2015 reader - hardware
F. Vonk versie 1 21-11-2015
inhoudsopgave 1.
inleiding .............................................................................................. - 2 -
2.
hardware ............................................................................................. - 3 -
3.
moederbord ......................................................................................... - 4 -
4.
RAM .................................................................................................... - 5 -
5.
grafische kaart ..................................................................................... - 7 -
6.
opslag ................................................................................................. - 9 -
7.
RAID ................................................................................................. - 15 -
8.
additionele insteekkaarten ................................................................... - 17 -
9.
voeding ............................................................................................. - 18 -
10.
toetsenbord ....................................................................................... - 19 -
11.
muis ................................................................................................. - 21 -
12.
beeldscherm ...................................................................................... - 23 -
13.
randapparatuur voor gehandicapten...................................................... - 26 -
Dit werk is gelicenseerd onder een Creative Commons Naamsvermelding – NietCommercieel – GelijkDelen 3.0 Unported licentie Deze reader is deels overgenomen uit Hoofdstuk 3 van de informatica methode van Remie Woudt. De afbeelding op het voorblad is verkregen via INFOwrs. Copyright © 2010 INFOwrs Serviços em informatica.
-1-
1. inleiding Om informatica "tot leven te brengen" hebben we computer hardware (computers) nodig. Bovendien kunnen we met computers een heleboel leuke dingen doen. Een populaire computer is de PC (Personal Computer). Daarom is het handig om te weten wat er in en aan een PC zit. Op die manier kun je de juiste PC voor jezelf kopen en er desnoods één zelf samenstellen of zelfs bouwen. Ook begrijp je dan beter hoe andere computers, zoals laptops en smartphones, in elkaar zitten. Welkom bij de reader module hardware. In deze module behandelen we de componenten die je in een PC terugvindt en die aan een PC vast zitten (randapparatuur). Ook laten we zien hoe deze componenten samenwerken. Let op, links in dit document hebben een rode kleur.
-2-
2. hardware Er zitten best veel hardware onderdelen in een computer. We kunnen deze onderdelen verdelen in interne en externe hardware. De volgende onderdelen scharen we onder het kopje interne hardware:
moederbord
CPU
RAM
grafische kaart
harde schijf of solid state schijf
CD/DVD/Blu-ray speler of brander
diskettestation
additionele insteekkaarten
voeding
De volgende onderdelen scharen we onder het kopje randapparatuur:
toetsenbord
muis
scanner
beeldscherm
printer
luidspreker
netwerkapparatuur
randapparatuur voor gehandicapten
In de volgende hoofdstukken gaan we veel van deze onderdelen in meer detail behandelen.
-3-
3. moederbord Een belangrijke component van het moederbord is de BIOS. BIOS staat voor Basic Input and Output System en bevat de informatie over hoe de computer met die zaken om moet gaan, die nodig zijn voor het opstarten. Bijvoorbeeld welke harde schijven en RAM er in de computer zitten en hoe die aangesproken moeten worden. Maar ook hoe te reageren op toetsenbord aanslagen en muisbewegingen. Het zal duidelijk zijn dat dat al bekend moet zijn bij de computer voor je een besturingssysteem (operating system), zoals Windows of Linux, op kunt starten. Zoals eerder gezegd wordt de BIOS uitgelezen tijdens de POST, de Power On Self-Test. De opvolger van de BIOS is de UEFI (Unified Extensible Firmware Interface). Vaak wordt er UEFI BIOS gezegd, maar dat is feitelijk niet correct. de UEFI is gewoon de vervanger van de BIOS. Als je meer wilt weten over de UEFI, kijk dan eens op Computerworld. Harde schijven en ook DVD spelers worden tegenwoordig aangesloten op SATA (Serial Advanced Technology Attachment) poorten. Vroeger werden deze componenten op tragere IDE (Integrated Drive Electronics) poorten aangesloten. Deze poorten noemden we ook wel PATA (Parallel Advanced Technology Attachment) poorten. AGP (Accelerated Graphics Port) werd vroeger gebruikt voor het aansluiten van een grafische kaart. Inmiddels is deze interface verouderd en vervangen door PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express), afgekort als PCI-E, waarmee veel hogere snelheden bereikt kunnen worden. PCI-E is overigens niet alleen bedoeld voor grafische kaarten maar is de opvolger voor de oude PCI sloten. Andere insteekkaarten zoals geluidskaarten en netwerkkaarten worden tegenwoordig ook in PCI-E varianten geleverd.
-4-
4. RAM Het RAM (Random Access Memory, oftewel intern of werkgeheugen) bestaat uit een kaart (module) met daarop geheugenchips. De module kan in het moederbord gestoken worden om zo op eenvoudige manier de hoeveelheid werkgeheugen in een PC uit te breiden. Wil je het geheugen vervangen let er dan wel op dat je de juiste soort geheugen koopt. Er zit bijvoorbeeld verschil in de aansluiting, snelheid en cache, dus de kans is aanwezig dat een geheugenmodule niet op het moederbord past of er niet goed mee samenwerkt.
Figuur 1: diverse soorten RAM geheugen modules1
Qua werking zijn er verschillende geheugentypen. Op het hoogste niveau kunnen we onderscheid maken tussen DRAM (dynamisch) en het SRAM (statisch). DRAM bestaat uit één transistor per bit die in een bepaalde toestand wordt gehouden door een condensator. Die condensator moet snel achter elkaar telkens weer opgeladen worden. De condensator maakt DRAM langzamer dan SRAM en het verversen van het DRAM maakt dit type geheugen ook minder energiezuinig. Het is echter wel goedkoper dan SRAM omdat SRAM een flip-flop schakeling bevat en er daarom een factor 6 meer transistors nodig zijn dan voor DRAM. SRAM wordt typisch toegepast in de caches van bijvoorbeeld de CPU. Binnen het DRAM kan nog onderscheid gemaakt worden tussen gewoon DRAM en SDRAM. SDRAM staat voor Synchronous DRAM. Door het RAM synchroon te maken weet de CPU wanneer er in het RAM geschreven of eruit gelezen kan worden. Dit voorkomt dat de CPU en het RAM uit fase gaan lopen en is daarom sneller.
