogste laag van het computersysteem is de softwareapplicaties, de programma’s die we meestal gebruiken om interactie te hebben met de computer.

• Daaronder bevindt zich het besturingssysteem, dat dient als een vertaler tussen applicaties en hardware zodat ze elkaar begrijpen.

• Helemaal onderaan bevindt zich de hardware, alle toestellen die we fysiek kunnen aanraken. Besturingssystemen moeten in specifieke hardware gehost zijn om goed te functioneren.

Dit proces is voor alle computersystemen hetzelfde, of het nu persoonlijke of bedrijfscomputers betreft.

Hardware van nabij bekeken

We kijken nu naar de hoofdcomponenten van hardware en naar de rol van iedere component. Voor ons is het belangrijk deze componenten en hun eigenschappen te kennen, omdat zij bepalen hoe goed computers de taken die wij van ze vragen, uitvoeren. Wanneer je een nieuwe computer koopt of onderdelen van jouw bestaande computer vervangt, wil je misschien de specifieke eigenschappen van de hardware kennen om zeker te zijn dat hij correct werkt voor wat jij wil doen: werken, surfen of spelletjes spelen.

Ook al concentreren we ons vooral op de persoonlijke computer, want dit is een van de meest algemene computertypes, en op de randtoestellen die er meestal samen mee gebruikt worden, voor alle computers gelden dezelfde principes.

De componenten van een computer voor algemene doeleinden kan worden onderverdeeld in twee categorieën: interne en externe. Met interne computerhardware worden de componenten bedoeld die zijn ontworpen om binnenin het computersysteem te passen en die allemaal een belangrijke rol vervullen. Externe componenten verbinden een computersysteem langs de buitenkant. Zij zijn niet noodzakelijk opdat het systeem zou functioneren, maar ze vergemakkelijken of verbeteren op de een of andere manier onze ervaring.

De componenten van een computer zijn:

Processor

• De processor of de centrale verwerkingseenheid (CVE) voert instructies uit die in programma’s georganiseerd zijn (‘software’) en die de computer zegt welke data er moeten worden verwerkt en hoe dat moet gebeuren. Zonder CVE zouden we geen programma’s op een computer kunnen laten draaien.

• Vaak wordt ze het ‘brein’ van een computer genoemd, waarin alle nodige schakelsystemen zitten om input te verwerken, data op te slaan en resultaten voort te brengen.

• De snelheid waarmee de processor informatie verwerkt, wordt gemeten in gigahertz (GHz). Het komt erop neer dat hoe hoger de snelheid is, hoe sneller de computer presteert.

Geheugeneenheid

• De geheugeneenheid is datgene wat de computer toelaat data en informatie te onthouden. Gelijkaardig aan menselijk geheugen is er kortetermijngeheugen (RAM) en langetermijngeheugen (de harde schijf).

• RAM (random access memory) en ROM (read-only memory) worden gebruikt om computerdata op te slaan. Hier heeft de CVE rechtstreekse toegang toe.

• RAM wordt gebruikt om informatie tijdelijk op te slaan, die de computer op dat ogenblik gebruikt.

• ROM wordt gebruikt om instructies die de computer zeggen hoe hij moet opstarten, permanent op te slaan. Het laadt eveneens het besturingssysteem.

• De harde schijf (die zowel intern als extern kan zijn) wordt gebruikt om data en programma’s permanent op te slaan, zolang als nodig.

Het moederbord

• Het moederbord, ook wel mainboard genoemd, is de hub voor het centrale circuit via hetwelk alle componenten en randapparatuur bij de computer met elkaar verbonden zijn.

• Het moederbord voorziet stroom waar nodig, communiceert met alle andere componenten en coördineert ze, wat het tot een van de belangrijkste hardware-onderdelen van een computer maakt.

• Alle andere componenten worden ofwel rechtstreeks (in het circuitbord), ofwel onrechtstreeks (via USB-poorten) op het moederbord gemonteerd en werken samen om het computer systeem te vormen.

