1ZT-ICT-H3-P2.pptx

# Introductie tot computerhardware Dit gedeelte biedt een fundamentele introductie tot de belangrijkste componenten van computerhardware, met een focus op het moederbord, de processor en het geheugen. ## 1. Introductie tot computerhardware ### 1.1 Moederbord Het moederbord is het centrale zenuwstelsel van een computersysteem en fungeert als de ruggengraat die alle andere componenten met elkaar verbindt en communiceert. #### 1.1.1 Keuze van een moederbord De keuze voor een specifiek moederbord hangt af van diverse systeemvereisten, zoals de hoeveelheid benodigde RAM, de compatibiliteit met randapparatuur en het type processor dat gebruikt zal worden. Een voorbeeld van een moederbord is de Asus Pro B760M-C-CSM. ### 1.2 Processor De processor, ook wel de centrale verwerkingseenheid (CPU) genoemd, is het hart van het computersysteem en verantwoordelijk voor het uitvoeren van instructies. #### 1.2.1 Componenten van de processor Een processor bestaat doorgaans uit de volgende kerncomponenten: * **ALU (Arithmetic Logical Unit)**: De rekeneenheid die rekenkundige en logische bewerkingen uitvoert. * **BE (Besturingseenheid)**: De besturingseenheid die instructies ophaalt, decodeert en de andere componenten aanstuurt. * **REG (Registers)**: Kleine, snelle geheugens in de processor die tijdelijk data en instructies opslaan voor directe toegang. #### 1.2.2 De Von Neumann Cyclus De Von Neumann-cyclus beschrijft het fundamentele proces van hoe een processor instructies verwerkt: 1. **Instructie ophalen**: De besturingseenheid haalt de volgende instructie op uit het hoofdgeheugen. 2. **Instructie vertalen en operanden ophalen**: De instructie wordt vertaald en de benodigde data (operanden) worden opgehaald en in registers geplaatst. 3. **Bewerking uitvoeren**: De besturingseenheid geeft de ALU opdracht om de bewerking uit te voeren met de data in de registers. 4. **Resultaat opslaan**: Het resultaat van de bewerking wordt opgeslagen in een register, teruggeplaatst in het hoofdgeheugen, of gebruikt voor een volgende instructie. #### 1.2.3 Kloksnelheid De kloksnelheid van een processor, gemeten in Hertz (Hz), bepaalt hoe snel de processor instructies kan verwerken. Een hogere kloksnelheid betekent over het algemeen een snellere verwerking. #### 1.2.4 Multi-CPU vs. Multi-Core * **Multi-CPU**: Verwijst naar systemen met meerdere fysieke processors. * **Multi-Core**: Verwijst naar systemen waarbij één fysieke processor meerdere rekenkernen bevat. #### 1.2.5 Socket De processor wordt in een specifieke socket op het moederbord geplaatst. De socket moet compatibel zijn met het type processor. #### 1.2.6 Keuze van een processor Bij de keuze van een processor zijn factoren zoals kloksnelheid, compatibiliteit met het moederbord (socket) en geheugenvereisten cruciaal. ### 1.3 Geheugen Geheugen in een computer dient voor het opslaan van data in binaire vorm (0 of 1). Dit kan permanent of tijdelijk (vluchtig) zijn. Hieronder vallen programma's, documenten, bibliotheken en firmware. #### 1.3.1 RAM (Random Access Memory) RAM is een vluchtig type geheugen dat zowel gelezen als geschreven kan worden. De data gaat verloren zodra de stroom wordt uitgeschakeld. ##### 1.3.1.1 SRAM vs. DRAM * **SRAM (Static RAM)**: Is zeer snel maar duurder. Het wordt vaak gebruikt voor cachegeheugen in processors. * **DRAM (Dynamic RAM)**: Is trager dan SRAM maar goedkoper en wordt gebruikt als hoofdgeheugen. ##### 1.3.1.2 DDRRAM DDRRAM (Double Data Rate Random Access Memory) is een veelvoorkomende technologie die gegevens op zowel de stijgende als dalende flank van de klokcyclus overdraagt, wat resulteert in een hogere doorvoersnelheid vergeleken met Single Data Rate (SDR) RAM. Hedendaagse systemen gebruiken typisch DDR4 en