Тема 5 Методика изучения устройства компьютера. Общая методика реализации задач на компьютере

Цель: дать начальные представления о назначении компьютера, о его устройстве, о функциях основных узлов, заложить основу для будущего более подробного изучения аппаратных средств компьютера.

Перечень вопросов, выносимых для рассмотрения:

1.Методика изучения устройства компьютера: понятие о программном управлении работой ЭВМ, общих принципах работы его основных устройств и периферии, основных компонентах программного обеспечения компьютера.

2. Классификация программного обеспечения компьютера. Операционные системы: назначение, функциональные возможности. Операционные системы MS DOS, WINDOWS. Основные понятия: файл, каталог; поиск файлов, управление объектами.

Одна из содержательных линий базового курса информатики - линия компьютера. Эта линия делится на четыре ветви (рис ниже)

Освоение содержательной линии «КОМПЬЮТЕР» происходит по двум целевым направлениям:

А) Теоретическое изучение устройства, принципов функционирования и организации данных в ЭВМ;

Б) Практическое освоение компьютера; получение навыков применения компьютера для выполнения различных видов работы с информацией.

В курсе информатики устройство компьютера изучается на уровне его архитектуры. Под архитектурой понимают описание устройства и принципов работы ЭВМ без подробностей технического характера. Описание архитектуры – это представление о компьютере, достаточное для человека, работающего за компьютером, но не конструирующего и ремонтирующего его.

Первый урок обычно носит познавательный характер. После краткого изложения истории развития вычислительной техники учитель знакомит учащихся с основными компонентами компьютера. В ходе беседы выясняется, что персональный компьютер состоит из следующих основных частей:

· Устройства ввода (клавиатура, мышь, - передача информации);

· Память (внешняя и внутренняя, хранение информации);

· Процессор (обработка информации);

· Устройства вывода (монитор, принтер – передача информации).

Хорошим дополнением к рассказу учителя может служить «Энциклопедия персонального компьютера и Интернета» Кирилла и Мефодия. Если останется время, можно познакомиться с дополнительными устройствами компьютера.

После беседы по основным устройствам компьютера переходим к знакомству с основными характеристиками этих устройств. Для процессора – быстродействие и разрядность, для памяти – её объём. При рассмотрении объёма оперативной памяти необходимо отметить, что численные значения кратны двум: 128 Мб, 256 Мб, и так далее. Необходимо продемонстрировать гибкие диски и CD-диски и сообщить их ёмкость. Более подробно рассматриваются характеристики мониторов. Вводятся понятия пиксела и растра (640 Х 480, 800 Х 600, 1024 Х 768), разрешения монитора.

Проблему увязки теории с практикой должен решать сам учитель. Вводя общие понятия, например, объем памяти, разрядность процессора, тактовая частота и др., следует сообщить ученикам, какие конкретно значения параметров имеются у школьных компьютеров. Рассказывая о назначении устройств ввода и вывода, о носителях информации, учитель должен продемонстрировать эти устройства, познакомить учеников с их характеристиками, с правилами обращения. Безусловно нужно рассказать и о возможностях и характеристиках более совершенной и современной техники, чем та что есть в школе, раскрыть перспективы ее развития.

Архитектура определяет правила взаимодействия составных частей компьютера, описание которых выполняется в той мере, в какой это необходимо для формирования правил их взаимодействия. Архитектура регулирует не все связи, а наиболее важные, которые должны быть известны для программного использования данного вычислительного средства.

Персональный компьютер включает в себя следующие основные блоки:

внутреннюю память (оперативную и запоминающую);

процессор;

периферийные устройства.

Схем a «Основные устройства персонального компьютера»
ОЗУ | ПЗУ |  | Процессор
| Шина | Данных
МАГИСТРАЛЬ | Шина | Адреса
| Шина | Управления
контроллер |  | контроллер | контроллер | Контроллер
Клавиатура | Принтер | Дисплей | Дисковод

Внутренняя память компьютера

Внутренняя память компьютера состоит из двух частей: оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Они располагаются на материнской плате. Оперативное запоминающее устройство используется для временного хранения данных в процессе непосредственной работы компьютера. Оперативная память обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причем в каждый момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти. Это свойство отражено в англоязычном названии оперативной памяти RAM (Random Access Memory - память с произвольным доступом). Минимальной единицей является бит памяти, которые сгруппированы в группы по 8 бит, образующие байт памяти. Каждая совокупность имеет собственный адрес, по которой и осуществляется прямое обращение к данным. В оперативной памяти хранятся системные программы, осуществляющие непосредственное управление системными ресурсами компьютера, и прикладные программы, с которыми работает пользователь в данный момент времени.

