Computer Pscyhologie: Bestandssystemen begrijpen

“Goede orde is de grondslag van alle goede dingen”
                                                                        - E. Burke

Bestanden zijn cruciaal voor informatie uitwisseling; ze zijn een soort uitbreiding van het werkgeheugen. Bestanden worden echter beheerd door het besturingssysteem, waardoor zij een eigen ‘eco’ omgeving nodig hebben. De uitwisseling van informatie wordt namelijk pas praktisch als het opvragen of opslaan van bestanden een efficiënt proces is. Het bestandssysteem is de hiërarchie die besturingssystemen afdwingen om deze efficiëntie te waarborgen.

Bestanden zijn fysieke afspiegelingen van informatie. Een bestand kan maar op een enkele manier toegankelijk zijn: óf deze wordt gelezen óf er wordt in het bestand geschreven. Om te voorkomen dat meerdere programma’s naar een bestand tegelijk willen schrijven is een bestandssysteem essentieel; dit systeem zet een bestand op ‘slot’ zodra het in gebruik is en bevrijd het wanneer de opdrachten zijn voltooid. Er wordt echter nooit meteen naar een bestand geschreven; wanneer bewerkingen zijn voltooid, wordt de digitale kopie van het bestand naar de media gestuurd (de harde schijf bijv.) en wacht het besturingssysteem op een ‘OK’ signaal.

Er zijn verschillende klassen bestanden: bestanden voor de algemene besturing (systeembestanden), gebruikersbestanden (documenten, media, programma’s) en tijdelijke bestanden voor operationeel gebruik. Bestandssystemen houden al deze bestanden keurig bij in een tabel, dat veel wegheeft van een inhoudsopgave. Iedere bestand is in deze tabel genoteerd met zijn ‘voetpad’ oftewel locatie en grootte, gekoppeld aan een uniek nummer (inode). Zonder deze tabel zou de computer het hele opslagmedium keer op keer moeten afzoeken, een drama in de tijd waar vaak gigabytes aan gegevens worden gebruikt. Wanneer er een bestand wordt aangemaakt of verwijderd, gebeurd dit als eerst in deze tabel; als je dus een bestand verwijderd betekend het dus niet automatisch dat de gegevens ook daadwerkelijk weg zijn (zelfs wanneer je de prullenbak ‘leegmaakt’).

Hoewel zo’n tabel zijn voordelen heeft is de structuur voor mensen heel onpraktisch; vooral omdat informatie vaak relevant moet zijn. Daarom zijn er mappen structuren, zodat gegevens bij elkaar geplaatst kunnen worden. Bestandssystemen gebruiken daarvoor een heel elegant trucje; een speciaal formaat bewaard de ‘inhoud’ van een map als een miniatuur tabel. Een map is dus voor een computer een bestand zoals ieder ander bestand, het besturingssysteem presenteert het echter alsof de informatie ook zo ‘fysiek’ is opgeslagen. Omdat mappen een eigen index volgen, is er ook een speciale methode nodig om informatie te vinden, het ‘voetpad’ wat de computer moet volgen om bij het bestand uit te komen (path). Zonder dit ‘voetpad’ zou de computer het unieke nummer van het bestand niet kunnen vinden; mensen hebben de voorkeur aan namen in plaats van mystieke nummers.

Het besturingssysteem heeft een bestandssysteem voor zijn eigen omgeving; de harde schijf die wordt meegeleverd moet in deze structuur zijn ingedeeld. Zo is de ‘inhoudsopgave’ een speciaal formaat die door het besturingssysteem begrepen moet worden. Wanneer een besturingssysteem ‘geïnstalleerd’ wordt, vereist het dit speciale formaat op de harde schijf waar de programmatuur geplaatst wordt. De schijf dient dan ‘geformatteerd’ te worden, zodat tijdens het opstarten het besturingssysteem de ‘inhoudsopgave’ kan vinden om met bestanden te kunnen werken.

Buiten het ‘eigen’ bestandssysteem, moeten computers ook andere indelingen begrijpen: Dvd’s en USB-sticks volgen een andere mechaniek van informatieopslag en hebben hun eigen bestandssysteem. Met behulp van speciale programma’s, kan een besturingssysteem deze gebruiken; als het formaat van een bestandssysteem wordt begrepen kan er eenvoudig mee gewerkt worden. Zonder een ‘stuurprogramma’ snapt een besturingssysteem niets van het opslagmedium: er kan niet van gelezen of naar geschreven worden.

