Page 1

2011

De werking van een computer

Bart Raets Syntra Genk


De werking van een computer Inleiding Dit werkstuk gaat over de computer. In het eerste hoofdstuk wordt besproken wat voor soorten computers er zijn en waarvoor ze gebruikt worden. In hoofdstuk twee gaat het over de randapparatuur, alle apparaten die op de computer aangesloten kunnen worden. Hiervan worden er een paar beschreven en uitgelegd hoe ze precies werken. Hoofdstuk drie, tevens het laatste hoofdstuk, gaat over het geheugen van een computer. Er worden interne en externe geheugens beschreven.

Hoofdstuk 1: De computer Computers zijn er in heel veel verschillende soorten. Je hebt hele grote en hele kleine, met grote moet je niet alleen denken aan de plaats die deze inneemt maar ook de snelheid. De grootste computers die er zijn, zijn de Mainframe-computers. Deze computers nemen soms wel een hele zaal in beslag. Ze worden gebruikt bij banken, bibliotheken en de gemeente. Meestal zijn op deze grote computers weer anderen aan gesloten (terminals). De terminals staan meestal in een andere ruimte of zelfs in een ander gebouw. Daarna komen de Minicomputers, deze zijn meestal zo groot als een of meer archiefkasten. Hierop kunnen maximaal 256 terminals aangesloten worden. Ze worden meestal gebruikt in wat kleinere bedrijfjes. Als laatste zij er de Microcomputers. Je gebruikt ze als aparte computer of als terminal aangesloten op een mainframe- of minicomputer. De belangrijkste microcomputer is de personal computer of pc. Pc's heb je in verschillende soorten: 1. Desktop-model 2. Hightower-model 3. Minitower-model Je hebt ook nog de portable computers, dit is een draagbare computer die je makkelijk mee kunt nemen ergens naar toe. Hij heeft dezelfde mogelijkheden als de PC. Ook hier zijn weer verschillende soorten: 1. Laptop 2. Notebook Er is ook nog een nieuw soort computer: De pencomputer. Hier zit geen toetsenbord bij maar een pen waarmee je op het beeldscherm moet tekenen. Er zijn ook nog computers die speciaal ergens voor gemaakt zijn bv: Spelcomputers of schaakcomputers. Naast de computers zijn er ook nog verschillende randapparaten. Deze apparaten worden op de computer aan gesloten. De computer en de randapparatuur noem je hardware of een computerconfiguratie. Randapparaten zijn (zie H2): Systeemkast (deze bevat de hardeschijf, de CVE en nog andere electronica)/Het toetsenbord/De muis/Het beeldscherm/De printer/Diskdrives/Een computerconfiguratie .

Bart Raets – Syntra Genk

Hoofdstuk: De werking van een computer

1.1 Soorten computers

1


1.2 De werking van de computer 1.2.1 Het IVU-model

In een eenvoudig model is te zien hoe de computer in grote lijnen werkt. Voordat de computer iets doet moet je iets invoeren. Dit kun je doen met een muis, toetsenbord, scanner enz. De computer verwerkt deze gegevens dan en als resultaat geeft de computer uitvoer. Dit wordt een IPO-model genoemt: Input - Processing - Output (engels). Dit wordt ook een IVU-model genoemt: Invoer - Verwerking - Uitvoer (nederlands). De computer zorgt voor de verwerking. Voor de in- en uitvoer zijn verschillende apparaten nodig. Veel gebruikte invoer apparaten zijn het toetsenbord en de muis en uitvoer apparaten het beeldscherm of de printer. 1.2.2 De opbouw van de computer

