STEM
Samenvatti ngen
Hoofdstuk 1; Wat is Computational Thinking?
Computer, computer science, and computational thinking
De termen computer en computer system verwijzen naar een collectie van computer hardware en software.
Computer hardware omvat alle fysieke apparaten die collectief het item vormen die wij zien als een desktop of
een laptop.
De computer hardware van de meest verfijnde computers zou geen praktische waarde hebben zonder
computersoftware. De term software verwijst naar elke groep van computerprogramma’s. Het grootste
verschil tussen een computer en andere machines is de mogelijkheid van computers om te reageren op
instructies. De instructies voor het uitvoeren van een bepaalde taak wordt een programma genoemd. Het
woord code kan ook worden gebruikt in plaats van software of programma.
Computerprogramma’s doen alles van het managen van je bank account tot het opmaken van de pagina’s in
een boek. Wanneer je een app downloadt op je telefoon, heb je al een programma geïnstalleerd.
Terwijl de meeste uitvindingen van mensen zijn gemaakt om een specifieke taak uit te voeren, zijn computer
daar anders in, vanwege de variatie in taken die de computer kan uitvoeren. Als iemand het programma kan
maken, kan de computer de bijbehorende taak uitvoeren. Vaak worden deze programma’s applicaties
genoemd.
Omdat elk programma is gemaakt om iemand te plezieren met bepaalde vereisten, is een programma in feite
een oplossing voor een probleem. Aangezien de belangen van computers in ons leven, zijn computer
programmeerders zeer belangrijk in alle moderne probleemoplossingen.
Hoe past computerwetenschap in de discussie over computer hardware en software? Het blijkt dat de studie
van computerwetenschappen alle problemen omvat rondom computers van hardware tot software, van de
fundamentele theorieën van de technologie tot de eindgebruiker applicaties.
Wat betekent computational thinking? De beste manier om dit te omschrijven is in de manier van wat de
computer wetenschappers denken, op welke manier ze redeneren.
Van Abacus tot een machine
Het eerste bekende apparaat voor rekenen is de abacus. Ondanks dat er wordt gedacht dat de abacus al
eeuwen eerder in Mesopotamia werd gebruikt, is het oudste bewijs van een abacus gevonden rond de 5 e eeuw
voor Christus en de oudste geschreven beschrijving van een abacus wordt geschat te zijn geschreven in China in
de 13e eeuw na Christus.
De abacus bestaat uit kralen geregen aan een staaf. Elke staaf wordt ondersteund vanaf de uiteinden, evenals
door een staaf die vanuit het midden is verschoven. Het aantal staafjes kan verschillen per abacus. De bar in
het midden scheidt de kralen in twee groepen. Belangrijk voor het gebruiken van een abacus is dat er geen
kraal zo moet worden gepositioneerd dat toelaat om meer dan een kale ruimte te hebben aan elke kant van de
bar.
De kralen hebben een waarde die wordt gelezen van rechts naar links. De rechter staaf met kralen die onder de
bar zit worden de 1e kralen genoemd, omdat ze allemaal een waarde hebben van 1. De kralen aan de
bovenkant van de rechter staaf hebben allemaal een waarde van 5. Voor de tweede staaf hebben de onderste
kralen een waarde van 10, en de kralen aan de bovenkant een waarde van 50, en zo telt dit door.
Alleen de kralen die tegen de bar aan worden geduwd worden meegeteld in de waarde.
Verschillende soorten van de abacus hebben verschillende hoeveelheden kralen aan elke staaf, maar de
Chinese abacus heeft er altijd twee aan de bovenkant en vijf aan de onderkant.
,Abacus
De moderne computer lenen de volgende vier concepten van de abacus:
1. Opslag
2. Representatie
3. Calculatie
4. User interface
Een belangrijk aspect van de moderne computer is opslag. Als er opslag is, moet er ook iets zijn om op te slaan.
De items die worden opgeslagen worden data genoemd. Een abacus kan alleen een bepaalde datum op een
bepaald moment opslaan, terwijl een computer een biljoen aantal stukjes aan data kan opslaan.
Het tweede concept van een computer die van de abacus afkomt is de representatie. Een representatie komt
elke keer voor wanneer de data van een systeem bedoeld is om iets te laten zien. De abacus presenteert een
getal, door middel van kralen op een staaf. De locatie van de kralen kunnen worden vertaald in een waarde, die
wordt gepresenteerd. Een moderne computer is gemaakt om problemen op te lossen die informatie vanuit de
echte wereld bevatten. Die informatie wordt gepresenteerd als date in computers door het gebruik van
verschillende technologieën, waarvan vele elektronisch. De elektronische signalen in het geheugen van de
computer kunnen worden vertaald in de informatie die het laat zien.
Het derde concept van een abacus die wordt gebruikt voor een computer is de mogelijkheid om calculaties te
maken. Computer hardware heeft software nodig om te calculeren. De computer heeft software nodig om
berekeningen te maken.