Besturingssystemen hebben daarom vaak moeilijkheden met het uitwisselen van programma’s omdat programma’s altijd via het besturingssysteem bestanden zal aanspreken. Ter illustratie: het ‘voetpad’ van Windows bestandsystemen gebruikt de ‘\’ (backslash) als scheidingsteken tussen mappen de Mac de ‘/’ (slash); het ‘voetpad’ in een programma gemaakt op het ene systeem is ongeldig op het andere.

Meer lezen over Informatie Technologie? Klik hier voor de inhoudsopgave van alle artikelen!

©SamRain
Bestandssystemen

Computer Psychologie: het besturingssysteem begrijpen

“Zonder besturingssysteem zou voor ieder programma herstart moeten worden”
                                                                                                                     - Sam Rain

Computers bestaan uit een hoop onderdelen: de processor, het werkgeheugen, beeldscherm zijn slechts een paar voorbeelden. Ieder onderdeel heeft geen besef van al die andere onderdelen. ‘Hardware’ oftewel fysieke onderdelen, kennen alleen invoer- en uitvoersignalen. Om al deze onderdelen aan te sturen heeft een computer altijd één hoofdprogramma nodig: het ‘besturingssysteem’.

Er zijn diverse doeleinden in het gebruik van computers. De meest bekende is het persoonlijk gebruik (Desktop) met besturingssystemen zoals Windows™Vista, Apple Mac OSX en Ubuntu Linux. Deze staan in het kader van een enkele gebruiker, waarbij de beschikbare programma’s op de gebruiker zijn  afgestemd, zoals een tekstverwerker of tekenprogramma. In een bedrijf is er echter sprake van een netwerk; meerdere gebruikers zullen gemeenschappelijke programma’s nodig hebben om informatie uit te wisselen, zoals een database. Om dit mogelijk te maken is er een computer nodig die als centraal punt dient voor gedeelde programma’s, de ‘server’. Een ‘server’ heeft daarom ook een speciaal besturingssysteem nodig om meerdere gebruikers ten dienst te staan en zal zijn bronnen anders verdelen dan een computer voor persoonlijk gebruik.

Het kiezen van een besturingssysteem is afhankelijk van de primaire doelstellingen; een commercieel systeem biedt professionele technische ondersteuning, maar zal qua flexibiliteit flink inleveren. Sommige systemen benadrukken efficiëntie en anderen leggen de nadruk op gebruiksvriendelijkheid. Vaak levert een populair systeem een winst op in secundaire voordelen; fora, documentatie en toetsing.

Het hoofddoel van een besturingssysteem is erg voor de hand liggend, namelijk het starten van andere programma’s. Dit zijn als het ware subprocessen, waar het ‘hoofdprogramma’ zo snel van wisselt dat het lijkt alsof deze tegelijkertijd lopen. Er zijn door deze formatie toepassingen mogelijk die anderzijds onhaalbaar zouden zijn; geluid afspelen tijdens het verwerken van tekst, e-mail ophalen en het surfen op internet.

Er zijn 4 soorten programma’s: ‘drivers’, applicaties, gereedschappen en ‘services’. De ‘drivers’ zijn kleine modulen voor het besturingssysteem om fysieke apparaten in de computer aan te sturen; zonder de ‘driver’ kan het besturingssysteem het apparaat niet aansturen. Applicaties zijn de programma’s waar de gebruiker de computer voor nodig heeft; ze vervullen taken of stellen de gebruiker in staat om taken te vervullen zoals een tekstverwerker. Een gereedschap is een X applicatie dat zich specifiek bezighoud met het onderhoud van systemen en informatie; zij zijn bestemd om het systeem op orde te houden. De ‘services’ zijn achtergrond programma’s; zij regelen speciale processen zonder dat er een gebruiker aan te pas komt. Vooral grote applicaties waar meerdere gebruikers mee werken, maken verbinding door middel van een service.

Elk besturingssysteem heeft specifieke richtlijnen voor subprocessen. Een applicatie bestemd voor het ene systeem is niet altijd uit te wisselen met een ander systeem; de ‘compatibiliteit’ van een programma wordt daarom specifiek aangegeven. Daarom leveren veel software producenten hun applicaties op deze richtlijnen (‘standaard’) zodat ze het programma niet opnieuw hoeven aan te passen voor elke nieuwe versie van het besturingssysteem. Als echter deze veranderingen te veel verschillen of mogelijke fouten kunnen opleveren heeft de gebruiker geen keus; het zal het oude programma moeten ‘migreren’ naar de nieuwe versie.

