TECHNOLOGIE EN RECHT – SV
DEEL 1: COMPUTER- EN INTERNETTECHNOLOGIEEN
H1: COMPUTERSYSTEMEN, ALGORITMES EN SOFTWARE
INLEIDING
Computers en de software die ze uitvoeren vormen de motor van de digitale transformatie die
momenteel volop in onze samenleving aan de gang is en die een impact heef op al wat we doen.
Dit hoofdstuk: de evolutie, de werking en het gebruik van computersystemen en-netwerken, evenals op
de basisbegrippen.
COMPUTERSYSTEMEN
Onze samenleving wordt momenteel gekenmerkt door een digitale revolutie/ digitale transformatie.
DE DIGITALE REVOLUTIE
De digitale revolutie:
- Gaat van digitale verwerking van data en documenten (bv. doktersattesten) over de digitalisatie
van de processen in bedrijven en organisaties (bv. elektronisch betalen, online les volgen) tot de
volledige digitalisatie van onze samenleving zelf (dwz. het volledig leven in een digitale cultuur,
waarbij ook contacten en communicatie hoofdzakelijk via de cyberwereld verlopen).
- Impliceert dat veel processen die vroeger fysiek werden uitgevoerd, voortaan digitaal worden
uitgevoerd
- Nadelen: sociaaleconomische impact, omgooien van bestaande markt, mentaal-cultureel
- Voordelen: eco efficiëntie, data en informatie overal en altijd bereikbaar en makkelijk deelbaar,
geen papier en stockage noch bijhorend transport enz (worden groter inschat)
→ Mogelijk gemaakt door de enorme vooruitgang in de informatie- en communicatietechnologie (=ICT),
zowel inzake hardware (computers en hun netwerken) als software
COMPUTERS
De digitale revolutie wordt gedragen door computers (hardware én software) die via netwerken
wereldwijd verbonden zijn.
- = veelal niet zichtbaar voor gebruiker
- Anders dan andere uitvindingen van technologische apparaten omdat computer via software
programmeerbaar is voor meerdere toepassingen
1
, - = een hardwaremachine om berekeningen uit te voeren, die met software programmeerbaar is
om op dezelfde machine meerdere programma’s te kunnen uitvoeren
- = een apparaat waarmee gegevens (data) volgens formele procedures (algoritmes)
verwerkt/bewerkt kunnen worden om tot het gewenste resultaat te komen
DE EVOLUTIE VAN COMPUTERS
19e eeuw: de eerste programmeerbare rekenmachines of computers werden ontwikkeld
20e eeuw: elektronische componenten werden gebruikt:
- Eerst elektronenbuizen: computers nog groot, verbruikten veel vermogen, weinig bedrijfszeker
- Dan halfgeleidercomponenten/transistoren: sneller, betrouwbaarder en minder vermogen
verbruikend
WOII/Koude oorlog: grote drijfveren om almaar krachtigere computers te bouwen
Ten gevolge van de almaar verdergaande schaalverkleining van de transistoren gebruikt in de CMOS-
halfgeleidertechnologie werden de computers over de jaren heen almaar kleiner én tegelijk krachtiger
in rekenkracht
1977: ontwikkeling van de persoonlijke computer, en later van de laptop, het netbook en het tablet
(bedrijven als Intel, Motorola en Apple hierbij koplopers)
+ tegelijk ontstonden de eerste bedrijven die software aanboden als product vb. Microsoft, Adobe, Oracle
+ parallel ook openbronversies van besturingssystemen en van softwareapplicaties
+ ook meer en meer softwarefirma’s met nieuwe diensten en softwaretoepassingen vb. Amazon, Netflix,
Google, Facebook, Youtube,…
DE VON NEUMANN-COMPUTERARCHITECTUUR
De huidige computers gebruiken typisch de von Neumann-architectuur die gebaseerd is op wat in 1945
door de wis- en natuurkundige John von Neumann en collega’s werd beschreven in het document ‘First
draft of a report on the EDVAC’.
