Architectuur/Hardware 1 - introductie

• Informatica
• WO
• Studiejaar 4,5

             E. Architectuur/ Hardware

Fundament

Kerndomein E. Architectuur 

4. Hardware

https://fundament-online.nl/leeromgeving/content.php?id=49132

Wat weet je al over de hardware
in een computer?

Leerdoelen 1/2

Je kunt na deze les:

• kort uitleggen wat de Von Neumann-architectuur inhoudt
  
• in je eigen woorden vertellen wat een CPU doet
  
• het verschil tussen ROM en RAM duiden
• de functie van een moederbord aangeven
  
• het verschil tussen een HDD en SSD uitleggen
  
• ...

Rode achtergrond betekent: klas is stil, dit zijn de leerdoelen en quizzes waarbij niet overlegd mag worden.

Doel van deze les is om het leren zichtbaar te maken voor zowel leerling als docent.

Leerdoelen 2/2

• aangeven welke onderdelen bij de core horen
  
• vertellen welke onderdelen bij de peripherals horen
  
• een desktopcomputer uit elkaar halen en weer in elkaar
   zetten
• uitleggen waar je op moet letten als je een desktop of
   laptop wil gaan kopen

Rode achtergrond betekent: klas is stil, dit zijn de leerdoelen en quizzes waarbij niet overlegd mag worden.

Doel van deze les is om het leren zichtbaar te maken voor zowel leerling als docent.

Von Neumann-architectuur 1/2

Computers zijn ingericht volgens Von Neumann-architectuur (ook wel: Von Neumann-model of Princeton-architectuur) 

Centraal daarbij staat de 

processor (ook wel CPU of Central Processing Unit) en het 

interne geheugen (twee versies: ROM of Read-Only Memory en RAM of Random-Access Memory)

Von Neumann-architectuur 2/2

Von Neumann-architectuur:

• CPU, ROM/RAM vormen samen de kernapparatuur (core)
• Andere onderdelen zijn randapparatuur (peripherals)
• CPU leest de ROM en communiceert met de RAM
• CPU kun je zien als de hersenen
• RAM kun je zien als het korte geheugen (werkgeheugen)
• CPU stuurt externe invoer en uitvoer naar randapparaten

Processor (CPU) 1/5      

CPU heeft twee functies:

• Besturingsorgaan​
• Rekenorgaan​

Taken zijn (onder andere):​

1) ophalen van instructies en gegevens, 2) uitvoeren van berekeningen (rekenorgaan), 3) opslaan van resultaten in, 4) regelen van de uitvoer van gegevens

Processor (CPU) 2/5      

De CPU is het brein van de computer

De CPU heeft verschillende snelheden:

• MIPS = Million Instructions Per Second = verwerkings-
  
• FLOPS = Floating Point Operations Per Second = bereken-
  
• Hz = Hertz = klok-

Processor (CPU) 3/5      

De kloksnelheid van een CPU verwijst naar 

het aantal cycli per seconde dat de CPU kan uitvoeren (uitgedrukt in hertz) ... dat kan het aantal MIPS/FLOPS vergroten, maar dat hoeft niet (bv. door efficiëntie)

Vroeger waren dat MHz (MegaHertz = miljoen cycli per sec.)

maar tegenwoordig in GHz (GigaHertz = miljard cycli p/s )

Processor (CPU) 4/5      

Kortom:

• MIPS en FLOPS zijn gerelateerd aan de prestaties van een
   processor in termen van instructieverwerking en
   rekenkracht
• Hz geeft de kloksnelheid van de processor aan, wat een
   belangrijke factor is die van invloed is op de algehele
   prestaties, maar niet het enige bepalende aspect

Processor (CPU) 5/5      

Er zijn meerdere soorten en maten CPU's

Een CPU wordt geplaatst op het moederbord 

(straks meer informatie hierover) 

Doordat er verschillende maten zijn, 

moeten (!) de CPU en het moederbord dus 

bij elkaar passen 

Geheugen (ROM en RAM) 1/3

De ROM en RAM vormen samen het korte termijn geheugen van de computer (ROM is klein, RAM is groter)

De ROM wordt ook wel firmware of BIOS genoemd

De ROM is relatief klein qua formaat (paar MegaBytes), maar is extreem belangrijk voor het systeem (niet alleen opstarten, maar ook functioneren)

Geheugen (ROM en RAM) 2/3

Hoe meer RAM een computer heeft (GigaBytes tegenwoordig), hoe meer dingen er tegelijkertijd uit te voeren zijn... je kunt dit vergelijken met uit je hoofd een som berekenen, hoe meer RAM je hebt, hoe meer getallen je in je hoofd kunt bijhouden