De computer die zelf de instructies uitvoert bestaat uit twee belangrijke delen: 1. De centrale verwerkingseenheid (CVE) of processor. Dit is het brein van de computer. 2. Het geheugen In principe is er niks anders nodig dan dit om de computer te laten lopen, maar je kunt er niks mee doen. Er moet (??) een diskette-station inzitten om programma's van te laden of een harde schijf. Schema: zie volgend blad. De processor is zo klein dat hij maar een paar centimeter lang en breed is. De processor bestaat uit een dun laagje silicium met daarop meer dan 1000 contactpunten. Deze contactpunten zijn met elkaar verbonden. Dit alles is zo klein dat je het met het blote oog niet kan zien. Meestal zit er ook nog een extra beschermlaagje om de processor heen. Processors heb je in verschillende snelheden: 8086 of 8088. Deze werden in de eerste PC's gebruikt. PC's die zo'n processor hebben worden ook wel XT-Computers genoemd. 80286: deze is iets sneller dan de 8086. Een computer met zo'n processor wordt een AT-Computer genoemd. Dit is de opvolger van de XT's. 80386: de opvolger van de 80286. Deze is weer wat sneller en maakt het mogelijk om met meer geheugen te werken. Je hebt ze in twee soorten: 80386DX en 80386SX. De eerste is wat sneller dan de tweede. 80486: dit is niet echt een nieuwe processor, maar een 80386 met wat extra's. Je hebt ze in verschillende soorten: 80486SLC, 80486SX, 80486SX2, 80486DX, 80486DX2, 80486DX4 De eerste is het langzaamst en de laatste het snelst. Bij de DX'en zit ook nog een extra processor voor het rekenwerk in (een coprocessor). P5 of Pentium: het is geen 80586, want het is een heel nieuw ontwerp.

1.3 Verschillen tussen computers Grootte van het interne geheugen: de oudere computers hebben een intern geheugen van 1MB. Waarvan 640 Kb voor programma's en gegevens. Hiermee kun je dus niet de nieuwste programma's mee draaien, hiervoor heb je al gauw 8 tot 16 MB geheugen nodig om ze een beetje snel te laten draaien. Als je met AutoCad, een programma's om auto's te ontwerpen, werkt is aan te raden zeker 512 MB geheugen te nemen. ( zie H3 geheugens). De kloksnelheid: een computer heeft een ingebouwde klok, deze tikt een aantal keer per seconde, dit noem je de kloksnelheid. De kloksnelheid wordt gemeten in

Bart Raets – Syntra Genk

Hoofdstuk: De werking van een computer

1.2.3 Het brein van de computer

2


MHz (megahertz: 1MHz = 1 miljoen tikken per sec.). Een normale snelheid van een moderne computer is nu 1066 MHz. De harde schijf: in alle computers die je nu koopt zit een harde schijf. Een minimum aan ruimte is 10200 MB. Harde schijven heb je in verschillende snelheden, dit is de toegangstijd (acces time). De toegangstijd wordt aangegeven in ms (milliseconden). Hoe kleiner het getal hoe sneller de schijf gegevens kan lezen en opslaan. (zie H3 geheugens). 7200rpm is de standaard. De monitor: monitors heb je in verschillende soorten, de ene kan meer kleuren weergeven dan de andere. Ook kan de ene fijnere dingen weergeven dan de andere. De monitor is het bekendste uitvoer apparaat. (zie H2 randapparatuur).

Hoofdstuk 2: Randapparatuur 2.1 Het toetsenbord

2.2 De monitor Dit is het bekendste uitvoer apparaat. Hiermee krijg je het resultaat eigenlijk direct op het scherm te zien, bv. als je een letter intikt verschijnt hij gelijk op het scherm. Als je een monitor wilt besturen is een video-kaart of grafische-kaart nodig. Dit is een elektronische schakeling die de bussturing van het beeldschelm verzorgt. Hoe snel dit gaat ligt aan de grafische kaart en de constructie van de computer, ook het aantal kleuren dat de monitor kan weergeven ligt aan de grafische kaarten en het VRAM of DRAM geheugen (het geheugen op de grafische kaart). Natuurlijk moet de monitor ook dezelfde aantal kleuren kunnen weergeven. Grafische kaarten verschillen onder elkaar op de volgende punten:

Bart Raets – Syntra Genk

Hoofdstuk: De werking van een computer

Een toetsenbord zorgt ervoor, als je een letter intikt, dat de computer een seintje krijgt dat er een letter is ingetikt. Het toetsenbord is een deel van de randapparatuur die bij de computer hoort. Het toetsen bord is aangesloten op de computer d.m.v. een stekkertje. Het toetsenbord bestaat uit verschillende delen: Het grootste gedeelte bestaat uit letters, cijfers en leestekens. Dit is alfanumerieke deel. Met behulp van de Shift-toets kun je hoofdletters maken en ook als je de Caps lock toets indrukt. Rechts van het alfanumerieke deel is een blok met pijltjes toetsen en toetsen zoals: PgDn, PgUp, Home enz. Dit zijn de cursorbesturingstoetsen. Hiermee kun de cursor, meestal een knipperend streepje, over het scherm bewegen. Ook zitten hier de toetsen insert en delete hiermee haal je tekens weg of voeg je tekens tussen de tekst. Helemaal recht zijn de cijfertoetsen, er zijn ook cijfertoetsen in het alfanumerieke deel van het toetsenbord, maar bij het invoegen van veel getallen gaat dit veel sneller. Dit wordt het numerieke deel genoemd. Boven aan het toetsenbord zie je een rij toetsen met de opschriften F1 t/m F12. Dit zijn de functie-toetsen. Hiermee geef je de computer bepaalde opdrachten om iets uit te voeren. De toetsen Shift, Alt, Ctrl gebruik je in combinatie met andere toetsen. De shift-toets gebruik je om hoofdletters te maken en de Alt- en Ctrl-Toets hebben een bepaalde functie in een programma. De backspace toets gebruik je om een teken voor de cursor te wissen. De enter-toets gebruik je om de cursor aan het begin van de volgende regel te zetten of om programma's af te sluiten. De escape-toets is een ontsnappingstoets hiermee kun je een programma of bepaalde opdracht onderbreken.

3


1.Kleur of monochroom, 1 kleur of meerdere. 2.Aantal kleuren. 3.Resolutie, het aantal puntjes (pixels) horizontaal en verticaal.

2.3 De muis De muis is een klein apparaatje dat je met je hand over het scherm beweegt. De wat moderne muizen passen precies in je hand. Als je wat wilt aanklikken druk je de knop in, er wordt dan binnenin een klein schakelaartje in gedrukt dat een signaal geeft aan de computer. De software die de muis bestuurd zorgt dan dat de informatie omgezet wordt b.v. iets aanklikken. Het balletje dat in de muis zit maakt contact met 2 wieltjes. De ene registreert de horizontale bewegingen en de andere de verticale bewegingen. Bij elk wieltje hoort een sensor die de snelheid en de richting meet. Deze vertaalt deze gegevens en stuurt ze naar een cursor op het scherm. Zo beweegt de cursor.

2.4 Een modem Het woord modem betekend: MOdulator-DEModulator. Met een modem kun je twee computers met elkaar verbinden via de telefoonlijn. Je kunt dan programma's uitwisselen over de telefoon lijn. Een computer werkt met binaire getallen (enen en nullen). De modem zet deze getallen om in geluidssignalen. Dit is moduleren. Deze worden op de gewone manier. De geluidssignalen gaan dan via de telefoonkabel naar de andere computer (met modem.). De modem in die computer zet de gegevens weer om in digitale getallen. De computer aan de andere kant kan ze dan weer gewoon gebruiken. Om een modem te besturen is een programma nodig, zo'n programma noemen we een communicatieprogramma. De snelheid waarmee gegevens worden verzonden geven we aan in bps: Bits per seconde. De normale snelheid is ongeveer 56000 bps, maar je hebt ze ook van 28800 bps. Een bit is een 0 (nul) of een 1 (ĂŠĂŠn), acht bits is een letter/cijfer, dus een teken.