De von Neumann-computer bestaat uit:
1. Een centrale verwerkingseenheid (Central Processing Unit/CPU), bestaande uit:
o Een rekenkundige-logische eenheid (Arithmetic/Logic Unit/ ALU)
o Een besturingseenheid (Control Unit)
2. Een computergeheugen (RAM Memory Unit) om zowel de data als de instructies op te slaan
3. Invoer- en uitvoermechanismen (Input en Output Devices) en externe massaopslag van gegevens
en bestanden
2
,Hoofdstappen van elke instructiecyclus:
- Opladen van de betrokken instructie vanuit het geheugen in het instructieregister
- Decoderen van de instructie in concrete controlesignalen voor de blokken die men in de ALU
nodig heeft
- Het effectief uitvoeren van de instructie op die blokken
- Veelal gevolgd door het wegschrijven van de resultaten in het geheugen (ingevoerde gegevens
worden eerst gedigitaliseerd, dit is omgezet in een reeks van bits (1 en 0) en resultaten moeten
dan naar het computergeheugen worden weggeschreven zodat dit getoond kan worden op
scherm of in een bestand worden weggeschreven)
De processoren of CPU’s worden met de jaren alsmaar krachtiger in rekencapaciteit + ook
opslagcapaciteit van computergeheugen neemt almaar toe → beiden zijn het gevolg van de
voortdurende schaalverkleining van de halfgeleidertechnologie
Extra info:
- Een moderne computerchip bevat eigenlijk meerdere processorkernen naast elkaar die alle met
hetzelfde geheugen verboden zijn (voordeel sneller + parallelle taken uitvoeren)
- Computer bevat naast de algemene CPU vaak ook processoren voor specifieke taken bv. GPU
voor grafische bewerkingen, DSP, of neurale eenheid voor AI
- Nadeel: de ophaling van de volgende instructie die moet worden uitgevoerd en de uitvoering van
een bewerking op de data kan niet op hetzelfde moment plaatsvinden bij von Neumann-
architectuur → DRM naar andere computerarchitecturen gezocht (zie infra)
- Voordeel: eenvoud
ELEKTRONICA EN DE WET VAN MOORE
De huidige computers zijn opgebouwd met micro/nano-elektronica.
Het basisblok waaruit deze elektronica is opgebouwd, is de transistor.
- Fysiek wordt die transistor gerealiseerd in een halfgeleidertechnologie.
- = een elektronische versie van een digitaal programmeerbare schakelaar: die kan geleiden (1) of
niet geleiden (0) om zo digitale berekeningen uit te voeren
- Alle te verwerken invoergegevens (getallen, tekst, foto’s, geluid enz) moeten dus eerst worden
voorgesteld als reeksen van bits om in computers verwerkt te kunnen worden
- Computers zijn programmeerbaar: welke bewerkingen op elk moment in de tijd precies moeten
worden uitgevoerd, wordt bepaald door de instructies van het softwareprogramma dat wordt
uitgevoerd
- Om een volledige computer te bouwen zijn dus veel transistoren nodig die met elkaar verbonden
moeten kunnen worden
- Om de kostprijs daarvan te drukken worden de transistoren zoveel mogelijk gezamenlijk in grote
aantallen op één geïntegreerde schakeling (IC of Chip) gefabriceerd
De Wet van Moore:
- Gordon Moore (medeoprichter Intel) voorspelde in 1965 dat het aantal transistoren op een
CMOS-chip elke anderhalf jaar zou verdubbelen en dit dankzij de continue verkleining (of
schalering) van de transistoren
- Later bijgesteld: verdubbeling elke twee jaar
3
, - Door die voortdurende schaalverkleining van de transistoren worden computers alsmaar sneller,
waardoor ze meer en meer rekenkracht verkrijgen (meer bewerkingen per seconde) voor dezelfde
prijs
- Momenteel kleinste transistoren = lengt van enkele nanometer, terwijl grootste chips momenteel
meer dan honderd miljard transistoren bevatten
- Grafiek: De wet van Moore: met de jaren neem het aantal transistoren op een chip exponentieel
toe (let op: verticale as is logaritmisch dus geen lineaire trend). De grafiek toont de gegevens
(aantal transistoren, jaar van introductie) van op de markt gebrachte chips.