1
upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/RAM_n.jpg
-5-
Ook bij het SDRAM kan weer onderscheid gemaakt worden. Hier onderscheiden we SDR en DDR SDRAM. SDR staat voor Single Data Rate en DDR staat voor Double Data Rate. DDR SDRAM is twee keer zo snel als SDR SDRAM omdat het twee geheugenopdrachten per klokcyclus kan verwerken in plaats van één. DDR SDRAM is tegenwoordig het meest gebruikte type geheugen en komt in diverse snelheden. Je kunt de snelheid bepalen aan de hand van de naam. Zo wordt tegenwoordig meestal DDR3 SDRAM gebruikt maar er bestaan ook DDR4 en DDR5 varianten. De DDR5 variant wordt veel gebruikt als geheugen voor de GPU, we spreken dan van GDDR5 (Graphics DDR) geheugen.
-6-
5. grafische kaart De grafische kaart wordt ook wel videokaart genoemd al dekt deze naam de lading eigenlijk niet. Het hart van een videokaart is de GPU (Graphics Processing Unit), net als de CPU het hart van de PC is. Je vindt een GPU tegenwoordig soms ook op het moederbord, bijvoorbeeld in de Northbridge, of in de CPU. Een GPU die op het moederbord of in de CPU zit is doorgaans niet bijzonder snel. Ze voldoen voor dagelijkse toepassingen zoals tekstverwerken en browsen op het internet. Ze zijn goedkoop en energiezuinig. Wanneer je echter grafisch intensieve software wilt gebruiken of vette games wilt spelen voldoen ze niet. Een aparte videokaart is dan een must.
Figuur 2: een NVIDIA GPU2
Zoals gezegd zit er op videokaart een GPU, maar er zit ook eigen geheugen (van het type GDDR) en eigen koeling op. De high-end (snelle) GPU chips zitten altijd op videokaarten. Deze produceren veel warmte en soms moeten er wel drie ventilatoren op een videokaart zitten, zoals je kunt zien in Figuur 3.
Figuur 3: een high-end videokaart3
2
www.blogcdn.com/www.engadget.com/media/2008/07/7-25-08nvidia_geforce_9m_9600m_gt.jpg 3 cdn.pcworld.idg.com.au/dimg/700x700/dimg/2_8.JPG
-7-
Tegenwoordig wordt een videokaart via een PCI-E slot op het moederbord aangesloten. Vroeger gebruikte men AGP en PCI sloten maar deze zijn veel trager dan PCI-E. De snelheid van de onderdelen op een geavanceerde (high-end) videokaart, zoals de GPU en het geheugen, komen niet tot hun recht bij de oude AGP en PCI sloten. Van sommige typen grafische kaarten kun je er meerdere op je moederbord aansluiten en ze laten samenwerken. Dit wordt in de PC voornamelijk toegepast om high-end games op de hoogste resolutie en het hoogste detail niveau te laten werken. De grote spelers op het gebied van de GPU zijn NVIDIA en AMD. Beiden hebben een eigen manier om meerdere videokaarten samen te laten werken. Bij NVIDIA heet deze techniek SLI (Scalable Link Interface) en bij AMD CrossFireX, zie Figuur 4. Met een extra grafische kaart kun je bovendien makkelijk meerdere monitoren op de computer aan sluiten.
Figuur 4: vier videokaarten gekoppeld via CrossFireX4
High-end videokaarten gebruiken relatief veel vermogen en wanneer je er vier in je PC hebt zitten moet je een voeding met veel vermogen aanschaffen.
4
content.hwigroup.net/images/news/r4850t2d512_crossfire_2_550.jpg
-8-
6. opslag magnetische opslag De geschiedenis van de magnetische opslag gaat terug tot de magnetische tape. Deze tape was indertijd al bekend omdat die gebruikt werd voor het opnemen van muziek. De eerste toepassing voor data opslag stamt uit 1951. In 1956 introduceerde IBM de eerste harde schijf die ze RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) noemden. Deze bestond uit 50 gestapelde magnetische schijven met een diameter van 24 inch (61 centimeter). Er waren twee lees-/schrijfkoppen en de opslagcapaci6
teit5 was 5 MB (megabyte, 10 bytes). Hij had een gewicht van 1000 kilogram. Sinds de uitvinding van de RAMAC is de opslagcapaciteit van harde schijven elk jaar gegroeid en zijn ze steeds kleiner geworden. De tegenwoordige harde schijven komen al ruim boven de 1 TB (terabyte, 1012 bytes) en zijn daarmee meer dan 200.000 keer zo groot wat opslagcapaciteit betreft. Ook draaien de schijven in de casing tegenwoordig veel sneller dan vroeger. Gangbare snelheden zijn 5400 en 7200 toeren.
Figuur 5: de binnenkant van een harde schijf6
In de huidige computers is de harde schijf de bekendste vorm van data opslag. In de begintijd van de PC gebruikte men de floppy disk die gelezen en geschreven kon worden door een FDD (Floppy Disc Drive). De allereerste had een diameter van 8 inch en een opslagcapaciteit van 80 KB (kilobyte, 103 bytes). Later kwamen de 5¼ inch schijven met een opslagcapaciteiten van 180 KB, 360 KB of 1,2 MB en tenslotte de 3½ inch floppy's met een opslagcapaciteit van 720 KB of 1,44 MB. In tegenstelling tot de harde schijf bestaat de floppy uit een slappe kunststof schijf die wat materiaal betreft vergelijkbaar is met de magnetische tape.