Grafische kaart

• De grafische of videokaart is een hardware-onderdeel dat op het moederbord wordt gemonteerd en waarmee beelden op de monitor kunnen worden weergegeven.

• Een processor voor een grafische kaart, ook grafische verwerkingseenheid (graphics processing unit - GPU) genoemd, lijkt op een CVE van een computer, maar is specifiek ontworpen om de complexe mathematische en geometrische berekeningen uit te voeren die nodig zijn voor grafische weergave.

Geluidskaart

• Geluidskaarten zijn interne hardware-onderdelen die op het moederbord worden gemonteerd zodat het computersysteem geluid kan produceren. Ook laten ze gebruikers toe microfoons te verbinden om geluiden in de computer te brengen.

Voeding

• De voeding is het punt waar stroom jouw computersysteem binnenkomt vanaf een externe stroombron en van daar door het moederbord naar de verschillende hardwarecomponenten wordt verdeeld.

Inputonderdelen

• Dit zijn de onderdelen via dewelke data en instructies een computer bereiken.

• Er zijn twee categorieën inputonderdelen: manuele inputonderdelen (bijvoorbeeld een muis, toetsenbord, aanraakscherm of scanner), die door een mens bediend moeten worden om informatie aan te brengen, en automatische inputonderdelen (bijvoorbeeld en barcode- of kaartlezer) die zelfstandig informatie kunnen invoeren.

Outputonderdelen

• Wanneer de ingevoerde data verwerkt zijn, worden ze bruikbare informatie die via outputonderdelen naar de gebruiker worden overgebracht.

• Een outputonderdeel is een scherm, een printer of een ander onderdeel dat jou laat zien wat de computer heeft bereikt.

In een laptop zijn alle hardwarecomponenten samen geïntegreerd. Een smartphone gaat nog verder: daarin zitten dezelfde elementen samen in een nog kleiner toestel.

Een computer roept bij de meeste mensen het beeld op van de personal computer die ze thuis hebben, of de desktop op het werk. Computers bestaan tegenwoordig echter op heel wat verschillende manieren en voor een brede waaier aan functies. Computers kunnen data verwerken en voortbrengen, maar kunnen ook zelf ‘handelen’, denk maar aan controlesystemen of robotica.

Voorbeeld

De revolutie van dataopslagtoestellen

Een digitale computer staat voor data die het binair numeriek systeem gebruiken. Dit betekent dat elke vorm van informatie (cijfers, tekst, foto’s of geluid) omgezet kan worden in binaire getallen met elk een waarde van 1 of 0. De meest voorkomende opslageenheid is de byte, goed voor 8 bits. Informatie kan worden verwerkt door iedere computer of ieder toestel met een opslagruimte die groot genoeg is om de binaire vertegenwoordiging van die informatie, of simpelweg data, op te slaan.

Daarom bezorgt de capaciteit van dataopslag computers één van hun fundamentele functies: digitale data bijhouden. Deze functie vinden we nu vanzelfsprekend, maar de opslag van computerdata heeft sinds de beginjaren een lange weg afgelegd.

In het begin werden computers geprogrammeerd door middel van stijve bladeren papier met commando’s en andere data die werden voorgesteld door de aan- of afwezigheid van gaatjes. Die kaarten werden later vervangen door rollen magnetische tape die minder plaats innamen omdat stapels kaarten bijhouden erg onpraktisch was, maar het programmeren was nog steeds erg tijds- en arbeidsintensief en het hele proces was erg eentonig.

De eerste personal computers hadden geen interne dataopslag (harde schijf) en dus werd software, die toen nog heel eenvoudig was en slechts kleine hoeveelheden data gebruikte, via floppy disks geladen. Dit veranderde toen hardware evolueerde. Toen hard schijven de norm werden, kon er software op de computer worden geïnstalleerd. Dit betekende dat bedrijven computers met een besturingssysteem en vooraf geïnstalleerde applicaties konden verkopen. Mensen hoefden geen disks meer te veranderen tussen verschillende softwareonderdelen, zodat computerwerk efficiënter en effectiever werd.