- Merk op dat transistoren natuurlijk niet oneindig kleiner gemaakt kunnen worden; daarom nieuwe
trend: meerdere siliciumchips in één verpakking naast of driedimensionaal boven elkaar
monteren
Naast de rekenkracht per computer, is met de jaren ook het totale aantal computers in gebruik sterk
toegenomen. Netwerken tussen computers versterken de exponentiele groei in rekenmogelijkheden nog
verder.
- Laat toe almaar complexere problemen op te lossen en toepassingen te ontwikkelen
- Laat ook toe om snel veel data te transfereren
- Laat toe om diensten aan te bieden waarvoor de rekenkracht of de dataopslag fysiek elders staan
dan op je eigen computer bv. Chatgpt (en je eigen pc hoeft dan niet superkrachtig te zijn); het
resultaat wordt dan naar je lokale computer (client) doorgestuurd
- Nadeel: hoge energiegebruik
Supercomputers:
- = computers die speciaal ontworpen zijn voor hun buitengewoon rekenvermogen
- Op verschillende manieren mogelijk
- Toepassingvbden: kwantumfysica, klimaatonderzoek,…
Technologische singulariteit
- Cfr. boek ‘The singularity is near’ van Ray Kurzweil
- VRAAG: Wat gebeurt er als die exponentiele groei in rekenkracht blijft doorgaan?
o Rekenracht: aantal berekeningen dat per seconde kan worden uitgevoerd per 1000$ die
we eraan besteden
- Momenteel naderen computers een rekenkracht die (voor bepaalde taken!) even krachtig is als
het brein van een mens
- Technologische singulariteit:
4
DEEL 1: COMPUTER- EN INTERNETTECHNOLOGIEEN
H1: COMPUTERSYSTEMEN, ALGORITMES EN SOFTWARE
INLEIDING
Computers en de software die ze uitvoeren vormen de motor van de digitale transformatie die
momenteel volop in onze samenleving aan de gang is en die een impact heef op al wat we doen.
Dit hoofdstuk: de evolutie, de werking en het gebruik van computersystemen en-netwerken, evenals op
de basisbegrippen.
COMPUTERSYSTEMEN
Onze samenleving wordt momenteel gekenmerkt door een digitale revolutie/ digitale transformatie.
DE DIGITALE REVOLUTIE
De digitale revolutie:
- Gaat van digitale verwerking van data en documenten (bv. doktersattesten) over de digitalisatie
van de processen in bedrijven en organisaties (bv. elektronisch betalen, online les volgen) tot de
volledige digitalisatie van onze samenleving zelf (dwz. het volledig leven in een digitale cultuur,
waarbij ook contacten en communicatie hoofdzakelijk via de cyberwereld verlopen).
- Impliceert dat veel processen die vroeger fysiek werden uitgevoerd, voortaan digitaal worden
uitgevoerd
- Nadelen: sociaaleconomische impact, omgooien van bestaande markt, mentaal-cultureel
- Voordelen: eco efficiëntie, data en informatie overal en altijd bereikbaar en makkelijk deelbaar,
geen papier en stockage noch bijhorend transport enz (worden groter inschat)
→ Mogelijk gemaakt door de enorme vooruitgang in de informatie- en communicatietechnologie (=ICT),
zowel inzake hardware (computers en hun netwerken) als software
COMPUTERS
De digitale revolutie wordt gedragen door computers (hardware én software) die via netwerken
wereldwijd verbonden zijn.