5
Vroeger was er altijd discussie of 1 KB (kilobyte) nu 1000 of 1024 bytes was. Informatici werkten met 1024 bytes maar commercieel werd er met 1000 bytes gewerkt. Om misverstanden te voorkomen is er nu afgesproken dat 1 KB gelijk is aan 1000 bytes en 1 KiBi gelijk is aan 1024 bytes. Een MiBi is dus gelijk aan 1.048.576 bytes en een GiBi aan 1.073.741.824 bytes. 6 deeperbeige.com/files/blog/hdd-innards.jpg
-9-
Figuur 6: verschillende maten floppy's7
Ook al zit een harde schijf (HDD; Hard Disk Drive) in de computerkast, spreken we toch vaak over extern geheugen. Het zit namelijk niet direct op het moederbord aangesloten maar via kabels. Dit in tegenstelling tot bijvoorbeeld het RAM dat we dan ook intern geheugen noemen. De werking van magnetische opslagmedium is gebaseerd op zeer kleine magnetische deeltjes die met behulp van een schrijfkop een bepaalde stand aannemen. De richting waarin zo’n magnetisch deeltje wijst bepaalt bij het lezen of we te maken hebben met een 1 of een 0. De lees-/schrijfkop strijkt bij een floppy tegen het materiaal aan in tegenstelling tot bij de harde schijf waar de leeskop op een minuscule hoogte boven het oppervlak zweeft. Daardoor gaat een harde schijf vele malen langer mee dan een floppy. Gegevens die op de harde schijf zijn opgeslagen, blijven over het algemeen minstens zo'n 10 jaar intact. De levensduur van een harde schijf hangt voornamelijk af van twee dingen: de temperatuur en mechanische schokken. Bij een PC die stil staat hoeft alleen op de temperatuur gelet te worden. Een vuistregel is dat bij iedere 10 graden hogere temperatuur de levensduur halveert. Er zijn dan ook speciale behuizingen en ventilatoren om harde schijven te koelen.
Figuur 7: indeling van een platter8
7 8
upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/aa/Floppy_disk_2009_G1.jpg www.auslogics.com/en/articles/defragmentation/
- 10 -
Een harde schijf bestaat uit meerdere platters (fysieke magnetische platen) die zowel aan de onder- als bovenkant geschreven en gelezen kunnen worden met een zogenaamde kop. Iedere kant heeft een eigen lees-/schrijfkop. Een harde schijf met 4 platters heeft dus 8 koppen. De platters zijn dunne metalen cirkelvormige platen met een dun magneetlaagje erop. Bij de fabricage wordt iedere platter geformatteerd (de zogenaamde low-level format) en daarmee onderverdeeld in tracks (sporen) en sectoren (een soort van taartpunten, zie Figuur 7). De twee tracks aan de beide zijdes van dezelfde platter noemen we een cilinder. Door het low-level format krijgt de schijf een indeling in sectoren, de kleinste eenheid die in één bewerking door een kop verwerkt kan worden. Elke sector heeft daarbij een uniek nummer zodat de schijfcontroller weet waar de koppen naar toe gestuurd moeten worden om data te lezen of schrijven. Bij de huidige harde schijven heeft men de structuur veranderd om zo meer informatie op te kunnen slaan. Daarbij hebben de buitenste sporen meer sectoren dan de binnenste. De data op een harde schijf bestaat uit lange rijen bits, maar als we via de verkenner van bijvoorbeeld Windows de schijf gaan benaderen zien we een structuur van mappen en bestanden. Het besturingssysteem vertaalt de rijen bits naar de informatie die we als gebruiker zien, dus de mappen en bestanden, en omgekeerd. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een bestandssysteemformaat (file system format). Het momenteel meest gebruikte formaat bij een PC is NTFS (New Technology File System) dat zowel door Windows, Mac OS, Unix en Linux gebruikt wordt. Vroeger werd FAT (File Allocation Table) gebruikt maar dat is niet bijzonder efficiënt wat opslag betreft. Bij Linux en Mac OS wordt tegenwoordig ook het Ext4 (Extended File System) formaat gebruikt. Het kan zijn dat er tijdens het formatteren slechte plekken op de schijf worden gevonden die beschadigde sectoren (bad sectors) worden genoemd. Moderne harde schijven constateren de bad sectors zelf en proberen ze door speciaal gereserveerde goed werkende sectoren te vervangen. Hierdoor merken zowel het besturingssysteem als de gebruiker niets van de bad sectors. Vaak worden ook gegevens over mechanische problemen van de harde schijf opgeslagen in de controller van de harde schijf. Om die gegevens op te vragen is een standaard ontwikkeld die SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology) heet. Als gegevens nog wel leesbaar zijn, maar minder betrouwbaar, dan kan SMART via het besturingssysteem de gebruiker waarschuwen dat de harde schijf binnenkort kapot zou kunnen gaan. Ook gegevens zoals de maximale temperatuur die de schijf ooit heeft gehad kunnen zo worden opgeslagen. Dit soort informatie is bedoeld om de oorzaken van het falen van harde schijven te achterhalen.