Als laatste illustreert de abacus als eerste apparaat een user interface. Een user interface verwijst naar de
manier waarop mensen communiceren met een machine. De user interface van een computer is er door het
gebruik van een keyboard en een muis samen met een bepaalde vorm van liquid crystal display (LCD). De term
graphical user interface (GUI) wordt gebruikt omdat de meeste interactie met een computer ook het gebruik
van grafische foto’s, zoals icoontjes, knoppen en pop-up schermen bevat.
Napier’s bones zijn uitgevonden door een wiskundige genaamd John Napier en werd gepubliceerd in 1617.
Napier’s bones bestaat uit kleine rechthoekige stokken met nummers en lijnen op elke stok. Verschillende
stokken hebben nummers gepositioneerd in slimme verschillende manieren. Het rangschikken van de stokken
in verschillende manieren maakt het handig om te vermenigvuldigingen, delen en wortels uit te rekenen.
Napier’s bones
, De eerste rekenmachines werden uitgevonden door verschillende wiskundigen in Europa. De twee meest
betekenisvolle van de eerste mechanische rekenmachines waren Pasceline, uitgevonden in 1643 door een
Fransman genaamd Blaise Pascal, en Leibniz’ calculator uitgevonden door een Duitse wiskundige en filosoof
Gotfried Leibniz rond 1674.
Pascaline en de Leibniz’ calculator heeft de user interface gevorderd door de gebruiker te laten werken door
aan een handvat te draaien en door het gebruik van duim wielen. Deze apparaten deden het ook beter in het
assisteren van mensen door het gebruik van interne wielen, tandwielen. De machines demonstreren ook het
belang van snelheid bij berekeningen maken. Door het gebruik van deze apparaten kon je sneller berekeningen
maken dan met een abacus of Napier’s bones.
Niet elk historische calculator werd gebruikt voor rekenen. De Antikythera mechanisme vanuit de 1e eeuw
voor Christus werd waarschijnlijk gebruikt om de locatie van de zon, maan en andere planeten te identificeren.
De eerste software
De apparaten die hiervoor zijn beschreven waren allemaal niet echt programmeerbaar. Een echt
programmeerbaar apparaat is een apparaat waarin het programma is gescheiden van de hardware, zodat het
kan worden opgeslagen en worden hergebruikt op een ander moment. In andere woorden: het programma
geeft een instructie aan het apparaat over hoe het moet werken en verschillende programma’s produceren
verschillende resultaten.
De eerste programmeerbare machine was een weefgetouw voor het weven van kleding. Rond 1805, een
Franse uitvinder genaamd Joseph-Marie Jacquard, bouwde de eerste programmeerbare machine, het Jacquard
weefgetouw. Hij gebruikte een lus van stevige papieren kaarten als programma. De kaarten hadden gaten en
door het veranderen van het aantal gaten en de plaats ervan kon het weefgetouw verschillende patronen
weven. Het weefgetouw was zo gebouwd dat de lus en kaarten konden worden verwijderd en worden
vervangen voor verschillende lussen met kaarten. Dit systeem wordt nog steeds gebruikt voor textiel
weefgetouwen.
Het eerste voorbeeld wat kon worden beschreven als ‘computersoftware’ kwam pas rond 1843. Een Engelse
wiskundigen en uitvinder genaamd Charles Babbage had al eerder een mechanische calculator gemaakt die
meer geavanceerde calculaties kon maken, maar deze was nog niet daadwerkelijk programmeerbaar. Dit kwam
pas later bij zijn tweede uitvinding, de Analytical Engine. De Analytical Engine nam het concept over van de
punched cards voor het opslaan en het invoeren van een programma in de hardware. Maar de programma’s
van dit apparaat waren in staat om een reeks aan wiskundige operaties uit te voeren op dezelfde manier dar de
moderne computer dit kan uitvoeren. Helaas was het onmogelijk om een volledige Analytical Engine te maken
tijdens Babbage’s leven, omdat het apparaat erg complex was.
Een interessante kanttekening die vaak wordt verteld over de Analytical Engine betrekt een vrouw genaamd
Ada Lovelace. Ze was erg geïnteresseerd in het werk van Charles Babbage en ze heeft het eerste programma
voor de Analytic Engine geschreven. Sommige mensen zeggen dat ze de eerste programmeerder is, maar dat
kan niet worden bewezen en is waarschijnlijk ook niet waar, omdat verschillende individuen programma’s
hebben geschreven rond die tijd.
Wat maakt het een moderne computer?
Een breed geaccepteerde betekenis van een moderne computer moet de volgende drie eigenschappen
bevatten:
1. Het moet elektronisch zijn.
2. Het moet digitaal zijn.
3. Het moet een opgeslagen programmaconcept bevatten.
Voor de eerste uitvinding die minstens 1 van deze dingen had, gaan we terug naar 1890. Een man genaamd
Herman Hollerith had een apparaat uitgevonden die specifiek was bedoeld voor het in kaart brengen van de
US-volkstelling. De machine werkte op elektriciteit.
Het eerste probleem is dat een moderne computer digitaal moet zijn. Voor 1930, machines die data op konden
slaan gebruikte mechanische versnellingen (gears) of elektrische signalen. De versnellingen konden worden
gedraaid tot een oneindig aantal verschillende hoeken. Elektrische signalen zijn ook oneindige variabelen. Dit
soort oneindige veranderingen worden analoog genoemd.
