Samenvatting Science, technology, engineering & maths
Hoofdstuk 1 - What is Computational Thinking?
“Computational Thinking—It represents a universally applicable attitude and skill set
everyone, not just computer scientists, should be eager to learn and use.” -
Jeannette Wing
1.1 Computers, computers everywhere
Computers beïnvloeden bijna elk aspect van het leven. De eerste beroepen die
vertrouwden op de nauwkeurigheid van computers waren voornamelijk
boekhouders. Dit omdat de computer in staat was om complexe berekeningen te
maken en ingewikkelde problemen op te lossen. Later begonnen ook andere
beroepen zoals schrijvers en wetenschappers meer met computers te werken.
___________________________________________________________________
1.2 Computer, computer science, and Computational Thinking
We gebruiken de termen computer of computersysteem om te verwijzen naar een
verzameling van computer hardware en software. Computer hardware omvat alle
fysieke onderdelen van de apparaten die we herkennen als een computer of laptop.
Zoals een muis, toetsenbord, computer geheugen etc.
Zelfs van de meest geavanceerde computer heeft de hardware geen waarde zonder
software. De term software verwijst naar elk soort computerprogramma. Het
belangrijkste verschil tussen computers en andere machines is het feit dat de
computer in staat is om op instructies te reageren. De instructies voor het uitvoeren
van een bepaalde taak wordt een programma genoemd. Een ander veel gebruikte
term voor programma of software is “code”.
Programma’s worden vaak “applications” genoemd omdat het programma een
manier is om computer hardware voor een specifiek doel toe te passen.
Mensen die programma’s ontwerpen worden programmers of software developers
genoemd.
___________________________________________________________________
1.3 From Abacus to machine
Het vroegst bekende rekenapparaat is het telraam (abacus). Er zijn vele variaties op
de basisstructuur van dit apparaat; we zullen een versie onderzoeken die het meest
is gebruikt in de afgelopen jaren en die bekend staat als de "Chinees telraam".
1
,Het belangrijkste om te onthouden tijdens het gebruiken van een Chinese telraam is
dat alle kralen zo ver mogelijk naar voren geschoven moeten worden. Geen enkele
kraal mag zo gepositioneerd worden dat er meer dan één lege plek zichtbaar is.
Alleen de kralen die zo dicht mogelijk naar de balk toe zijn geduwd tellen mee voor
de waarde.
Het Chinese telraam heeft altijd twee kralen boven de balk, en vijf eronder. Het
figuur hieronder toont verschillende manieren om het getal 10 te vertegenwoordigen.
2
,Moderne computers lenen vier concepten uit het telraam;
● Storage (opslag)
● Representation (vertegenwoordiging)
● Calculation (berekening)
● User interface (gebruikersinterface)
Zolang de kralen van de abacus (telraam) niet verplaatst worden, behoudt het
telraam haar waarde. Een belangrijk aspect van de moderne computer is de opslag.
De items die worden opgeslagen worden ook wel data genoemd.
Het tweede concept wat een computer leent van een telraam is representation. Dit
vindt altijd plaats wanneer de gegevens afkomstig zijn van een systeem en bedoeld
zijn om iets anders te modelleren. Het telraam slaat een geheel getal op. Je kunt aan
de hand van de positie van de kralen een getal eruit halen. De elektronische
signalen in het geheugen van de computer kunnen worden vertaald naar de
informatie wat zij vertegenwoordigen.
De derde eigenschap van een computer die ook in een telraam aanwezig is, is het
vermogen om berekeningen uit te voeren. Zowel een computer als telraam zijn niet
in staat om berekeningen uit te voeren met alleen hardware. Een telraam heeft
kralen nodig om berekeningen uit te voeren, een computer moet over de juiste
software beschikken.
3
,De laatste gelijkenis die we kunnen maken met moderne computers; het telraam
illustreert de eerst bekende user interface voor een rekenmachine.
User interface = De manier waarop mensen communiceren met de machine/het
apparaat.
________________________________________________________________
Vele jaren na het ontwerpen van de telraam kwam er een steeds grotere behoefte
voor het verbeteren van de calculation capabilities van de mens. Een voorbeeld
van een apparaat die werd ontworpen zijn de Napier’s bones.
Napier’s bones bestaan uit kleine, rechthoekige stokjes met cijfers en lijnen op elke
stok. Door de stokjes in verschillende posities te plaatsen is het mogelijk om de
getallen met elkaar te vermenigvuldigen, delen en zelfs het maken van
vierkantswortels.