De ROM is in principe alleen-lezen, maar in de RAM kan ook geschreven worden

Geheugen (ROM en RAM) 3/3

ROM zit vast op je moederbord, maar RAM komt in verschillende soorten (DRAM, SRAM, SDRAM, VRAM, NVRAM, MRAM, PRAM) en (daarbinnen) in verschillende maten

Bij desktopcomputer wordt met RAM meestal SDRAM bedoeld en de maten daarbinnen zijn tegenwoordig DDR, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5

Randapparatuur

Voorbeelden van randapparatuur zijn:

• harde schijf (kun je zien als langetermijn geheugen)
  
• beeldscherm
  
• muis
• toetsenbord
• grafische kaart
• moederbord
  

Systeemsnelheid

Wat van belang is om te weten is dat de snelheid van het hele systeem te vergelijken is met een ketting: het geheel is zo sterk als de zwakste schakel...

met andere woorden, de snelheid van het systeem is zo snel als het langzaamste onderdeel (de zgn. bottleneck)

Moederbord 1/2

Het moederbord (ook wel: mainboard of motherboard) verbindt alle onderdelen van de computer; 

alles (!) is hierop aangesloten

Feitelijk is het een grote 

printplaat met chips en

aansluitpunten

Moederbord 2/2

Veel randapparatuur zit tegenwoordig op het moederbord

Denk aan de netwerkkaart en geluidskaart

Vaak zit ook er een grafische chip op het moederbord, zodat je niet een aparte grafische kaart hoeft aan te schaffen... maar als je grafisch intensieve programma's (zoals spellen en PhotoShop gebruikt dan heb je al snel een aparte grafische kaart nodig)

Harde schijf / SSD

De functie van lange termijn geheugen wordt uitgevoerd door de harde schijf (HDD of Hard Disk Drive) of Solid-state drive (SSD)

Dit is waar je programma's op installeert of lokale bestand op opslaat ( meestal schijfletter C: )

Grafische kaart 1/3

Een grafische kaart (gfx) heeft (tegenwoordig) een GPU (Graphical Processing Unit), en heeft eigen geheugen (VRAM) dat vast op de kaart zit (apart upgraden gaat dus niet, het zit op de kaart zelf)

VRAM is tegenwoordig GDDR5, GDDR6, HBM2 of GDDR5X

Op dit moment tussen 4GB en 24GB (of hoger)

Grafische kaart 2/3

Sommige moederborden kunnen twee grafische kaarten tegelijk besturen (er zijn verschillende technieken voor, zoals CrossFire en SLI)

GPU wordt tegenwoordig ook gebruikt voor AI, omdat (onder andere) de interne architectuur en parallel processor kracht beter is dan bij een CPU

Grafische kaart 3/3

Er bestaan ook externe grafische kaarten (eGPU), wat bijvoorbeeld handig kan zijn als je op een laptop wil gamen, terwijl de grafische kaart daarvan niet goed (genoeg) is

Een eGPU kan ook handig zijn als je lokaal een AI wil gaan uitvoeren die gebruik kan maken van de eGPU

Modulair

Een desktopcomputer is modulair, de apparatuur kan worden vervangen op het moederbord, zoals de CPU, de RAM, en bijvoorbeeld de grafische kaart(en)

Bij een laptop is veel meer geïntegreerd, waardoor upgraden lastig is... vaak kan alleen de HDD/SSD of RAM worden vervangen

Opdracht

1. G

Woordweb over CPU, ROM/RAM aangesloten op het moederbord

Leerdoelen 1/2

Je kunt nu:

• kort uitleggen wat de Von Neumann-architectuur inhoudt
  
• in je eigen woorden vertellen wat een CPU doet
  
• de functie van een moederbord aangeven
  
• het verschil tussen een HDD en SSD uitleggen
  
• ...

Rode achtergrond betekent: klas is stil, dit zijn de leerdoelen en quizzes waarbij niet overlegd mag worden.

Doel van deze les is om het leren zichtbaar te maken voor zowel leerling als docent.

Leerdoelen 2/2

• aangeven welke onderdelen bij de core horen
• vertellen welke onderdelen bij de peripherals horen
• een desktopcomputer uit elkaar halen en in elkaar
   zetten
• uitleggen waar je op moet letten als je een desktop of
   laptop wil gaan kopen

Rode achtergrond betekent: klas is stil, dit zijn de leerdoelen en quizzes waarbij niet overlegd mag worden.

Doel van deze les is om het leren zichtbaar te maken voor zowel leerling als docent.

Rockwell Retro Encabulator

https://www.youtube.com/watch?v=RXJKdh1KZ0w

Exit ticket

https://forms.gle/7J97NiRs9nqWjk5V6