DDR5 RAM. ##### 1.3.1.3 Vormen van DRAM * **Slotted**: Wordt gebruikt in pc's en laptops. * **DIMM (Dual Inline Memory Module)**: Typisch voor pc's. * **SODIMM (Small Outline DIMM)**: Typisch voor laptops. * **Embedded**: Geïntegreerd in kleinere apparaten en IoT-apparaten. > **Tip:** Verschillende DDR-versies (bijvoorbeeld DDR4 en DDR5) zijn mechanisch en elektrisch niet compatibel met elkaar. ##### 1.3.1.4 Keuze van RAM Bij het kiezen van RAM zijn de grootte (in gigabytes) belangrijk voor de toepassing, de fysieke vorm (afhankelijk van de beschikbare ruimte en het apparaat), en de DDR-versie en snelheid (afhankelijk van de processor en het moederbord). #### 1.3.2 ROM (Read Only Memory) ROM is een type geheugen dat permanent is (data blijft behouden zonder stroom) en alleen gelezen kan worden. * **Toepassingen**: Firmware voor apparaten zoals wasmachines en ovens, en de BIOS (Basic Input/Output System) van computers. * **Evolutie**: ROM evolueerde van PROM (Programmable ROM) naar EPROM (Erasable PROM) en vervolgens naar EEPROM (Electrically Erasable PROM), wat flexibiliteit in updates mogelijk maakte. ### 1.4 Computerbussen Computerbussen zijn elektronische paden die de verschillende componenten binnen een computersysteem met elkaar verbinden en digitale data versturen. Er bestaan diverse bussen met verschillende snelheden, seriële of parallelle communicatie, en oudere of modernere standaarden. #### 1.4.1 Chipset De chipset functioneert als een "middle man" tussen de verschillende bussen en andere componenten. Deze is meestal geïntegreerd in het moederbord of de processor. Voorbeelden van verbindingen die via de chipset lopen zijn: * **Front Side Bus (FSB)**: Tussen de processor en de Northbridge. * **Memory Bus**: Tussen het geheugen en de Northbridge. * **Randapparatuur bussen**: Zoals PCI en SATA, en USB, die via de Southbridge worden beheerd. --- # Componenten van de processor Dit gedeelte focust specifiek op de interne componenten van de processor, de centrale verwerkingseenheid, en gerelateerde concepten. ### 2.1 De centrale verwerkingseenheid (CPU) De processor, ook wel de centrale verwerkingseenheid (CPU) genoemd, is het hart van een computersysteem. De belangrijkste functies worden uitgevoerd door de interne componenten van de processor. #### 2.1.1 Kerncomponenten van de processor De processor bevat doorgaans de volgende kerncomponenten: * **Arithmetic Logical Unit (ALU):** Dit is de berekeningseenheid van de processor. De ALU is verantwoordelijk voor het uitvoeren van alle rekenkundige bewerkingen (zoals optellen, aftrekken, vermenigvuldigen, delen) en logische bewerkingen (zoals AND, OR, NOT). * **Besturingseenheid (BE):** De besturingseenheid coördineert en stuurt alle activiteiten binnen de processor en de communicatie met andere componenten van het systeem. Het vertaalt instructies en bepaalt de volgorde waarin deze worden uitgevoerd. * **Registers (REG):** Registers zijn kleine, zeer snelle geheugenelementen binnen de processor. Ze worden gebruikt om tijdelijk gegevens en instructies op te slaan die op dat moment actief worden verwerkt, wat de verwerkingssnelheid ten goede komt. #### 2.1.2 De Von Neumann cyclus De Von Neumann cyclus beschrijft het fundamentele proces waarmee een processor programma-instructies ophaalt en uitvoert. Dit is een iteratief proces dat bestaat uit de volgende stappen: 1. **Instructie ophalen (Fetch):** De besturingseenheid haalt de volgende instructie op uit het hoofdgeheugen (RAM). 2. **Instructie decoderen (Decode):** De besturingseenheid vertaalt de opgehaalde instructie om te bepalen welke bewerking moet worden uitgevoerd. 3. **Operanden ophalen (Fetch Operands):** De benodigde gegevens (operanden) voor de instructie worden opgehaald, vaak uit registers of het hoofdgeheugen. 