- 11 -
optische opslag Bij optische schijven, zoals de CD (Compact Disc) en de DVD (Digital Versatile Disc), wordt informatie opgeslagen in de vorm van bobbeltjes (bumps) op het oppervlak. De bumps zorgen ervoor dat laserlicht wordt verstrooid. Het gebied daaromheen is glad en zorgt voor een goede terugkaatsing. Vaak spreekt men van putjes in het oppervlak van de CD maar vanaf de kant waar de laser er op schijnt zijn het de bobbeltjes die zorgen voor een verstrooide terugkaatsing. Je ziet dit goed afgebeeld bij HowStuffWorks. Bij een beschrijfbare CD en DVD bestaat de beschrijfbare laag uit materiaal dat door de laser vervormd kan worden en donkerder wordt. Daarmee ontstaat de verstrooiing van het laserlicht. Als je op de knop naast "Burn CD" duwt bij HowStuffWorks dan zie je hoe dit werkt. De bumps zijn heel erg klein. Daardoor kan het spoor op de CD, dat als een spiraal van binnen naar buiten loopt ook heel klein zijn, namelijk ongeveer 0,2 millimeter. Als je het spoor als een rechte lijn zou kunnen neerleggen dan zou dit spoor meer dan 5 kilometer lang zijn. Bij een DVD is het spoor nog veel smaller en zou je afhankelijk van het type 12 tot 48 kilometer spoor neer kunnen leggen. De opslagcapaciteit van een normale DVD is 4,7 GB (gigabyte, 109 bytes). Bij Blu-ray discs wordt gebruik gemaakt van een blauwe laserstraal. Deze heeft een kortere golflengte dan de laserstraal die bij bijvoorbeeld DVD gebruikt wordt. Bij Blu-ray is de golflengte 450 in plaats van de 650 nanometer die bij DVD gebruikt wordt. Dankzij de kortere golflengte van de laserstraal kunnen de sporen en bumps nog dichter bij elkaar liggen dan bij een DVD. Daardoor kan er meer data op een Blu-ray disc gezet worden. Een Blu-ray disc kan zo'n 25 GB aan informatie opslaan. Dat is ongeveer 5 maal zoveel als op een standaard DVD past. De verwachting is dat deze capaciteit in de toekomst nog verder omhoog zal gaan tot mogelijk 1 TB. De Blu-ray disc is nog niet zo belangrijk voor computertoepassingen maar wel voor de filmindustrie. Het maakt het namelijk mogelijk om films in HD (High Definition) formaat uit te brengen. Net als de Floppy Disk Drive en harde schijf hebben CD, DVD en Blu-ray spelers en branders bewegende delen en zijn daardoor kwetsbaar. Ook de bijbehorende media zijn niet bijzonder robuust. Op HowStuffWorks kun je bekijken hoe het branden van een CD (en DVD) werkt. Is het je opgevallen dat je het woord disk, met een "k", gebruikt in floppy disk en het woord disc, met een "c", gebruikt in Compact Disc? Beide varianten van het woord betekenen hetzelfde namelijk "schijf". Maar om onderscheid tussen magnetische en optische opslagmedia te maken schrijven we in het Engels het woord voor schijf verschillend.
- 12 -
Bij een blauw licht laser zou je denken dat de juiste benaming Blue-ray disc zou moeten zijn. Maar blue is een te algemeen woord. Zou men dat gebruiken als benaming dan is het moeilijk die naam te beschermen (patenteren). Om te voorkomen dat iedereen zomaar de benaming Blue-ray zou mogen gebruiken heeft men ervoor gekozen de e weg te laten en heet hij dus Blu-ray.
solid state opslag Solid state opslag is een manier van gegevens bewaren met behulp van elektriciteit. Het lijkt op het principe van RAM alleen kan er met deze technologie niet-vluchtig geheugen worden gemaakt. Niet-vluchtig betekent dat de informatie bewaard blijft, ook als de stroom uitgeschakeld wordt. Deze vorm van geheugen heet flash geheugen en wordt onder andere gebruikt voor USB sticks en uitbreidingskaarten, zoals Compact Flash Cards, voor mobiele apparaten, zoals smartphones.
Figuur 8: diverse soorten solid state opslagmedia9
Door het gebruik van elektriciteit zitten er in solid state opslag geen bewegende onderdelen waardoor het een zeer robuust medium is. Ook de toegangstijd is zeer klein en treden er weinig lees- en schrijffouten op. Dit maakt het een snel, betrouwbaar en handig opslagmedium. Het is dan ook niet verwonderlijk dat de SSD (Solid State Drive) sterk in opkomst is. Deze vervult dezelfde functie in een PC als een magnetische harde schijf maar bevat dus flash geheugen. Op het moment is de grootte van een SSD nog beperkt maar de verwachting is dat op termijn de traditionele harde schijf helemaal vervangen gaat worden door de SSD. Er zijn nu al veel computersystemen die verkocht worden met alleen een SSD erin. Ook wat stroomverbruik betreft is een SSD voordeliger dan een gewone harde schijf, dus ook voor een laptop is het een prima optie. Er zijn dus diverse soorten solid state opslag. Feitelijk is SDRAM ook een vorm van solid state geheugen en daarmee de snelste variant met een toegangstijd van ongeveer 0,01 milliseconde. Het nadeel van SDRAM is dat het continu onder spanning gehouden moet worden om hetgeen erin staat te bewaren. Verder kennen we nog de USB stick en de eerder genoemde uitbreidingskaarten voor mobiele apparaten zoals smartphones, fototoestellen en MP3 spelers. En tot slot is er nog de SSD. Deze zijn allemaal niet-vluchtig en daardoor significant trager dan SDRAM. Op HowStuffWorks kun je bekijken hoe solid state geheugen werkt.