Meer lezen over Informatie Technologie? Klik hier voor de inhoudsopgave voor alle artikelen!

©SamRain
Besturingssystemen

Computer Psychologie: het werkgeheugen begrijpen

“Zonder geheugen onthouden wij niets; computers zijn geen uitzondering”
                                                                                                                 - Sam Rain

Het werkgeheugen van computers zijn voor non-techneuten een dik mistgordijn; ‘hoe meer, hoe beter’, zegt men. Wanneer men veel programma’s start, lijkt de computer in snelheid af te nemen – maar waarom? En hoe werkt het ongeveer?

Over het algemeen is het gemakkelijker te herinneren wat er vandaag gebeurd is dan twee jaar geleden. Het ‘werkgeheugen’ wordt jammer genoeg vaak vergeleken met het korte termijn geheugen van de mens. Het ‘werkgeheugen’ is namelijk het enige geheugen wat een computer ter beschikking heeft; een harde schijf of USB-stick zijn voor een computer slechts een opslagmedium; ze dragen gegevens en worden misplaatst ‘geheugen’ genoemd. Wanneer een programma wordt ‘gestart’ dan laden de gegevens zich in het werkgeheugen, zodat het uitgevoerd kan worden door de processor; wanneer het programma is beëindigd, wordt dit ‘gereserveerde’ geheugen vrijgegeven.

Omdat het werkgeheugen bestaat uit chips die zonder spanning terugvallen in neutrale staat, is het ongeschikt als permanente gegevensdrager. Tevens is het ook onhandig omdat er vaak meer programma’s beschikbaar zijn dan werkgeheugen en het gebruik van chips die permanente gegevens wel kunnen dragen vele malen trager zijn.

De manier hoe het werkgeheugen wordt gebruikt door de computer is voor velen ook een raadsel; buiten dat het ‘nodig’ is komen de meeste non-techneuten niet. Dat is niet raar; de techniek is met de jaren steeds complexer geworden en net als de processor is het gebruik van het werkgeheugen steeds efficiënter geworden; toch blijft de mechaniek ongeveer hetzelfde. Het werkgeheugen bestaat uit een reeks van chips, welke fysiek gegevens kunnen bevatten. Omdat er heel veel gegevens in het fysieke werkgeheugen passen, is het voor de processor een inefficiënte taak om per cyclus het werkgeheugen in zijn geheel te doorlopen. Om deze reden deelt de processor het werkgeheugen in gelijke delen en geeft ieder deel een uniek nummer (‘geheugenadres’). Wanneer er een programma gestart wordt, dan worden de instructies en gegevens in deze delen geplaatst. Zo hoeft de processor niet al het werkgeheugen af te lopen, maar enkel naar het ‘geheugenadres’ te springen. Wanneer er een fout optreedt in het programma, geeft het systeem meestal een melding; het mystieke getal is dan vaak het geheugenadres en de inhoud ervan.

Naarmate het werkgeheugen voller raakt, kost het de processor meer tijd om het programma te vinden, waardoor het zelfs vele cycli kan kosten. Uiteraard gaat dit gepaard met een verminderde verwerkingssnelheid van de computer. Soms draait er slechts één programma, terwijl het vrij beschikbare geheugen afneemt zonder aannemelijke reden; er is dan sprake van een ‘geheugenlek’ – een instructie die een fout bevat en gegevens plaatst in een nieuw deel. Na verloop van tijd is het systeem niet alleen trager geworden, maar kan zelfs resulteren in een abrupte halt (‘crash’); het werkgeheugen is te vol. Het is daarom een zeer belangrijke taak om over voldoende werkgeheugen te bezitten; vooral wanneer men werkt met programma’s die uitgebreide functionaliteit bezitten of veeleisende taken moeten uitvoeren. Leveranciers van software vermelden daarom een minimaal beschikbaar vrij werkgeheugen en een aangeraden hoeveelheid; dit is omdat werkgeheugen vaak verschilt bij computer fabrikanten.

Het werkgeheugen is natuurlijk veel gecompliceerder in de praktijk; echter is daarvan de kennis alleen praktisch voor hen die de mouwen willen oprollen om de naald in de geheugenchipberg te vinden.

Meer lezen? Klik hier voor de inhoudsopgave voor alle artikelen!