Een printer is een apparaat waarmee je dingen die je gemaakt hebt kunt uitprinten. De computer geeft, m.b.v. een programma, een opdracht aan de printer om iets af te drukken. Er zijn verschillende soorten printers: Een matrixprinter: bij deze printer wordt de letter opgebouwd uit puntjes, deze staan zo dicht bij elkaar dat je ze nauwelijks kunt zien. De puntjes worden met kleine naaldjes op papier gedrukt. De naaldjes wordt naar buiten geschoten m.b.v. een magneetje, de naaldjes komen dan op een inktlint. Hier door komt er een puntje op het papier. Een inkjetprinter: een inkjetprinter heeft een printerkop met kleine gaatjes erin. Door de gaatjes wordt, als de kop langs het papier beweegt, inkt gespoten. Deze inkt komt dan op het papier: hier worden de letters/tekens m.b.v. een laserstraal op een ronddraaiende trommel geprojecteerd. Hier ontstaat dan een elektrische lading. Daarna komt de trommel in aanraking met zwart poeder (de toner). Waar de elektrische lading zit blijft poeder zitten. Als er dan een vel papier langs komt wordt m.b.v. hitte het poeder vast op het papier gebrand. Dit gebeurd zo snel dat hij 8/12/16 velletjes p/min. kan halen.

Bart Raets – Syntra Genk

Hoofdstuk: De werking van een computer

2.5 De printer

4


Hoofdstuk 3: Geheugens 3.1 RAM en ROM geheugen 3.1.1 Het ROM geheugen

Het ROM geheugen is een klein deeltje van het interne geheugen. ROM betekent Read Only Memory. Het rom geheugen kun je dus alleen lezen. De fabrikant heeft de gegevens al in het ROM geheugen gezet, toen de computer gemaakt werd. Je kunt ze niet veranderen of verwijderen. Het ROM geheugen regelt dat de computer ( het eerste stuk) goed opstart. 3.1.2 Het RAM geheugen

Het RAM geheugen is het grootste deel van het interne gedeelte van het geheugen. RAM betekent Random Access Memory, dit is het "willekeurig toegankelijk geheugen". Je kunt er gegevens in zetten, bewerken, kopiĂŤren en veranderen. Er is een nadeel aan het RAM geheugen: Als je de computer uit zet wist het zichzelf. Alles wat je op het toetsenbord intikt komt in het RAM geheugen terecht maar ook "delen" van programma's die hebt geladen.

3.2 De diskette Diskettes behoren tot de externe geheugens. Een diskette is makkelijk om informatie tussen PC's over te brengen. Je hebt verschillende soorten diskettes. Dit wordt aan gegeven met inches: 1 inch = 2,5 cm. Je hebt 5,25 inch diskettes en 3,5 inch diskettes. De eerste is een oud soort diskette, hij is slap en het leesvenster is onbeschermd. Je moet ze altijd in een apart hoesje doen om beschadiging te voorkomen. Er zijn twee uitvoeringen: Double Density (DD), standaard schrijfdichtheid met een opslagcapaciteit van 360 KB. High Density (HD), een hoge schrijfdichtheid met een opslag capaciteit van 1,2 MB. De 3,5 inch diskette heb je in drie soorten: Double Density met een opslag capaciteit van 720 KB, High Density met een opslagcapaciteit van 1,44 MB en Quad Density, een uitgebreide schrijfdichtheid met een opslagcapaciteit van 2,88 MB.

3.3 De harde schijf

De gegevens worden opgeslagen op een aantal ronde schijven, ook wel platters genoemd. Deze platen zijn gemaakt van metaal of glas, en aan beide kanten voorzien van een magnetische laag. De gegevens worden magnetisch op de platters opgeslagen. Arm

De koppen zijn gemonteerd aan een draaibare arm, zodat ze elk gebied van de schijf kunnen bereiken. Deze arm wordt aangedreven door een ultrasnelle motor, zodat snel gegevens van verschillende plaatsen op de schijf gelezen kunnen worden. Spindel

Bart Raets – Syntra Genk

Hoofdstuk: De werking van een computer

Platters

5


De platters moeten heel snel ronddraaien om de gegevens snel genoeg te kunnen lezen of schrijven. Daarom zijn de platters vastgemaakt aan een spindel, die snel ronddraait. Afhankelijk van het model van de harde schijf draaien de platters tussen de 4200 en 15.000 rondjes per seconde. Koppen