9
www.explainingcomputers.com/storage.html
- 13 -
cloud opslag Steeds meer zien we dat bedrijven gebruik maken van opslag via internet. Dat gaat meestal niet om normale opslag zoals je je gegevens op je eigen computer bewaart maar vooral voor het maken van een back-up om je gegevens ook buiten de deur te bewaren. In het geval van een calamiteit of storing aan een computer waarbij dataverlies optreedt, is het eenvoudig die data weer terug te halen vanuit het data center.
Figuur 9: denkbeeldige voorstelling van opslag in de cloud10
Eén van de eersten op dit gebied was Amazon met zijn S3 (Simple Storage Service) pakket. En intussen zijn er ook in Nederland diverse bedrijven die dataopslag aanbieden zoals KPN en Online Backup Provider. Eenvoudig in te stellen software zorgt dat er op vooraf ingestelde tijdstippen een back-up gemaakt wordt van je data. Particulieren kunnen tegenwoordig ook makkelijk en gratis digitale opslagruimte via het internet krijgen bij bijvoorbeeld DropBox, Google en Microsoft. Films en foto’s uploaden? Daar kun je bijvoorbeeld Picasa voor gebruiken. Overal bij je data kunnen zonder USB stick bij de hand? Even je bestanden uploaden ergens in de cloud en zo heb je al jouw data altijd binnen handbereik als je een computer en internettoegang hebt. Het klinkt allemaal handig en dat is het vaak ook. Toch zitten er ook risico’s aan vast. Want hoe zit het met de controle en veiligheid? Gevoelige informatie over het internet sturen is toch niet iets waar bedrijven en overheid om zitten te springen. Dus moet je heel goede afspraken maken over hoe de beveiliging is geregeld. Daarnaast moet men niet vergeten dat het internet een relatief traag en niet altijd beschikbaar systeem is. Vandaar dat back-up bedrijven ook de mogelijkheid bieden om harde schijven op te opsturen. Na bezorging wordt alle data overgezet naar de web opslag en kun je er op afstand bij. De reden dat men dit doet is dat de hoeveelheid data zo groot is geworden dat het veel tijd kost om het te uploaden. Eén terabyte uploaden met een snelheid van 100 Mbps (megabit per second) duurt meer dan een dag! En 1 terabyte is tegenwoordig niet zo heel veel data meer.
10
www.cloudfuze.com/wp-content/uploads/2013/03/shutterstock_109953752.jpg
- 14 -
Om cloud opslag mogelijk en handig te maken en te laten blijven worden er steeds meer data centers gebouwd om aan de vraag van particulieren en bedrijven te voldoen. Een aantal jaren geleden maakte men zich zorgen dat er in de toekomst te weinig datacenters zouden zijn, zie het volgende artikel. Ondanks dat we nog steeds grote technologische vooruitgang boeken zal dit waarschijnlijk altijd een zorg blijven.
7. RAID Om gegevensverlies bij een defecte schijf te beperken kunnen meerdere schijven in een RAID (Redundant Array of Independent Disks) configuratie gebruikt worden. Bij bepaalde RAID configuraties worden de gegevens redundant (meer dan één keer) opgeslagen en op verschillende schijven. Daardoor kan, wanneer één harde schijf stuk gaat, het RAID systeem de gegevens herstellen op het moment dat de kapotte schijf wordt vervangen. Populaire RAID configuraties zijn:
JBOD (Just a Bunch of Disks); is feitelijk hetzelfde als meerdere fysieke schijven zonder RAID controller in een PC plaatsen
RAID 0 (striping)
RAID 1 (mirroring)
RAID 5
Figuur 10: RAID 0 en 1 configuraties11
Bij RAID 0 (striping) maak je van twee fysieke harde schijven één logische. In Figuur 10 zie je hoe dit werkt. De data, bijvoorbeeld een bestand, wordt alternerend (afwisselend) op disk 0 als disk 1 geschreven. Hierdoor kan er parallel geschreven worden naar de schijven en dat zorgt ervoor dat RAID 0 sneller is dan schrijven naar een gewone harde schijf. Hetzelfde geldt voor het lezen van data. Het betekent echter ook dat ieder bestand fysiek verdeeld staat over twee verschillende fysieke schijven. Als er dus één fysieke schijf kapot gaat ben je al je data kwijt. RAID 0 wordt typisch toegepast als schrijven en lezen zo snel mogelijk moet zijn en data verlies niet tot problemen kan leiden. Een voorbeeld hiervan zijn de primaire opslagstations in datacenters.
11
nl.wikipedia.org/wiki/Redundant_array_of_independent_disks
- 15 -
Bij RAID 1 (mirroring) maak je van twee fysieke harde schijven ook één logische. In Figuur 10 zie je hoe dit werkt. De data, bijvoorbeeld een bestand, wordt tegelijkertijd zowel op disk 0 als disk 1 geschreven. Hierdoor wordt alle data dubbel geschreven en opgeslagen en levert RAID 1 geen snelheidswinst op ten opzichte van het schrijven naar een gewone harde schijf. Lezen wordt van één van de fysieke schijven gedaan. Door de redundantie ben je geen data kwijt als er één fysieke schijf kapot gaat. RAID 1 wordt doorgaans toegepast als het belangrijk is om geen data te verliezen. Het is wel een dure oplossing omdat je twee keer zoveel fysieke schijven nodig hebt dan normaal. Een voorbeeld hiervan zijn back-up systemen bij bedrijven.
