Computational thinking for the modern problem solver
Hoofdstuk 1 What is computational thinking?
De term computer of computersysteem verwijst naar de collectie aan hardware en software.
De hardware van een computer bevat alle fysieke onderdelen die bijdragen aan het gebruik
van de computer, zoals het scherm en het toetsenbord. De software bevat alle soorten
computerprogramma’s. Een computer kan, in tegenstelling tot andere machines, reageren op
instructies. Zo’n soort instructie heet een programma. Deze programma’s worden vaak
applicaties genoemd. De beste manier om computational thinking te omschrijven, is als een
manier waarop computerwetenschappers denken, een manier waarop ze redeneren.
De eerste rekenmachine is de abacus. De abacus heeft wel iets weg van een telraam, maar
dan met twee kralen boven de balk en vijf kralen onder de balk. De kralen onder de balk
hebben allemaal een waarde van 1. De kralen boven de balk hebben allemaal een waarde van
5. Om een getal uit te drukken, moeten kralen worden verplaatst tegen de balk aan. Om het
getal vier uit te drukken, moeten dus op de meest rechterstaaf vier kralen onder de balk
worden verplaatst naar boven (tegen de balk aan).
Moderne computers hebben vier concepten van de abacus overgenomen:
1. Opslag
2. Representatie
3. Berekening
4. User interface / gebruikersomgeving
De items die opgeslagen worden, worden data genoemd. Een abacus kan maar één datum
tegelijk opslaan, terwijl een moderne computer triljoenen stukjes aan data kan opslaan.
Wanneer data wordt gebruikt om iets te modelleren, dan heet dit een representatie. De
abacus gebruikt kralen om een heel getal te representeren. De computer gebruikt data en zet
deze om in informatie die het representeert. De term user interface wijst naar de manier
waarop mensen communiceren met het apparaat. De interface van de abacus bestaat uit het
gebruiken van je vingers of duimen om kralen te verplaatsen. Op de computer wordt gebruik
gemaakt van een grafische interface, vanwege icoontjes en knoppen die gebruikt worden.
Een programma levert de instructies over hoe een apparaat moet werken en verschillende
programma’s produceren verschillende resultaten. De eerste geprogrammeerde machine was
het Jacquard weefgetouw. Dit weefgetouw weefde verschillende patronen aan de hand van
kaartjes met puntjes erin. Een ander aantal en andere plekken van de puntjes leverde een
ander patroon op. De eerste ‘computer software’ werd gebouwd door Charles Babbage in
1843 en heette de Analytical Engine.
Een moderne computer bevat tegenwoordig drie kenmerken:
1. Het moet elektronisch zijn en niet geheel mechanisch
2. Het moet digitaal zijn en niet analoog
3. Het bevat het concept van opgeslagen programma’s, stored program
Analoog betekent dat het signaal continu verandert en elke waarde kan aannemen binnen
bereik. Een digitaal systeem kan alleen een beperkt aantal waarden weergeven, zoals een
digitale klok. Een digitale klok geeft niet iedere seconde weer, zoals een analoge klok wel
doet.
, Een moderne computer moet tenminste één van de volgende vier essentiële componenten
bevatten:
1. Apparaat dat zorgt voor input
2. Apparaat dat zorgt voor output
3. Geheugen
4. Verwerking / processor
Een apparaat dat zorgt voor input, een input device, zorgt ervoor dat data in de computer
komt, zoals een toetsenbord van een computer en een scherm van een tablet. Een apparaat dat
zorgt voor output, een output device, zorgt ervoor dat de computer de resultaten kan delen
met de gebruiker, zoals het scherm van een computer. De input en output devices vormen
samen een onderdeel van de hardware van een computer. Data die wordt ingevoerd, moet
worden opgeslagen. Dit gebeurt in het geheugen van de computer. Hierna moet de computer
dit verwerken. Computerprocessors reageren op verschillende instructies, de machine-
instructies genaamd. Een input device kan deze instructies aanleveren. Dit is pas beschikbaar
wanneer het is opgeslagen in het geheugen. Dit heet het concept van stored program.
Het geheugen van een computer wordt tegenwoordig gebruikt voor twee dingen:
1. Het slaat data op
2. Het slaat de instructies op die nodig zijn om de data te verwerken
De ABC computer is niet de eerste moderne computer die voldoet aan de drie kenmerken,
maar was wel de eerste computer die (1) volledig elektronisch en programmeerbaar was, (2)
een elektronisch geheugen had en (3) binaire nummers gebruikte.
In de jaren 50 en 60 werd door Jack Kilby en Robert Noyce de eerste chip uitgevonden.
Deze chip was in staat om duizenden elektronische schakelaars te combineren in deze enkele
chip. Dit heet een geïntegreerd circuit. Dit maakte het mogelijk om de computers van
telefoons van nu zo klein te maken. De wet van Moore voorspelde dat de mogelijkheden
voor fabricage zouden toenemen, zodat het aantal componenten in een geïntegreerd circuit
iedere 18 maanden zou verdubbelen. Deze groei wordt ook aangeduid met exponentiele
groei. Dit verklaart ook hoe computers steeds sneller zijn geworden, omdat de elektriciteit een
steeds kortere afstand hoeft af te leggen.