4. **Uitvoeren (Execute):** De ALU voert de bewerking uit zoals gespecificeerd door de instructie, gebruikmakend van de opgehaalde operanden. 5. **Resultaat opslaan (Store):** Het resultaat van de uitgevoerde bewerking wordt opgeslagen in een register of teruggeschreven naar het hoofdgeheugen. 6. **Hergebruik/Volgende instructie:** Het resultaat kan worden hergebruikt voor een volgende instructie, of de cyclus begint opnieuw met het ophalen van de volgende instructie. #### 2.1.3 Kloksnelheid De kloksnelheid van een processor is een cruciale eigenschap die bepaalt hoe snel de processor instructies kan verwerken. * **Definitie:** De kloksnelheid wordt uitgedrukt in Hertz (Hz) en geeft het aantal cycli aan dat de processor per seconde kan uitvoeren. Tegenwoordig wordt dit gemeten in Gigahertz (GHz). * **Impact:** Een hogere kloksnelheid betekent over het algemeen dat de processor meer instructies per seconde kan verwerken, wat resulteert in een snellere totale systeemprestatie. > **Tip:** Houd er rekening mee dat kloksnelheid niet het enige is dat de prestaties van een processor bepaalt. De architectuur, het aantal cores en de efficiëntie van de instructieset spelen ook een belangrijke rol. #### 2.1.4 Multi-core processors Moderne processors bevatten vaak meerdere verwerkingseenheden, bekend als "cores", op één enkele chip. * **Multi-CPU vs. Multi-Core:** Vroeger werden meerdere losse CPU's gebruikt (Multi-CPU). Tegenwoordig worden meerdere cores geïntegreerd op één processorchip (Multi-Core). * **Voordelen:** Multi-core processors maken het mogelijk om meerdere taken gelijktijdig uit te voeren (parallelle verwerking), wat de algehele prestaties aanzienlijk kan verbeteren, vooral bij multithreading-toepassingen. #### 2.1.5 Processor socket De processor socket is de fysieke connector op het moederbord waar de processor wordt geplaatst. * **Compatibiliteit:** Het type processor socket is cruciaal, omdat het bepaalt welke processors compatibel zijn met een specifiek moederbord. Verschillende processorfabrikanten en -generaties gebruiken verschillende sockettypes. #### 2.1.6 Embedded processors Naast de processors in traditionele computers, zijn er ook veel "embedded" processors. * **Toepassingen:** Deze processors zijn geïntegreerd in een breed scala aan apparaten, zoals huishoudelijke apparaten, IoT-apparaten, auto's en industriële systemen. Ze zijn vaak ontworpen voor specifieke taken en hebben een lager energieverbruik. ### 2.2 Keuze van de processor De keuze van een processor hangt af van diverse factoren die gerelateerd zijn aan de beoogde toepassing en de specificaties van het systeem: * **Prestatie-eisen:** Welke taken moet de computer uitvoeren? Zware taken zoals videobewerking of gaming vereisen krachtigere processors met hogere kloksnelheden en meer cores. * **Moederbordcompatibiliteit:** De processor moet compatibel zijn met de socket en de chipset van het moederbord. * **Geheugen (RAM) matching:** De processor en het moederbord moeten compatibel zijn met de specificaties van het RAM-geheugen, zoals de DDR-standaard en snelheid. * **Energieverbruik:** Voor mobiele apparaten of energiezuinige systemen is een processor met een lager energieverbruik vaak een prioriteit. --- # Geheugentypen en hun eigenschappen Dit onderwerp behandelt de verschillende soorten computergeheugen, hun kenmerken zoals vluchtigheid, en hun specifieke toepassingen. ### 3.1 Computergeheugen: Basisprincipes Computergeheugen is essentieel voor het opslaan van data in binaire vorm, bestaande uit nullen ('0') en enen ('1'). Geheugen kan permanent of tijdelijk (vluchtig) zijn en dient voor het opslaan van programma's, documenten, bibliotheken, firmware, en meer. ### 3.2 RAM (Random Access