Figuur 11: RAID 5 configuratie12
Bij RAID 5 maak je van vier fysieke harde schijven ook één logische. Technisch gezien kan het ook met drie schijven maar dat wordt in de praktijk weinig gedaan. In Figuur 11 zie je hoe dit werkt. De data, bijvoorbeeld een bestand, wordt alternerend op drie fysieke schijven geschreven en komt de bijbehorende pariteitsinformatie op de vierde schijf te staan. Door de pariteitsinformatie kan het systeem de data herstellen op het moment dat er één harde schijf kapot gaat. De tijd nodig voor het aanmaken en schrijven van de pariteitsinformatie wordt deels gecompenseerd doordat er parallel geschreven kan worden. Bij het lezen heb je de pariteitsinformatie niet nodig en levert het parallel lezen snelheidswinst op. RAID 5 levert dezelfde betrouwbaarheid als RAID 1 maar is minder duur omdat er met pariteitsinformatie gewerkt wordt in plaats van duplicatie. Het vereist wel altijd 4 schijven en geen 2 zodat de investering mogelijk wel groter is. Deze configuratie wordt gebruikt voor dezelfde doeleinden als RAID 1.
12
nl.wikipedia.org/wiki/Redundant_array_of_independent_disks
- 16 -
8. additionele insteekkaarten In de PCI en PCI-E sloten van het moederbord kunnen kaarten worden gestoken om zo de functionaliteit van de PC te vergroten en aan te passen aan de behoeften van de gebruiker. De belangrijkste uitbreidingskaart is natuurlijk de grafische kaart die we eerder behandeld hebben. Maar ook netwerkkaarten, geluidskaarten en TV-kaarten kunnen een uitbreiding voor je PC vormen.
Figuur 12: netwerkkaarten13
Ook van PCI-E zijn er intussen al weer diverse versies, zoals PCI Express 3.0 en 4.0. Ook zijn er meerdere form factors (afmetingen) zoals gewoon PCI-E en PCI-E mini. PCI-E mini wordt typisch gebruikt in laptops.
Figuur 13: een geluidskaart14
13 14
www.computerkopen.org/nieuws/p/6/t/Componenten-in-een-computer-Deel-5.html www.diskidee.be/tag/geluidskaarten/
- 17 -
9. voeding Uiteraard moet een computersysteem aangesloten worden op een spanningsbron om hem te laten werken. Bij een desktop computer zit hiervoor in de computerkast een zogenaamde voeding (PSU; Power Supply Unit in het Engels). De voeding maakt van de binnenkomende netspanning een aantal lagere spanningen waarop de componenten van de computer kunnen werken. Op de voeding kun je aflezen welke spanningen dat zijn, meestal +5V, -5V, +12V en -12V. De voeding zorgt er bovendien voor dat de spanning die binnenkomt via één draad uitgestuurd wordt over een veelheid aan draden. Op die manier heb je niet voor alle componenten in je PC maar één draad naar buiten de PC en één stopcontact nodig. Je kunt dit vergelijken met een grote rivier die bij een rivierdelta opgesplitst wordt in diverse kleinere rivieren.
Figuur 14: een voeding15
Voedingen komen in alle soorten en maten. De ene voeding levert meer vermogen dan de andere. Waar een doorsnee voeding zo'n 500 Watt levert heb je ook voedingen van bijvoorbeeld 850 Watt. Hoe groter het geleverde vermogen hoe meer en hoe snellere componenten en apparaten je er, zowel intern als extern, op aan kunt sluiten. Als een voeding meer vermogen moet leveren zal deze echter ook meer stroom verbruiken. Naast geleverd vermogen hebben voedingen tegenwoordig vaak efficiëntie labels. Deze geven aan hoeveel vermogen ze afnemen om het gespecificeerde geleverde vermogen te realiseren. Voorbeelden van zulke labels zijn bijvoorbeeld 80 plus brons, zilver en goud. Wat deze labels betekenen kun je lezen op Wikipedia.
15
tweakers.net/reviews/716/2/gigabyte-odin-gt-800w-voeding-met-software-aansturinggetest-de-hardware.html
- 18 -
10. toetsenbord Een vrijwel onmisbaar invoerapparaat is het toetsenbord. Ze zijn er in vele soorten en maten en met diverse indelingen maar het komt er kortweg op neer dat je er tekst mee in kunt voeren. Daarnaast zit er een aantal knoppen op met speciale functies. Iedere toets heeft zijn eigen binaire code en op die manier herkent de computer welke knop ingedrukt wordt. In Nederland gebruiken we het QWERTY toetsenbord. Deze aanduiding heeft betrekking op de eerste 6 toetsen vanaf links gerekend op de bovenste rij waar letters op staan, zie Figuur 15. Maar er zijn ook AZERTY toetsenborden die gebruikt worden in Frankrijk en België. Deze zijn vooral bedoeld om het intypen van de in Frankrijk veel voorkomende accenttekens gemakkelijker te maken. In Duitssprekende regio’s kennen we het QWERTZ toetsenbord. Dit toetsenbord komt beter tegemoet aan de speciale tekens in die taal zoals de ß.
Figuur 15: een QWERTY toetsenbord16
De toetsenbord indeling is eigenlijk al behoorlijk oud. Deze stamt van de eerste typemachines en deze indeling werd gekozen om ervoor te zorgen dat armpjes van die typemachines (waar de letters aan vast zaten) niet in elkaar zouden haken bij de meest voorkomende woorden. Maar daarmee werd het niet de meest geschikte toetsenbordindeling om snel en comfortabel mee te typen. Tussen 1920 en 1930 ontwikkelden August Dvorak en William Dealey een toetsenbordindeling waarbij geen rekening werd gehouden met in elkaar hakende armpjes maar vooral met de bedoeling zo comfortabel en snel mogelijk te kunnen typen. Deze indeling werd de Dvorak indeling genoemd. Zowel binnen Windows, Linux en op een Mac kun je de Dvorak-toetsenbordindeling kiezen. Bij een normaal toetsenbord is het redelijk eenvoudig om de toetsen om te wisselen en zo een Dvorak indeling te maken.