___________________________________________________________________
1.4 The first software
Geen enkele apparaat zoals beschreven in de teksten hiervoor is programmable
(programmeerbaar). Het is mogelijk om de hardware zoals kralen, wielen en
stokken te verplaatsen, maar dit zijn slechts manieren om de apparaten te
configureren om berekeningen uit te voeren. Een programmeerbaar apparaat is
een apparaat waarin het programma is gescheiden van de hardware zodat deze
kan worden opgeslagen voor hergebruik op een ander tijdstip. Met andere
woorden; het programma “illustreert” het apparaat hoe het moet presteren.
Verschillende programma’s produceren verschillende resultaten.
In 1805 is het eerst programmeerbare apparaat ontworpen door Joseph-Marie
Jacquard. Dit was een weefgetouw om kleding te weven. De Jacquard loom leek op
4
,andere weefapparaten behalve dat het stiff paper cards gebruikte als programma.
Door het nummer te veranderen, en de plaatsing van gaten op de kaarten was het
mogelijk om de machine verschillende patronen te laten weven.
Het apparaat was zo gebouwd dat het in staat was om de lussen en kaarten te
verplaatsen; waardoor je in staat was om de machine zo te programmeren dat het in
staat was om verschillende patronen in kleding te weven.
___________________________________________________________________
Het eerste voorbeeld wat we aan kunnen duiden als “computer software” dateert
uit het jaar 1843. Dit werd bedacht door een Engels wiskundige; Charles Babbage.
The analytical engine maakte ook gebruik van het concept waarbij je kaarten in de
hardware installeert om het apparaat vervolgens te programmeren om een
bepaalde taak uit te voeren.
5
,Programma's voor The Analytical Engine kon een reeks wiskundige handelingen
uitvoeren; op dezelfde manier als moderne computers complexe wiskundige
handelingen kunnen uitvoeren zoals voorgeschreven door een goed
computerprogramma.
Ada Lovelace; Één van de eerste programmeurs. De gravin had erg veel interesse
in het werk van Charles Babbage en heeft ook verschillende programma’s
geschreven voor het werk van Babbage.
___________________________________________________________________
1.5 What makes it a modern computer?
Een algemeen aanvaarde definitie van moderne computer vereist drie
eigenschappen van dit rekenapparaat;
1. Het moet elektronisch zijn en niet mechanisch.
2. Het moet digitaal zijn en niet analoog
3. Het moet het opgeslagen programma concept gebruiken
___________________________________________________________________
Herman Hollerith heeft een rekenapparaat uitgevonden speciaal om de
Amerikaanse volkstelling vast te leggen. In de tijd van Hollerith (19e eeuw) werd elk
decennium de volkstelling vastgelegd met de hand. Doordat de bevolking snel begon
te groeien werd het onmogelijk om dit met de hand bij te houden en steeg de vraag
naar een apparaat die dit van mensen kon overnemen.
6
,De machine van Hollerith werkte op elektriciteit. De Hollerith-tabulating-machine kan
worden gelabeld als de eerste berekenende (d.w.z. computerachtige) hardware die
voldoet aan alle eigenschappen die een moderne computer onderscheiden.
Vóór de jaren 1930 deden machines die gegevens opslaan dat meestal met behulp
van mechanische tandwielen of elektrische signalen. Tandwielen kunnen geroteerd
worden naar een oneindig aantal verschillende hoeken. Elektrische signalen zijn
oneindig variabel in termen van spanning, stroomsterkte, capaciteit en inductantie.
Dit soort continue verandering wordt analoog genoemd.
Een digitaal systeem is, in tegenstelling tot analoge systemen, een systeem
waarbij er niet een oneindig aantal mogelijkheden zijn. De veranderingen zijn dus
ook niet continu.
Voorbeeld: De tijd op een digitaal horloge wordt weergegeven in cijfers. Het is voor
een digitaal horloge niet mogelijk om een tijd tussen 09:30 en 09:31 te weergeven.
De snelheidsmeters in onze (oudere)auto’s zijn daarentegen analoog. Zij
beschikken over een roterende naald die beweegt zodra de auto versnelt.