De koppen zijn verantwoordelijk voor het lezen en wegschrijven van de gegevens. Om gegevens weg te schrijven wordt er een klein stroompje door de kop gestuurd. Hierdoor wordt het patroon van de magnetische laag op de plaat iets aangepast, en zijn de gegevens opgeslagen. Bij het lezen gebeurt het omgekeerde: de kop tast de magnetische gegevens op de platter af en zet deze weer om in kleine stroompjes. De kop hangt op een kleine afstand boven de platter: hierdoor treedt er nauwelijks slijtage op. Printplaat

De elektronische aansturing van de platters, koppen en armen is ondergebracht op de printplaat. De printplaat verzorgt ook de communicatie tussen de harde schijf en Windows. Behuizing

De hele harde schijf is in een behuizing ingebouwd. Deze is goed gesloten, zodat er geen stofdeeltjes bij de platters kunnen komen. Omdat de kop en de platter zo dicht bij elkaar zitten, zou zelfs een klein stofdeeltje er al voor kunnen zorgen dat de kop of schijf beschadigd raakt. Dit wordt ook wel een "head crash" genoemd.

Sommige mensen denken dat de binnenkant van een harde schijf vacuüm gezogen is, en dat je hem daarom niet zelf open mag schroeven. Dit is echter een sprookje: binnen in de behuizing is wel degelijk lucht aanwezig. Een harde schijf in vacuüm zou zelfs niet werken: de lucht is nodig om ervoor te zorgen dat de koppen de platters niet raken. Door de speciale vorm van de arm kan deze als het ware drijven op de aanwezige luchtlaag. Het openschroeven van een harde schijf is echter wel uit den boze: als je de harde schijf zelf open zou maken, komt er zo veel stof in het mechanisme dat de schijf direct onbruikbaar wordt. Harde schijven worden dan ook gemaakt en gerepareerd in speciale cleanrooms. Dit zijn ruimtes die absoluut stofvrij zijn.

3.3.1 De opbouw van de harde schijf Een harde schijf is een luchtdicht afgesloten kastje waarin een aantal ijzeren schijven zitten. Op deze schijven zit een magnetische laag waarin gegevens kunnen worden vast gelegd. Deze magnetische, concentrische cirkels noemen we de tracks of sporen. Een track is ongeveer 1/1000 mm. lang en bestaat uit magnetisch gerichte deeltjes. Elk deeltje kan in twee standen staan een een of een nul (een bit dus). Als de computer aan staat draait de harde schijf met constante snelheid rond. Dit zijn enkele duizenden omwentelingen p/min.. De informatie, enen of nullen, worden via een lees/schrijfkop omgezet in stroomimpulsen die naar het geheugen worden gestuurd, andersom kan ook. De lees/schrijf kop kan op elk spoor worden gezet om

Bart Raets – Syntra Genk

Hoofdstuk: De werking van een computer

Geen vacuüm

6


de informatie te lezen. De afstand tussen kop en schijf bedraagt minder dan 1/1000 mm. Een schijf heeft twee koppen, een aan de boven kant en een aan de onderkant. Ze zijn allemaal boven elkaar geplaatst. Er kunnen dus 6 sporen tegelijkertijd worden gelezen. Men noemt dit een cilinder, omdat ze boven elkaar liggen. Het aantal cilinders komt dus overeen met het aantal sporen per schijf. Om de koppen snel op de gewenste plaats te krijgen is er een voice-coilmotor aanwezig. De sterkte van het magnetische veld bepaalt de stand van de koppen, door de sterkte te veranderen kan de kop naar een andere plaats gebracht worden. Als de harde schijf een schok krijgt kan de kop het oppervlak raken van de schijf, hierdoor kan er informatie verloren gaan. Bij de meeste nieuwe schijven is er een soort klok ingebouwd, die als de harde schijf minder dan 2 sec. niet gebruikt wordt de kop op een veilige plaats zet.