©SamRain
Werkgeheugen

Computer Psychologie: informatieverwerking begrijpen

“Iemand die gedetailleerde kennis heeft over een ruimtevaartuig is een raketgeleerde; de bestuurder is echter een astronaut.”
                                                                                                                - Sam Rain

Wanneer mensen zich willen verdiepen in de Informatie Technologie is de eerste berg die beklommen moet worden ondergesneeuwd met vakjargon. Elke term verbergt op zichzelf een rotsblok van techniek, waar de nodige studie aan gewijd dient te worden. Degenen die echter alleen willen begrijpen wat er in grote lijnen onder de motorkap afspeelt komen dan van een koude kermis thuis; de meeste boeken beginnen met de geschiedenis van de rekenmachine en vereisen de kennis van een raketgeleerde voor het aandraaien van ‘onzichtbare’ moertjes. De ‘computer psychologie’ reeks is daarom ook geschreven voor mensen die liever naar bergen kijken dan een geologisch onderzoek starten.

Het is vrij bekend dat de ‘processor’ het hart is van iedere computer, een ‘harde’ schijf de bestemming is voor opslag en de muis en het toetsenbord bijdragen aan de invoer. De ‘processor’ is een microchip, geproduceerd met het doel om berekeningen uit te voeren; dat is dan ook alles wat de processor kan: optellen. Een computer ziet daarom alles als een berekening, en is dus niet geschikt om filosofische vraagstukken op te lossen. Echter doet het deze berekeningen razendsnel (binnen een miljardste van een seconde), waardoor het ‘rekenwonder’ in staat is om bovenmenselijke taken uit te voeren. Ondanks deze grote pluspunten, blijft het een ‘dom’ apparaat; zonder vooraf gedefinieerde ‘instructies’ gebeurd er namelijk niets. Een instructie is een complexe formule; echter het principe voor deze formules zijn hetzelfde als voor alle formules; verander de factor, dan veranderd de uitkomst.

Deze ‘instructies’ worden door knappe koppen bedacht bij het ontwerp van de processor. Alle chips krijgen een bepaalde hoeveelheid instructies toegekend, afhankelijk van de lotsbestemming. Zo vereist een chip bestemd voor een smartphone veel minder instructies dan een chip verantwoordelijk voor de grafische weergave van een spelcomputer of een laptop.

Het doel van de ‘instructie-set’ is het berekenen van ingegeven waarden (factoren) zodat een uitkomst gevonden kan worden. Deze waarden worden opgeslagen in speciaal werkgeheugen, genaamd ‘registers’ welke in de chip verwerkt zijn. Registers bevatten de invoer- en uitvoerwaarden voor de berekening die op dat moment moet worden uitgevoerd; op het moment dat namelijk een berekening is uitgevoerd, is de processor dat al meteen vergeten.

Net zoals ons hart bloed pompt door ons lichaam, heeft een processor een ‘klok’ nodig. Bij iedere klokslag wordt er een signaal afgevuurd naar de processor om een berekening te maken. Tussen deze signalen in moet de processor de berekening afgerond hebben ongeacht de complexiteit; deze periode wordt de cyclus genoemd. Het aantal cycli per seconde bepaalt de snelheid: 3 Gigahertz staat dus voor 3 miljard verwerkingen per seconde die de processor maximaal kan berekenen.

Vaak wordt uitgelegd dat computers denken in nullen en enen, dit is deels waar. Op een chip zitten vernuftige apparaatjes, genaamd transistoren. Een transistor kent twee uitgangen, afhankelijk van de elektrische spanning die er doorheen loopt. Een transistor kan daardoor een waarde vormen. Omdat deze waarden alleen kunnen bestaan uit een getallen systeem van maar 2 mogelijkheden (uitgang 1 of 2), worden deze symbolisch gezien als 0 of 1; de bit. Een enkele bit is onpraktisch; daarom wordt een reeks bits gebruikt om nuttig gebruik te maken van de processor. Een 64-bit processor kan in een cyclus een waarde verwerken van deze grootte; hoe groter het aantal bits de processor, hoe nauwkeuriger de berekening gemaakt kan worden.

De verwerking van informatie gebeurd in processoren; een computer bevat vele chips, echter is er altijd één groep die boven de rest uitsteekt: de centrale verwerkingseenheid, welke de rest aanstuurt.

Meer lezen hierover? Klik hier voor de inhoudsopgave voor alle artikelen!

©SamRain
Informatieverwerking