16
upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f0/ACNOR_keyboard.jpg/420pxACNOR_keyboard.jpg
- 19 -
Figuur 16: een Veyboard17
Tenslotte is er nog het Veyboard, zie Figuur 16. Een toetsenbord speciaal ontwikkeld om op spreeksnelheid te kunnen typen. Speciale software zorgt ervoor dat toets combinaties (toetsen die tegelijkertijd worden ingedrukt) worden omgezet in hele woorden. Het Veyboard wordt vooral daar gebruikt waar het nodig is de gesproken tekst volledig om te zetten in getypte tekst. Een voorbeeld hiervan is de live ondertiteling bij tv-programma's. Het snelheidsrecord typen met het Veyboard staat op 894 aanslagen per minuut.
17
www.letterval.nl/files/3313/3173/3016/Schrijftolk0.jpg
- 20 -
11. muis Een randapparaat dat nog steeds moeilijk weg te denken is bij een PC is de muis (en bij laptops het touchpad). De eerste muis werd in 1963-1964 ontwikkeld door Douglas Engelbart en William English. Ze noemden het destijds "the X-Y Position Indicator for a Display System". De muis werd vooral populair toen computers overgingen op grafische gebruikersinterfaces zoals in eerste instantie bij de Apple Macintosh en later bij Microsoft Windows. De muis geeft de mogelijkheid je pointer te verplaatsen op het scherm. De verplaatsingseenheid van de pointer heet een mickey (vernoemd naar Mickey Mouse, de bekende muis van Walt Disney).
Figuur 17: één van de eerste muizen18
Er zijn veel varianten op het idee van de muis. Zo kennen we de joystick, de trackball, het touchpad, het grafisch tablet, de gamecontroller en nog vele andere. Het touchpad behoort tot de standaard uitrusting van laptops. Hoewel niet zo handig als een muis is het na even wennen toch goed werkbaar en bespaart het ruimte op je werkblad en hoef je niet overal een muis mee naar toe te nemen. De joystick en de gamecontroller zijn attributen die je vaak tegenkomt bij gameconsoles. Toch zie je de joystick ook redelijk vaak bij de PC om bijvoorbeeld flight simulators te spelen of om vliegtuigen en helikopters te besturen in oorlogsspellen. De trackball, een soort van omgekeerde muis waarmee je met je duim een balletje beweegt, heeft als voordeel dat je er niet mee over je bureaublad hoeft te schuiven. Het gevolg daarvan is dat je weinig werkbladruimte kwijt bent. Toch is de trackball veel minder populair dan de muis. Een grappig weetje is dat de eerste trackball gemaakt werd met een echte bowlingbal.
18
gajitz.com/wp-content/uploads/2009/12/douglas-engelbart-first-mouse-invention.jpg
- 21 -
Figuur 18: één van de eerste trackballs19
Bij het grafisch tablet kun je met een pen op een speciaal oppervlak tekenen en schrijven. Je kunt op die manier je pointer veel natuurlijker en nauwkeuriger bewegen dan met een muis. De nauwkeurigheid hangt natuurlijk wel sterk af van de resolutie van het tablet. De resolutie is het aantal pixels (een beeldschermpuntje) dat getekend wordt op je beeldscherm als je de pen een bepaalde afstand, bijvoorbeeld een centimeter, over het tekenoppervlak van het tablet beweegt. Dit soort tablets wordt met name door architecten, ontwerpers en kunstenaars gebruikt al zijn er ook veel mensen die er gewoon voor de lol digitale tekeningen mee maken. Goede tablets hebben een hoge drukgevoeligheid, dat wil zeggen dat je de dikte van getekende lijnen nauwkeurig kunt beïnvloeden afhankelijk van hoe hard je met de pen drukt. Een concurrent van de muis is het touchscreen. Touchscreens vind je bijvoorbeeld op smartphones. Deze technologie wordt steeds beter en betaalbaarder. Het is niet ondenkbaar dat touchscreens de muis op termijn geheel of gedeeltelijk gaan vervangen.
19
www.ieeeghn.org/wiki/images/9/97/DATAR-Trackball.jpg
- 22 -
12. beeldscherm Het moderne beeldscherm is meestal een TFT-LCD beeldscherm. TFT staat voor Thin Film Transistor en LCD voor Liquid Crystal Display. Een LCD beeldscherm bevat vloeibare kristallen die wel of geen licht doorlaten afhankelijk van de elektrische spanning die er opgezet wordt. De toevoeging TFT geeft aan dat het om een verbeterde variant van de eerste LCD schermen gaat. Bij TFT zit er voor iedere pixel (beeldschermpuntje) een transistor in het beeldscherm. In korte tijd hebben de TFT-LCD schermen de oude beeldbuisschermen verdrongen. Beeldbuisschermen worden meestal CRT (Cathode Ray Tube) schermen genoemd. Dat TFT-LCD schermen de CRT schermen zo snel vervangen hebben heeft voornamelijk te maken met het feit dat ze vlak zijn en dus veel minder ruimte in beslag nemen. Maar ook het trillingvrije beeld van een TFT-LCD scherm spreekt veel mensen aan. Had je vroeger beeldschermen met een diagonaal van 14 of 15 inch, tegenwoordig zijn beeldschermen met een diagonaal van 20 tot 24 inch heel normaal. Hoe groter het scherm en maximale resolutie, hoe meer informatie je tegelijkertijd op het scherm kunt laten zien. Bij afmetingen van beeldschermen (en ook televisies) is de aangegeven grootte de diagonaal gemeten afstand van het scherm. Dus je meet bijvoorbeeld van de hoek linksonder naar de hoek rechtsboven. Dit heet de beeld- of beeldschermdiagonaal. De laatste ontwikkelingen op TFT-LCD gebied zijn de LED (Light Emitting Diode) en OLED (Organic LED) schermen. Een TFT-LCD scherm werkt met een backlight (een lichtbron achterin het scherm) die licht uitzendt. Dit licht wordt door de schermkristallen dus wel of niet geblokkeerd afhankelijk van de spanning op het kristal. Traditionele TFT-LCD schermen hebben een backlight met CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) techniek. Maar er zijn ook beeldschermen met LED of OLED backlights. Een CCFL backlight bestaat uit kleine TL lampjes die horizontaal achter in het scherm zitten, zie Figuur 19. De lichtsterkte van één TL balk kan alleen voor de lamp in zijn geheel geregeld worden. Dat betekent dat als je het links lichter moet maken op het scherm je ook de rechterkant ervan beïnvloedt en omgekeerd. Wanneer dit niet de bedoeling is leidt dit tot verminderde beeldkwaliteit.
