«Аппаратное устройство компьютера. Магистрально - модульный принцип построения ЭВМ»
методическая разработка по информатике и икт (10 класс) по теме

«Аппаратное устройство компьютера. Магистрально - модульный принцип построения ЭВМ»

Цель  урока:

познакомить учащихся с основными устройствами ЭВМ, и их назначением, характеристиками данных устройств; принципом магистрально-модульного построения компьютера

Задачи:

— обучающие: сформировать понятие об архитектуре ЭВМ;  магистрально-модульном построении ЭВМ; внешняя и внутренняя память; основные принципы работы ЭВМ; магистрально-модульный принцип построения; процессор; периферийные устройства.

— развивающие: развитие гибкости мышления, умение выделить главную мысль из высказанного, формирование навыков коллективной работы в сочетании с самостоятельностью обучающихся.

— воспитательные: воспитание внимательности, бережливости.

Класс: 10 класс

Тип урока:

урок изучения нового материала (теория и применение).

Основные этапы: 

получение знаний, выделение главного, закрепление и контроль усвоения.

Формы работы учащихся

фронтальная беседа, работа с книгой, работа в цифровым модулем, самостоятельная работа, применение предыдущих знаний в новой ситуации.

Необходимое техническое оборудование: 

компьютеры с выходом в интернет на каждого учащегося, проектор, интерактивная доска, набор ЦОРов из Единой коллекции ЦОР.

I.Организационный момент

Приветствие, проверка готовности к уроку, отчет дежурных.

II.Актуализация опорных знаний, умений, навыков 

Любой образованный человек, тем более специалист высшей квалификации, вне зависимости от его конкретной естественнонаучной или гуманитарной специальности, должен иметь достаточно содержательное представление об информатике, о её предмете, методах, средствах, возможностях.

Сегодня информатика и вычислительная техника, проникнув во многие сферы человеческой деятельности человека, постепенно становятся неотъемлемой частью практически всех профессий, прочно входят в наш быт, образование, культуру. Именно поэтому знание информатики, умение использовать компьютер: пользоваться программами, уметь устранять небольшие неполадки в работе, знать как устроен и как работает компьютер, совершенно необходимы любому образованному человеку в современном обществе. Тема нашего урока: «Аппаратное устройство компьютера. Магистрально-модульный принцип построения ЭВМ»

У: Что такое компьютер?

О: Компьютер – это универсальное автоматическое программно управляемое электронное устройство, предназначенное для хранения, обработки и передачи информации.

У: Что такое архитектура компьютера?

О: Архитектура компьютера - концептуальная структура вычислительной машины, определяющая проведение обработки информации и включающая методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя. 

Архитектура ЭВМ — комплекс аппаратных и программных средств, с помощью которых обеспечивается выполнение задач пользователя и программирование задач.

У: По размеру, быстродействию, объему памяти современные ЭВМ принято делить на какие классы?

О:    1.СуперЭВМ (CRAY и Эльбрус);

2.Большие ЭВМ;

3.МиниЭВМ (персональные);

4.МикроЭВМ

У: Для чего используют современные ПК?

О: Современные ПК используются для автоматизации отдельных рабочих мест, обработки деловой информации, обучения

III. Магистрально - модульный принцип построения ЭВМ.

Архитектура разделяется на внешнюю и внутреннюю (то, из чего состоит ЭВМ).    В основу положен модульно-магистральный принцип. Модульный принцип позволяет комплектовать нужную конфигурацию, модернизировать ее. Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией. Обмен информацией между устройствами производится по трем многоразрядным шинам (многопроходные линии связи).

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора (т.е. количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт). Шина данных двунаправленная от процессора к устройству и наоборот. Код адреса формируется процессором и передается по шине адреса. Шина однонаправленная (от процессора к устройству). Разрядность определяет объем адресуемой памяти и может не совпадать с разрядностью шины данных. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией (ввод/вывод) и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств.

Просмотр модуля:  «Назначение и типы интерфейсных шин» (http://www.fcior.edu.ru/card/20759/interfeysnye-shiny-razemy-vvoda-vyvoda.html).

У: Для чего предназначена системная шина?

О: Системная шина — это аппаратная реализация стандартов взаимодействия различных узлов.

У: Что определяет разрядность системной шины?

О: Ее разрядность во многом определяет производительность компьютера,  она связывает  процессор, ОЗУ, слоты (т.е. специальные разъемы) расширения. Существуют различные стандарты системной шины, которые сложились по мере развития техники: MCA, ISA, VESA, EISA, PCI и SCSI.    

У: Как осуществляется подключение отдельных модулей ЭВМ к магистрали на физическом уровне?

О: Подключение отдельных модулей ЭВМ к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, адаптеров, а на программном обеспечивается драйверами.

У: Что такое драйвер?

О: Драйвер - компьютерная программа, помогающая операционной системе работать с каким – либо  устройством (например управлять устройствами ввода-вывода, клавиатурой, принтером, сканером, МФУ.).

У: В чем состоит принцип открытой архитектуры?

О: Принцип открытой архитектуры — это возможность постоянного усовершенствования компьютера в целом и его отдельных частей с использованием новых устройств, которые полностью совместимы друг с другом независимо от фирмы-изготовителя. Это дает наибольшую выгоду пользователям, которые могут расширять возможности своих машин, покупая новые устройства и вставляя их в свободные разъемы (слоты) на системной (материнской) плате.

У: Материнская плата(Системная плата)— самая большая в ПК плата, на которой размещены микропроцессор, ОЗУ, ПЗУ, видеокарта, звуковая карта и др. устройства. (учебник рис.4.3 Системная плата)

Указанные устройства подключаются к материнской плате через специальные разъемы — слоты расширения.