3.3.2 De capaciteit van de harde schijf Een harde schijf kan een bepaalde hoeveelheid informatie opslaan, de opslagcapaciteit. Om de opslag capaciteit te kunnen berekenen heb je wat meer informatie nodig: Het aantal schijven dat er in de harde schijf zit, het aantal sporen aan elke zijde van de schijf dit zijn er 300 tot >1000, de sporen bestaan uit een aantal stukken: de sectoren. Elke sector bestaat uit 622 bytes waarvan 512 voor opslag dienen en 110 voor de identificatie van de sector. Met deze informatie kun je de opslag capaciteit bereken. Je doet dat zo: Aantal schijven in het kwadraat maal het aantal tracks per schijf maal het aantal sectoren per track maal het aantal bytes per sector. b.v. 2 (schijven) x 2 (2 kanten) x 304 (sporen) x 17 (sectoren) x 512 (de bytes) = 10 MB Een bit is het kleinste deeltje dat er bestaat een een of een nul, daarna komt de byte: 8 enen of nullen, vervolgens komt de kilobyte: dit zijn 1024 bytes, dan komt de megabyte: dit is 1024 KB, als laatste komt de gigabyte: dit zijn 1024 MB. Bij een computer is het dus nooit geen 1000 maar altijd 1024.

3.3.3 De doorvoersnelheid van de harde schijf

·

aantal bytes per sector

·

aantal sectoren per spoor

·

rotatiesnelheid van de platen per seconde. Dus: aantal omwentelingen per sec. maal de sectoren maal het aantal bytes. De nieuwste computers halen makkelijk een doorvoersnelheid van 1 MB per sec. , de wat oudere pc's halen niet meer dan 100 Kb per sec. Als een harde schijf het aantal gegevens niet aan kan kun je een interleave toepassen, de harde schijf slaat dan een aantal sectoren over, de processor kan dan ook even op adem komen. 3.3.4 Toegangstijd De toegangstijd is de tijd die tussen het lezen van een sector en de opdracht die er gegeven was zit. Deze tijd wordt uitgedrukt in milliseconden. De toegangstijd is afhankelijk van de positie van de lees/schrijfkop, je neemt dan ook altijd het gemiddelde. De toegangstijd kun je in twee delen verdelen: de tijd die nodig is om het juiste spoor te vinden (zoektijd/seek time) en de tijd die nodig is om op het spoor de juiste

Bart Raets – Syntra Genk

Hoofdstuk: De werking van een computer

De doorvoersnelheid is het aantal bytes dat per seconde ingelezen kan worden en naar het geheugen overgebracht kan worden. In het Engels noemt men de doorvoersnelheid transferrate. De doorvoersnelheid is heel eenvoudig te berekenen aan de hand van de volgende punten:

7


sector te vinden (de latentietijd/latency). Als een schijf 60 omwentelingen per seconde heeft zal een sector elke 16,7 ms. langs komen, je deelt dit door twee en je hebt de toegangstijd: 8,3 ms. http://www.geek.be/multimedia/hoe-werkt-een-harde-schijf

Live werkende HD: http://www.youtube.com/watch?v=9eMWG3fwiEU

Bart Raets – Syntra Genk

Hoofdstuk: De werking van een computer

http://server.idemdito.org/svt/disk/werking.htm

8


HD head crash: http://www.youtube.com/watch?v=8hSHBO-yZRg HD, hoe het werkt: http://www.youtube.com/watch?v=t6wTZhsffEE Hoe een HD laten crashen: http://www.youtube.com/watch?v=6YbHCKkzqgQ

3.4 Andere geheugens

Hoofdstuk: De werking van een computer

Een tape bij een tape streamer, is een soort cassette bandje waar gegevens kunnen worden opgeslagen. Een CD-ROM, een cd waar gegevens kunnen worden opgeslagen. Een WORM, hier kun je een keer gegevens opzetten en er niks aan veranderen.

Bart Raets – Syntra Genk

9

00_De werking van een computer  

2011 Bart Raets Syntra Genk