Memory) RAM is een type geheugen waarmee data gelezen en geschreven kan worden. Het is vluchtig, wat betekent dat de data verloren gaat zodra de stroomvoorziening wegvalt. Er zijn twee hoofdtypen DRAM: #### 3.2.1 DRAM (Dynamic Random Access Memory) DRAM is het meest voorkomende type werkgeheugen. * **SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory):** Synchroniseert met de klok van de processor voor efficiëntere dataoverdracht. * **DDR RAM (Double Data Rate Random Access Memory):** Verdubbelt de datasnelheid door data te verzenden bij zowel de stijgende als de dalende flank van het kloksignaal. Huidige standaarden zijn DDR4 en DDR5. **Vormfactoren voor DRAM:** * **Slotted:** Gebruikt in pc's en laptops, vaak in de vorm van DIMM's (Dual Inline Memory Module) voor pc's en SODIMM's (Small Outline DIMM) voor laptops. * **Embedded:** Geïntegreerd in kleinere apparaten en IoT-apparaten. **Compatibiliteit:** Verschillende DDR-versies zijn niet onderling compatibel. **Keuzecriteria voor DRAM:** * **Grootte (in GB):** Belangrijk voor de specifieke toepassing. * **Fysieke vorm:** Afhankelijk van de beschikbare ruimte en het type apparaat. * **DDR-versie en snelheid:** Moeten compatibel zijn met de processor en het moederbord. #### 3.2.2 SRAM (Static Random Access Memory) SRAM is aanzienlijk sneller dan DRAM, maar ook duurder. Het wordt in kleine hoeveelheden gebruikt als cachegeheugen binnen de processor om snelle toegang tot veelgebruikte data te garanderen. ### 3.3 ROM (Read Only Memory) ROM is een type geheugen waarvan data alleen gelezen kan worden. Het is niet-vluchtig, wat betekent dat de data behouden blijft, zelfs zonder stroomvoorziening. **Evolutie van ROM:** * **ROM:** Originele vorm, niet programmeerbaar na productie. * **PROM (Programmable Read-Only Memory):** Eenmalig programmeerbaar na fabricage. * **EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory):** Programmeerbaar en wisbaar met UV-licht. * **EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory):** Programmeerbaar en wisbaar met elektrische pulsen. **Toepassingen van ROM:** * **Firmware:** Essentiële software ingebed in apparaten zoals wasmachines en ovens. * **BIOS (Basic Input/Output System):** De opstartsoftware van een computer die de hardware initialiseert. ### 3.4 Computerbus Een computerbus is een communicatiesysteem dat verschillende componenten binnen een computersysteem met elkaar verbindt en digitale data tussen deze componenten verstuurt. Er bestaan veel verschillende soorten bussen, variërend in snelheid, type (serieel/parallel) en leeftijd. #### 3.4.1 Chipset De chipset fungeert als tussenpersoon tussen verschillende bussen en is meestal geïntegreerd op het moederbord of in de processor. Voorbeelden van bussen die door de chipset worden beheerd, zijn: * Front Side Bus (FSB): Verbinding tussen de CPU en de Northbridge. * Memory Bus: Verbinding tussen het geheugen en de Northbridge. * Randapparatuur Bussen (PCI, SATA, USB): Verbindingen naar de Southbridge. --- # Communicatie tussen componenten Dit deel behandelt de methoden van communicatie binnen een computersysteem, met een focus op computerbussen en de rol van de chipset als intermediair. ### 4.1 Computerbussen Een computerbus is de verbinding die verschillende componenten binnen een computersysteem met elkaar in contact brengt. De basistaak van een bus is het versturen van digitale data tussen deze componenten. Er bestaan veel verschillende soorten bussen, variërend in snelheid (snel/traag), dataoverdracht (serieel/parallel) en ouderdom (nieuw/oud). ### 4.2 Chipset De chipset fungeert als een tussenpersoon tussen de verschillende bussen in een computersysteem. Tegenwoordig is de chipset meestal geïntegreerd in het moederbord of zelfs in de