___________________________________________________________________
Het figuur hierboven weergeeft een eenvoudige desktop-achtige computer met drie
componenten; een keyboard, een display en een system unit. Aan de hand van deze
componenten kunnen we de vier essentiële onderdelen van een computer
illustreren. Dit zijn;
1. Input device
Zoals de naam al aangeeft is dit een manier om data in de computer te
krijgen. De input device die we zien op de foto is bijvoorbeeld de keyboard.
7
, Met de keyboard ben je in staat om data in de computer in te voeren. (ook
een computermuis, trackpads en microfoons zijn input device)
2. Output device
Output devices bieden de mogelijkheid om informatie te delen met de
gebruiker. De meest voorkomende output device is het computerscherm.
Maar ook een printer en luidsprekers vallen onder output device.
Sommige devices zijn ook ontworpen om zowel de input als output device te
gebruiken zoals CDs en DVDs.
3. Memory
De computer moet in staat zijn om informatie op te slaan. In tegenstelling tot
het menselijk geheugen faalt een digitaal geheugen zelden met het opslaan
van informatie.
4. Processor
Een processor is de vierde essentiële onderdeel van een computer. Net als
de mechanische rekenmachines uit de zeventiende eeuw kunnen
computerprocessoren numerieke berekeningen uitvoeren;
Een processor is het hart van de computer; Deze hoofdchip is verantwoordelijk voor
alle berekeningen en aansturingen die in een computer plaatsvinden. Op het plaatje
op pagina 7 is de processor evenals het geheugen (memory) gevestigd in de
system unit.
___________________________________________________________________
Hoe werken computer software en hardware samen met elkaar?
Computer processors reageren op instructies. Dit wordt ook wel machine
instructions genoemd. Verschillende processoren reageren op verschillende
instructies. Met de input device kun je de computer instructies geven. Zodra de
gebruiker weet hoe hij de instructies in moet voeren kan hij dit dus via de input
device (bijvoorbeeld het toetsenbord) in de computer invoeren. Ook kan er een
software (input) gedownload worden. Het programma is pas beschikbaar voor de
processor wanneer het loaded (moved) is in het computergeheugen. Dit heet ook
wel het stored program concept. Dit is tevens de derde en laatste vereiste voor
een moderne computer.
Het computergeheugen wordt gebruikt voor twee dingen;
1. Ze slaan gegevens op.
2. Ze slaan de instructies op die nodig zijn om de gegevens te verwerken.
8
Hoofdstuk 1 - What is Computational Thinking?
“Computational Thinking—It represents a universally applicable attitude and skill set
everyone, not just computer scientists, should be eager to learn and use.” -
Jeannette Wing
1.1 Computers, computers everywhere
Computers beïnvloeden bijna elk aspect van het leven. De eerste beroepen die
vertrouwden op de nauwkeurigheid van computers waren voornamelijk
boekhouders. Dit omdat de computer in staat was om complexe berekeningen te
maken en ingewikkelde problemen op te lossen. Later begonnen ook andere
beroepen zoals schrijvers en wetenschappers meer met computers te werken.
___________________________________________________________________
1.2 Computer, computer science, and Computational Thinking
We gebruiken de termen computer of computersysteem om te verwijzen naar een
verzameling van computer hardware en software. Computer hardware omvat alle
fysieke onderdelen van de apparaten die we herkennen als een computer of laptop.
Zoals een muis, toetsenbord, computer geheugen etc.
Zelfs van de meest geavanceerde computer heeft de hardware geen waarde zonder
software. De term software verwijst naar elk soort computerprogramma. Het
belangrijkste verschil tussen computers en andere machines is het feit dat de
computer in staat is om op instructies te reageren. De instructies voor het uitvoeren
van een bepaalde taak wordt een programma genoemd. Een ander veel gebruikte
term voor programma of software is “code”.
Programma’s worden vaak “applications” genoemd omdat het programma een
manier is om computer hardware voor een specifiek doel toe te passen.
Mensen die programma’s ontwerpen worden programmers of software developers
genoemd.
___________________________________________________________________
1.3 From Abacus to machine
Het vroegst bekende rekenapparaat is het telraam (abacus). Er zijn vele variaties op
de basisstructuur van dit apparaat; we zullen een versie onderzoeken die het meest
is gebruikt in de afgelopen jaren en die bekend staat als de "Chinees telraam".
1
,Het belangrijkste om te onthouden tijdens het gebruiken van een Chinese telraam is
dat alle kralen zo ver mogelijk naar voren geschoven moeten worden. Geen enkele
kraal mag zo gepositioneerd worden dat er meer dan één lege plek zichtbaar is.