Принципы построения компьютеров. Рассмотрим видеоролик иллюстрирующий принцип построения многопроцессорной ЭВМ принципы построения компьютера Джона фон Неймана (http://school-collection.edu.ru/catalog/res/a8e8c793-d9c4-4a10-944f-3918d52e0e1f/view/).

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

1.Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2.Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

3.Принцип адресуемости.  Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Можно давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

У: Для закрепления материала, просмотрим модуль

Просмотр модуля «Принципы построения компьютера Джона фон Неймана»

(http://www.fcior.edu.ru/card/23522/arhitektura-kompyutera.html)

У: В чем состоит принцип магистрально-модульный принцип постороения компьютера?

О:

У: В чем заключается принцип программного управления?

IV.Аппаратное устройство компьютера

У: У персональных компьютеров выделяют 2 части:  аппаратную часть — Hardware и программное обеспечение Software.

У: Что входит в состав ПК?

О: В состав Персонального Компьютера входят:

1.Системный блок;

2.Монитор;

3.Клавиатура

4.Мышь

Любой компьютер содержит:

1.Арифметико-логическое устройство (АЛУ),

2.Запоминающее устройство (память),

3.Управляющее устройство

4.Устройство ввода-вывода информации (УВВ) и имеет программу, хранимую в его памяти (архитектура Джона фон Неймана).

У: Назовите устройства ввода и вывода информации? Для чего они предназначены?

О: Устройства ввода информации: клавиатура, мышь, накопители на гибких магнитных дисках, модем, компьютерная сеть, сканер, световое перо, джойстик, трекбол, микрофон, дисковод CD-ROM.
Устройства вывода информации: монитор, принтер, плоттер, накопители на гибких магнитных дисках, звуковые колонки, встроенный динамик, стриммер, модем, компьютерная сеть

Клавиатура предназначена для ручного ввода информации в компьютер.

Монитор (дисплей) предназначен для отображения информации на экране. Существуют текстовый и графический режимы дисплея. Дисплеи воспроизводят цветные и монохромные изображения.

Процессор предназначен для вычислений, обработки информации и управления работой компьютера.

У: просмотрим видеоролик иллюстрирующий  «принципы функционирования многоядерного процессора» (http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/afa0b878-04b8-463b-a86b-3aaa89eeabc0/[INF_028]_[AM_02].swf)

 У: Чем характеризуются процессоры?

О: Процессоры характеризуются быстродействием и разрядностью. У машин с процессором 286 быстродействие 1 — 2 млн. операций в секунду при тактовой частоте 8 — 25 МГц. Разрядность процессоров составляет 8, 16, 32, 64 бит.

У: память компьютера бывает внутренней и внешней. Просмотрим видеофрагмент, иллюстрирующий внутреннюю и внешнюю память компьютера)

(http://www.fcior.edu.ru/card/10132/vnutrennyaya-pamyat-kompyutera-vneshnyaya-pamyat-kompyutera-tipy-nakopiteley-informacii.html)

О: К внутренней памяти относится постоянное, ОЗУ, КЭШ, видеопамять. К устройствам внешней памяти относятся накопители на жестком и гибком МД., стример.

У: Что вы знаете ОЗУ?

ОЗУ обладает высоким быстродействием и используется процессором для кратковременного хранения информации во время работы компьютера. При выключении источника питания информация в ОЗУ не сохраняется (разрушается). КЭШ-память — это сверхоперативная сверхскоростная промежуточная память.

Накопители на гибких (FDD) и жестких (HDD) магнитных дисках служат для постоянного хранения информации. При выключении источника питания информация на гибких и жестких дисках сохраняется.

Видеопамять — это специальная оперативная память, в которой формируется графическое изображение.

К персональному компьютеру могут подключаться и другие дополнительные устройства (мышь, принтер, сканер и др.). Подключение производится через Порты - специальные разъемы на задней панели.

Порты бывают параллельные и последовательные. По последовательному порту информация передается поразрядно по малому числу проводов. К последовательному порту подключаются мышь и модем. По параллельному порту информация передается одновременно по большому числу проводов, соответствующему числу разрядов. Скорость передачи информации при этом выше, но длина проводов может быть не более 1,5 м. (подключается принтер и выносной винчестер).

V. Практическая часть

Техника безопасности при работе за компьютерами в кабинете информатики. Запускаем модуль «Практические задания по теме: архитектура компьютера» Надеваем наушники. Выполняем задания.

Выполнение модуля «Практические задания по теме: архитектура компьютера»

Задание 1. Выполняется всеми (http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/fcd154a7-b565-49b9-8b78-d8a8009556c9/9_45.swf)

Задание 2. тестирование

VI. Домашнее задание

Знать, что такое архитектура ЭВМ, схему устройства компьютера, §17, вопрос №4.

Просмотреть модули http://school-collection.edu.ru/catalog/res/a8e8c793-d9c4-4a10-944f-3918d52e0e1f/view/. Понять и записать тетрадь в  отличие архитектуры компьютера от его структуры.

доклад о жизни и творческих достижениях в науке американского математика Джона фон Неймана (2 человека).

Дополнительно: просмотреть модуль о  процессоре, технические характеристики процессора, логическую схему процессора, историческую справку о эволюции микропроцессора (http://www.fcior.edu.ru/card/28679/processor.html)

VII.Вопросы учеников

VIII. Итог урока

Как звучит тема урока?

Что нового узнали на уроке?

Что бы ещё хотели узнать по данной теме?

Что показалась сложным? какое задание было легче и проще всего выполнить?

В чем принципиально отличается архитектура персонального компьютера от классической архитектуры компьютеров первого поколения?

Какие функции выполняет контроллер внешних устройств?

В чем состоит принцип открытости архитектуры персонального компьютера?