processor zelf. Historisch gezien kon de chipset worden onderverdeeld in verschillende bruggen, elk met een specifieke functie: * **Northbridge (Noordbrug):** Deze verbond de snellere componenten van het systeem, zoals de processor met het RAM-geheugen. De communicatie tussen de processor en het geheugen liep via de zogenaamde **Memory Bus**. De verbinding tussen de processor en de Northbridge werd vroeger vaak de **Front Side Bus (FSB)** genoemd. * **Southbridge (Zuidbrug):** Deze verbond de langzamere componenten en randapparatuur, zoals opslagapparaten (via **SATA**), uitbreidingskaarten (via **PCI**) en USB-apparaten. **Tip:** Het begrijpen van de rol van de chipset en de verschillende bussen helpt bij het begrijpen van de prestaties en de uitbreidingsmogelijkheden van een computersysteem. ### 4.3 Communicatie tussen specifieke componenten Binnen het systeem vinden verschillende vormen van communicatie plaats: * **Processor <-> Northbridge (historisch):** Via de Front Side Bus (FSB). * **Geheugen (RAM) <-> Northbridge (historisch):** Via de Memory Bus. * **Randapparatuur (PCI, SATA, USB) <-> Southbridge (historisch):** Via specifieke interfaces. Tegenwoordig zijn deze functies vaak samengevoegd of direct in de processor geïntegreerd, wat leidt tot efficiëntere communicatiepaden. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Moederbord | Een printplaat die de verbinding legt tussen alle componenten van een computer, zoals de processor, het geheugen en uitbreidingskaarten, waardoor communicatie mogelijk is. | | Processor (CPU) | Het hart van het computersysteem dat instructies uitvoert en berekeningen maakt. Het bevat een rekenkundige logische eenheid (ALU), een besturingseenheid (BE) en registers. | | ALU (Arithmetic Logical Unit) | De rekenkundige logische eenheid binnen de processor die wiskundige en logische bewerkingen uitvoert op data. | | BE (Besturingseenheid) | De besturingseenheid binnen de processor die instructies ophaalt, decodeert en de uitvoering ervan coördineert, inclusief de interactie met de ALU en het geheugen. | | Von Neumann Cyclus | De operationele cyclus van een processor die bestaat uit het ophalen van een instructie, het decoderen ervan, het uitvoeren van de instructie, en het opslaan van het resultaat. | | Kloksnelheid | De snelheid waarmee een processor instructies kan verwerken, gemeten in Hertz (Hz), wat aangeeft hoeveel cycli per seconde de processor kan doorlopen. | | RAM (Random Access Memory) | Een type werkgeheugen dat snel lezen en schrijven mogelijk maakt, maar vluchtig is, wat betekent dat de data verloren gaat wanneer de stroom wordt uitgeschakeld. | | DRAM (Dynamic Random Access Memory) | Een veelgebruikt type RAM dat data opslaat in condensatoren die periodiek ververst moeten worden om de data te behouden. | | SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) | Een type DRAM dat synchroon werkt met de systeemklok voor verbeterde prestaties. | | DDRRAM (Double Data Rate Random Access Memory) | Een verbeterde versie van SDRAM die data kan overdragen tijdens zowel de stijgende als de dalende flank van de klokpuls, wat resulteert in een verdubbeling van de dataoverdrachtsnelheid. | | ROM (Read Only Memory) | Een type niet-vluchtig geheugen waarvan de inhoud permanent is of alleen onder speciale omstandigheden kan worden gewijzigd. Het wordt gebruikt voor firmware en BIOS. | | Computerbus | Een communicatiesysteem dat data overdraagt tussen verschillende componenten binnen een computer of tussen computers. Bussen variëren in snelheid, breedte en functionaliteit. | | Chipset | Een groep geïntegreerde circuits op het moederbord die verantwoordelijk is voor het beheren van de gegevensstroom tussen de processor, het geheugen en randapparatuur. |