Alleen de kralen die zo dicht mogelijk naar de balk toe zijn geduwd tellen mee voor
de waarde.
Het Chinese telraam heeft altijd twee kralen boven de balk, en vijf eronder. Het
figuur hieronder toont verschillende manieren om het getal 10 te vertegenwoordigen.
2
,Moderne computers lenen vier concepten uit het telraam;
● Storage (opslag)
● Representation (vertegenwoordiging)
● Calculation (berekening)
● User interface (gebruikersinterface)
Zolang de kralen van de abacus (telraam) niet verplaatst worden, behoudt het
telraam haar waarde. Een belangrijk aspect van de moderne computer is de opslag.
De items die worden opgeslagen worden ook wel data genoemd.
Het tweede concept wat een computer leent van een telraam is representation. Dit
vindt altijd plaats wanneer de gegevens afkomstig zijn van een systeem en bedoeld
zijn om iets anders te modelleren. Het telraam slaat een geheel getal op. Je kunt aan
de hand van de positie van de kralen een getal eruit halen. De elektronische
signalen in het geheugen van de computer kunnen worden vertaald naar de
informatie wat zij vertegenwoordigen.
De derde eigenschap van een computer die ook in een telraam aanwezig is, is het
vermogen om berekeningen uit te voeren. Zowel een computer als telraam zijn niet
in staat om berekeningen uit te voeren met alleen hardware. Een telraam heeft
kralen nodig om berekeningen uit te voeren, een computer moet over de juiste
software beschikken.
3
,De laatste gelijkenis die we kunnen maken met moderne computers; het telraam
illustreert de eerst bekende user interface voor een rekenmachine.
User interface = De manier waarop mensen communiceren met de machine/het
apparaat.
________________________________________________________________
Vele jaren na het ontwerpen van de telraam kwam er een steeds grotere behoefte
voor het verbeteren van de calculation capabilities van de mens. Een voorbeeld
van een apparaat die werd ontworpen zijn de Napier’s bones.
Napier’s bones bestaan uit kleine, rechthoekige stokjes met cijfers en lijnen op elke
stok. Door de stokjes in verschillende posities te plaatsen is het mogelijk om de
getallen met elkaar te vermenigvuldigen, delen en zelfs het maken van
vierkantswortels.
___________________________________________________________________
1.4 The first software
Geen enkele apparaat zoals beschreven in de teksten hiervoor is programmable
(programmeerbaar). Het is mogelijk om de hardware zoals kralen, wielen en
stokken te verplaatsen, maar dit zijn slechts manieren om de apparaten te
configureren om berekeningen uit te voeren. Een programmeerbaar apparaat is
een apparaat waarin het programma is gescheiden van de hardware zodat deze
kan worden opgeslagen voor hergebruik op een ander tijdstip. Met andere
woorden; het programma “illustreert” het apparaat hoe het moet presteren.
Verschillende programma’s produceren verschillende resultaten.
In 1805 is het eerst programmeerbare apparaat ontworpen door Joseph-Marie
Jacquard. Dit was een weefgetouw om kleding te weven. De Jacquard loom leek op
4
,andere weefapparaten behalve dat het stiff paper cards gebruikte als programma.
Door het nummer te veranderen, en de plaatsing van gaten op de kaarten was het
mogelijk om de machine verschillende patronen te laten weven.
Het apparaat was zo gebouwd dat het in staat was om de lussen en kaarten te
verplaatsen; waardoor je in staat was om de machine zo te programmeren dat het in
staat was om verschillende patronen in kleding te weven.
___________________________________________________________________
Het eerste voorbeeld wat we aan kunnen duiden als “computer software” dateert
uit het jaar 1843. Dit werd bedacht door een Engels wiskundige; Charles Babbage.
The analytical engine maakte ook gebruik van het concept waarbij je kaarten in de
hardware installeert om het apparaat vervolgens te programmeren om een
bepaalde taak uit te voeren.
5
,Programma's voor The Analytical Engine kon een reeks wiskundige handelingen
uitvoeren; op dezelfde manier als moderne computers complexe wiskundige
handelingen kunnen uitvoeren zoals voorgeschreven door een goed
computerprogramma.
Ada Lovelace; Één van de eerste programmeurs. De gravin had erg veel interesse
in het werk van Charles Babbage en heeft ook verschillende programma’s
geschreven voor het werk van Babbage.