- = veelal niet zichtbaar voor gebruiker
- Anders dan andere uitvindingen van technologische apparaten omdat computer via software
programmeerbaar is voor meerdere toepassingen
1
, - = een hardwaremachine om berekeningen uit te voeren, die met software programmeerbaar is
om op dezelfde machine meerdere programma’s te kunnen uitvoeren
- = een apparaat waarmee gegevens (data) volgens formele procedures (algoritmes)
verwerkt/bewerkt kunnen worden om tot het gewenste resultaat te komen
DE EVOLUTIE VAN COMPUTERS
19e eeuw: de eerste programmeerbare rekenmachines of computers werden ontwikkeld
20e eeuw: elektronische componenten werden gebruikt:
- Eerst elektronenbuizen: computers nog groot, verbruikten veel vermogen, weinig bedrijfszeker
- Dan halfgeleidercomponenten/transistoren: sneller, betrouwbaarder en minder vermogen
verbruikend
WOII/Koude oorlog: grote drijfveren om almaar krachtigere computers te bouwen
Ten gevolge van de almaar verdergaande schaalverkleining van de transistoren gebruikt in de CMOS-
halfgeleidertechnologie werden de computers over de jaren heen almaar kleiner én tegelijk krachtiger
in rekenkracht
1977: ontwikkeling van de persoonlijke computer, en later van de laptop, het netbook en het tablet
(bedrijven als Intel, Motorola en Apple hierbij koplopers)
+ tegelijk ontstonden de eerste bedrijven die software aanboden als product vb. Microsoft, Adobe, Oracle
+ parallel ook openbronversies van besturingssystemen en van softwareapplicaties
+ ook meer en meer softwarefirma’s met nieuwe diensten en softwaretoepassingen vb. Amazon, Netflix,
Google, Facebook, Youtube,…
DE VON NEUMANN-COMPUTERARCHITECTUUR
De huidige computers gebruiken typisch de von Neumann-architectuur die gebaseerd is op wat in 1945
door de wis- en natuurkundige John von Neumann en collega’s werd beschreven in het document ‘First
draft of a report on the EDVAC’.
De von Neumann-computer bestaat uit:
1. Een centrale verwerkingseenheid (Central Processing Unit/CPU), bestaande uit:
o Een rekenkundige-logische eenheid (Arithmetic/Logic Unit/ ALU)
o Een besturingseenheid (Control Unit)
2. Een computergeheugen (RAM Memory Unit) om zowel de data als de instructies op te slaan
3. Invoer- en uitvoermechanismen (Input en Output Devices) en externe massaopslag van gegevens
en bestanden
2
,Hoofdstappen van elke instructiecyclus:
- Opladen van de betrokken instructie vanuit het geheugen in het instructieregister
- Decoderen van de instructie in concrete controlesignalen voor de blokken die men in de ALU
nodig heeft
- Het effectief uitvoeren van de instructie op die blokken
- Veelal gevolgd door het wegschrijven van de resultaten in het geheugen (ingevoerde gegevens
worden eerst gedigitaliseerd, dit is omgezet in een reeks van bits (1 en 0) en resultaten moeten
dan naar het computergeheugen worden weggeschreven zodat dit getoond kan worden op
scherm of in een bestand worden weggeschreven)
De processoren of CPU’s worden met de jaren alsmaar krachtiger in rekencapaciteit + ook
opslagcapaciteit van computergeheugen neemt almaar toe → beiden zijn het gevolg van de
voortdurende schaalverkleining van de halfgeleidertechnologie
Extra info:
- Een moderne computerchip bevat eigenlijk meerdere processorkernen naast elkaar die alle met
hetzelfde geheugen verboden zijn (voordeel sneller + parallelle taken uitvoeren)
- Computer bevat naast de algemene CPU vaak ook processoren voor specifieke taken bv. GPU
voor grafische bewerkingen, DSP, of neurale eenheid voor AI
- Nadeel: de ophaling van de volgende instructie die moet worden uitgevoerd en de uitvoering van
een bewerking op de data kan niet op hetzelfde moment plaatsvinden bij von Neumann-
architectuur → DRM naar andere computerarchitecturen gezocht (zie infra)
- Voordeel: eenvoud
ELEKTRONICA EN DE WET VAN MOORE
De huidige computers zijn opgebouwd met micro/nano-elektronica.