- 23 -
Figuur 19: een CCFL backlight20
Een LED (of OLED) backlight bestaat uit LED lampjes die achter in het scherm zitten in plaats van de TL balkjes, zie Figuur 20. Ieder LED lampje kun je individueel aansturen waardoor je delen van het scherm veel nauwkeuriger en onafhankelijk van elkaar lichter en donkerder kunt maken.
Figuur 20: een LED backlight21
Een ander type beeldscherm is gebaseerd op het zogenaamde elektronische papier (eink). Praktische toepassingen hiervan zien we bij de e-ink readers, kleine computers vooral bedoeld om boeken mee te lezen. Het grote voordeel van e-ink is dat het zeer energiezuinig is. Als een beeld eenmaal op het scherm is geplaatst dan kan deze er op blijven staan omdat er geen stroom nodig is om het beeld vast te houden. E-ink is opgebouwd uit microcapsules die gevuld zijn met elektrisch geladen witte en zwarte deeltjes in een doorzichtige olie. De vergelijking met papier gaat vrij goed op voor de e-ink technologie. Het is bijvoorbeeld zeer goed leesbaar in de felle zon. Maar in het donker is er, net als bij papier, licht nodig om van het scherm te kunnen lezen.
20 21
upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6c/LCD-TV_Backlight_with_CCFL.jpg www.ledinside.com/files/led_and_led_backlight_thermal_issue_200712.jpg
- 24 -
Een bijzonder soort beeldscherm is het touchscreen of aanraakscherm waar we het bij de muis ook al over hadden. Eigenlijk is het een gewoon beeldscherm met daarop een aanraakgevoelig laagje. Zoals gezegd kom je het touchscreen vooral tegen bij kleinere apparaten zoals smartphones. Toch zie je ze ook bij laptops en bij grotere professionele schermen waarvan men het bedienen wil vereenvoudigen. De kaartjesautomaat van de NS is daar een voorbeeld van maar ook bij winkelkassa’s zien we soms aanraakschermen. Sterk in opkomst zijn de grote touchscreens voor presentatiedoeleinden. Reageerden touchscreens aanvankelijk op het aanraken van precies één punt op het scherm, tegenwoordig gebruiken we multi-touch schermen. Een multi-touch scherm reageert tegelijkertijd op meerdere aanrakingen. Daarmee is het bijvoorbeeld mogelijk in of uit te zoomen op je scherm door twee vingers uit of naar elkaar te laten bewegen. Dit is inmiddels standaard functionaliteit op smartphones. Probeer dat maar eens te doen met een muis! In feite is een touchscreen dus een voorbeeld van randapparaat dat voor zowel in- als uitvoer gebruikt wordt. Het aanraken vervangt de handelingen die men anders meestal met een muis zou doen en voegt hier zelfs functionaliteit aan toe.
- 25 -
13. randapparatuur voor gehandicapten Al zie je ze niet zo vaak, toch zijn ze erg belangrijk. Randapparatuur voor mensen die gehandicapt zijn. Deze apparatuur is vaak heel specialistisch en aangepast op een specifieke handicap. Zo zijn er voor de Dvorak toetsenbordindeling speciale links- of rechtshandige indelingen waarbij je slechts één hand hoeft te gebruiken om toch alle toetsen te kunnen bedienen. Ook zijn er stifttoetsenborden waarbij de toetsen met een stift worden ingedrukt. Er zijn vergrote toetsenborden maar ook verkleinde (bedoeld voor bediening met één hand). Voor zeer ernstig motorisch gehandicapten zijn er lichtvlekbediende toetsenborden. Een voorbeeld daarvan is een LOMAK (Light Operated Mouse and Keyboard), zie Figuur 21. Kijk voor meer informatie hiervoor eens op de website van Wired of Wikipedia.
Figuur 21: LOMAK22
Ook voor uitvoer bestaan er aanpassingen voor gehandicapten. Een van de bekendste vormen van aangepaste uitvoer vormt de braille lezer, zie Figuur 22. In plaats van uitvoer naar een beeldscherm te sturen, verschijnt deze op een regel met puntjes in braillevorm. Naast de braille lezer bestaan er ook speciale brailleprinters die op een computer aangesloten kunnen worden.
22
www.wired.com/images_blogs/gadgetlab/images/2007/07/29/lomak.jpg
- 26 -
Figuur 22: een braille lezer23
Maar er is nog veel meer. Zo zijn er zeer specifieke toepassingen zoals het aansturen van geavanceerde rolstoelen.
23
www.communities-ontheweb.com/images/BrailleReader.jpg
- 27 -