___________________________________________________________________
1.5 What makes it a modern computer?
Een algemeen aanvaarde definitie van moderne computer vereist drie
eigenschappen van dit rekenapparaat;
1. Het moet elektronisch zijn en niet mechanisch.
2. Het moet digitaal zijn en niet analoog
3. Het moet het opgeslagen programma concept gebruiken
___________________________________________________________________
Herman Hollerith heeft een rekenapparaat uitgevonden speciaal om de
Amerikaanse volkstelling vast te leggen. In de tijd van Hollerith (19e eeuw) werd elk
decennium de volkstelling vastgelegd met de hand. Doordat de bevolking snel begon
te groeien werd het onmogelijk om dit met de hand bij te houden en steeg de vraag
naar een apparaat die dit van mensen kon overnemen.
6
,De machine van Hollerith werkte op elektriciteit. De Hollerith-tabulating-machine kan
worden gelabeld als de eerste berekenende (d.w.z. computerachtige) hardware die
voldoet aan alle eigenschappen die een moderne computer onderscheiden.
Vóór de jaren 1930 deden machines die gegevens opslaan dat meestal met behulp
van mechanische tandwielen of elektrische signalen. Tandwielen kunnen geroteerd
worden naar een oneindig aantal verschillende hoeken. Elektrische signalen zijn
oneindig variabel in termen van spanning, stroomsterkte, capaciteit en inductantie.
Dit soort continue verandering wordt analoog genoemd.
Een digitaal systeem is, in tegenstelling tot analoge systemen, een systeem
waarbij er niet een oneindig aantal mogelijkheden zijn. De veranderingen zijn dus
ook niet continu.
Voorbeeld: De tijd op een digitaal horloge wordt weergegeven in cijfers. Het is voor
een digitaal horloge niet mogelijk om een tijd tussen 09:30 en 09:31 te weergeven.
De snelheidsmeters in onze (oudere)auto’s zijn daarentegen analoog. Zij
beschikken over een roterende naald die beweegt zodra de auto versnelt.
___________________________________________________________________
Het figuur hierboven weergeeft een eenvoudige desktop-achtige computer met drie
componenten; een keyboard, een display en een system unit. Aan de hand van deze
componenten kunnen we de vier essentiële onderdelen van een computer
illustreren. Dit zijn;
1. Input device
Zoals de naam al aangeeft is dit een manier om data in de computer te
krijgen. De input device die we zien op de foto is bijvoorbeeld de keyboard.
7
, Met de keyboard ben je in staat om data in de computer in te voeren. (ook
een computermuis, trackpads en microfoons zijn input device)
2. Output device
Output devices bieden de mogelijkheid om informatie te delen met de
gebruiker. De meest voorkomende output device is het computerscherm.
Maar ook een printer en luidsprekers vallen onder output device.
Sommige devices zijn ook ontworpen om zowel de input als output device te
gebruiken zoals CDs en DVDs.
3. Memory
De computer moet in staat zijn om informatie op te slaan. In tegenstelling tot
het menselijk geheugen faalt een digitaal geheugen zelden met het opslaan
van informatie.
4. Processor
Een processor is de vierde essentiële onderdeel van een computer. Net als
de mechanische rekenmachines uit de zeventiende eeuw kunnen
computerprocessoren numerieke berekeningen uitvoeren;
Een processor is het hart van de computer; Deze hoofdchip is verantwoordelijk voor
alle berekeningen en aansturingen die in een computer plaatsvinden. Op het plaatje
op pagina 7 is de processor evenals het geheugen (memory) gevestigd in de
system unit.
___________________________________________________________________
Hoe werken computer software en hardware samen met elkaar?
Computer processors reageren op instructies. Dit wordt ook wel machine
instructions genoemd. Verschillende processoren reageren op verschillende
instructies. Met de input device kun je de computer instructies geven. Zodra de
gebruiker weet hoe hij de instructies in moet voeren kan hij dit dus via de input
device (bijvoorbeeld het toetsenbord) in de computer invoeren. Ook kan er een
software (input) gedownload worden. Het programma is pas beschikbaar voor de
processor wanneer het loaded (moved) is in het computergeheugen. Dit heet ook
wel het stored program concept. Dit is tevens de derde en laatste vereiste voor
een moderne computer.
Het computergeheugen wordt gebruikt voor twee dingen;
1. Ze slaan gegevens op.
2. Ze slaan de instructies op die nodig zijn om de gegevens te verwerken.
8