En het werd alsmaar beter: we kregen cd-roms en daarna cd’s; vervolgens dvd’s en steeds grotere harde schijven. Dankzij de evolutie van het internet moeten mensen ook geen software meer kopen op cd’s, want we kunnen onze programma’s downloaden, of we kunnen ze rechtstreeks in de cloud gebruiken.

Soorten computers

Laten we even stilstaan bij de verschillende soorten computers die vandaag beschikbaar zijn, naargelang hun algemeen doel.

Personal computers

De personal computer (pc) is een computer die ontworpen is voor algemeen gebruik door één enkel persoon. Er is een monitor, een toetsenbord en een CVE mee verbonden, en hij is een gebruiksvriendelijk en flexibel instrument geworden dat onafhankelijk of als onderdeel van een netwerk binnen een organisatie kan werken. Vandaag bestaan personal computers in heel wat vormen en maten, gaande van desktops tot laptops en van mobiele telefoons tot tablets. In het volgende onderdeel gaan we dieper in op de soorten pc’s.

Servers

Servers zijn computers die geoptimaliseerd zijn om diensten te leveren aan computers via een netwerk, en zij hebben gewoonlijk krachtige processors, veel geheugen en grote harde schijven. Zo bestaan er home mediaservers, webservers en printservers. Ook zijn er bestandsservers en databaseservers. Bedrijven vertrouwen op servers om informatie te verschaffen, bestellingen te verwerken, verzendgegevens bij te houden, wetenschappelijke formules op te lossen enzovoort.

Mainframes

Dit zijn grote computers met grote capaciteit en verwerkingssnelheid. Mainframes voeren veel programma's tegelijk uit en kunnen honderden of zelfs duizenden gebruikers tegelijk ondersteunen. Mainframes zijn uiterst weerbaar gebouwd, wat ze een hoge betrouwbaarheid en veiligheid geeft. Deze machines kenmerken zich door grote beschikbaarheid, blijven vaak jarenlang zonder onderbreking draaien, herstellingen en hardware-upgrades vinden plaats terwijl ze gewoon blijven werken en ze kunnen zelfs blijven draaien als er een onderdeel uitvalt.

Daarom worden ze veelal gebruikt door regeringen en grote organisaties voor bulkgegevensverwerking, kritische applicaties en om onder meer talloze gevoelige transacties, industrie- en consumentenstatistieken te beveiligen.

Supercomputers

Supercomputers zijn als de raceauto’s van de computerwereld; ze maken deel uit van de voorhoede van de huidige verwerkingscapaciteit, vooral wat betreft rekensnelheid. Zij kunnen ofwel bestaan uit een klein aantal zeer krachtige onderdelen, of uit een groter geheel van minder krachtige eenheden en worden gebruikt voor gespecialiseerde applicaties die enorm veel wiskundige berekeningen nodig hebben. Supercomputers tref je bijvoorbeeld aan in wetenschappelijke instellingen of in weersvoorspellingsstations, waar alles afhangt van rekensnelheid.

Ingebouwde computers

Ingebouwde computers maken eerder deel uit van andere toestellen dan dat ze standalone zijn, en ze zijn ontworpen om welbepaalde taken uit te voeren. Voorbeelden zijn digitale camera’s, muziekspelers en bijna elk soort controlesysteem, zowel voor bedrijven als thuis. Zo bevatten de meeste moderne mobiele telefoons meerdere afzonderlijke computers: behalve de simkaart kan een telefoon nog een microprocessor hebben om de radiocommunicatie en een tweede computerchip te bedienen, waarmee alle applicaties die niet zonder processor kunnen, zoals spelletjes, kunnen draaien. Zelfs wasautomaten hebben nu een ingebouwde microprocessor om de wascyclus te berekenen en om de motor van de kledingtrommel zo efficiënt mogelijk aan te drijven.

Zoals we gezien hebben, zijn de computers van vandaag zeer wendbaar en versterken hun flexibiliteit en verbeteringspotentieel het idee dat de computerrevolutie nog volop bezig is.