Het basisblok waaruit deze elektronica is opgebouwd, is de transistor.
- Fysiek wordt die transistor gerealiseerd in een halfgeleidertechnologie.
- = een elektronische versie van een digitaal programmeerbare schakelaar: die kan geleiden (1) of
niet geleiden (0) om zo digitale berekeningen uit te voeren
- Alle te verwerken invoergegevens (getallen, tekst, foto’s, geluid enz) moeten dus eerst worden
voorgesteld als reeksen van bits om in computers verwerkt te kunnen worden
- Computers zijn programmeerbaar: welke bewerkingen op elk moment in de tijd precies moeten
worden uitgevoerd, wordt bepaald door de instructies van het softwareprogramma dat wordt
uitgevoerd
- Om een volledige computer te bouwen zijn dus veel transistoren nodig die met elkaar verbonden
moeten kunnen worden
- Om de kostprijs daarvan te drukken worden de transistoren zoveel mogelijk gezamenlijk in grote
aantallen op één geïntegreerde schakeling (IC of Chip) gefabriceerd
De Wet van Moore:
- Gordon Moore (medeoprichter Intel) voorspelde in 1965 dat het aantal transistoren op een
CMOS-chip elke anderhalf jaar zou verdubbelen en dit dankzij de continue verkleining (of
schalering) van de transistoren
- Later bijgesteld: verdubbeling elke twee jaar
3
, - Door die voortdurende schaalverkleining van de transistoren worden computers alsmaar sneller,
waardoor ze meer en meer rekenkracht verkrijgen (meer bewerkingen per seconde) voor dezelfde
prijs
- Momenteel kleinste transistoren = lengt van enkele nanometer, terwijl grootste chips momenteel
meer dan honderd miljard transistoren bevatten
- Grafiek: De wet van Moore: met de jaren neem het aantal transistoren op een chip exponentieel
toe (let op: verticale as is logaritmisch dus geen lineaire trend). De grafiek toont de gegevens
(aantal transistoren, jaar van introductie) van op de markt gebrachte chips.
- Merk op dat transistoren natuurlijk niet oneindig kleiner gemaakt kunnen worden; daarom nieuwe
trend: meerdere siliciumchips in één verpakking naast of driedimensionaal boven elkaar
monteren
Naast de rekenkracht per computer, is met de jaren ook het totale aantal computers in gebruik sterk
toegenomen. Netwerken tussen computers versterken de exponentiele groei in rekenmogelijkheden nog
verder.
- Laat toe almaar complexere problemen op te lossen en toepassingen te ontwikkelen
- Laat ook toe om snel veel data te transfereren
- Laat toe om diensten aan te bieden waarvoor de rekenkracht of de dataopslag fysiek elders staan
dan op je eigen computer bv. Chatgpt (en je eigen pc hoeft dan niet superkrachtig te zijn); het
resultaat wordt dan naar je lokale computer (client) doorgestuurd
- Nadeel: hoge energiegebruik
Supercomputers:
- = computers die speciaal ontworpen zijn voor hun buitengewoon rekenvermogen
- Op verschillende manieren mogelijk
- Toepassingvbden: kwantumfysica, klimaatonderzoek,…
Technologische singulariteit
- Cfr. boek ‘The singularity is near’ van Ray Kurzweil
- VRAAG: Wat gebeurt er als die exponentiele groei in rekenkracht blijft doorgaan?
o Rekenracht: aantal berekeningen dat per seconde kan worden uitgevoerd per 1000$ die
we eraan besteden
- Momenteel naderen computers een rekenkracht die (voor bepaalde taken!) even krachtig is als
het brein van een mens
- Technologische singulariteit:
4