Основной характеристикой оперативной памяти является ее объем, влияющий на скорость работы компьютера. Современные компьютеры имеют от 126 и выше Мбайт памяти. Часть оперативной памяти выделена. Для хранения данных, соответствующих текущему изображению на экране. ОЗУ является электронным устройством, после выключения компьютера все данные стираются.

Процессор

Центральный процессор - техническое устройство, являющееся основным рабочим компонентом компьютера, осуществляющее арифметические и логические операции, заданные программой, управляющее вычислитель- ! ным процессом и координирующее работу всех устройств компьютера. Микросхема, реализующая функции центрального процессора персонального компьютера, называется микропроцессором.

Микропроцессор выполнен в виде сверхбольшой интегральной схемы, представляющий собой кремниевую пластинку на которой размещены электронные компоненты. Чем больше компонентов содержит микропроцессор, тем выше производительность компьютера. Размер минимального элемента микропроцессора составляет несколько микрометров. Микропроцессор штырьками вставляется в специальное гнездо на системной плате.

Микропроцессор состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ) и регистров для временного хранения информации. АЛУ отвечает за обработку данных. В каждый момент времени считывается отдельная команда и в регистрах временного хранения сохраняется ярее, с которого была считана информация и номер действия, которое нужно выполнить над считанными данными. Данные считываются из оперативной памяти, и после выполнения необходимых действий измененное значение возвращается обратно в память. Координацию взаимодействия различных устройств компьютера осуществляет устройство управления. Воздействие осуществляется не напрямую, а через оперативную память.

Важнейшими характеристиками процессора являются:

разрядность;

тактовая частота;

адресное пространство.

Системная шина

Системная шина, другими словами - магистраль, позволяет осуществлять взаимодействие между процессором и остальными компонентами компьютера. По этой шине осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также обмен специальными служебными сигналами. Системная шина физически представляет собой набор провод ников, объединяющих основные узлы системной платы. От типа системной ши ны, так же как и от типа процессора, зависит скорость обработки информации персональным компьютером. Основной характеристикой этих линий является частота и разрядность.

Число одновременно передаваемых по шине адреса и шине данных разрядов (битов) определяет разрядность соответствующей шины. От разрядности шины данных зависит максимально возможное общее количество доступной памяти (адресное пространство процессора), а разрядность шины данных влияет на максимальную порцию информации, которую можно получить из памяти за один раз. Для процессора i8088, разрядность адресной шины равнялась 20 и, соответственно, максимальное количество доступной памяти составляло 1 Мбайт. Современные процессоры Pentium могут адресовать до 1 Гбайта памяти. Следует заметить, что в компьютере, как правило, объем оперативной памяти меньше, чем максимально возможный для процессора.

Контроллеры

Между системной шиной и периферийными устройствами находятся специальные платы - контроллеры, которые вставляются в разъемы (слоты) на материнской плате, а к их портам подключаются дополнительные устройства (дисководы, манипуляторы типа «мышь», принтеры и т. д.). Именно контроллер декодирует сигнал, поступающий от процессора, и затем посылает обработанный сигнал для выполнения его устройством, т. е. полученный двоичный сигнал преобразуется в вид понятный пользователю.

Порты

Портами называют контакты (разъемы), находящиеся на контроллерах, и выведенные на тыльную сторону системного блока. Порты используются для подключения устройств ввода и вывода к системному блоку. Исключение составляют дисководы гибких, жестких и лазерных дисков, которые

устанавливаются внутри системного блока.

Различают параллельные и последовательные порты. Параллельные порты используются для подсоединения внешних устройств, которым необходимо передавать на близкое расстояние большой объем информации, такие как принтер, сканер. Число параллельных портов у компьютера не превышает трех, и они имеют соответственно имена LPT1, LPT2. LPT3. . Параллельный порт осуществляет передачу 8 бит данных по 8 параллельным проводам одновременно.

Устройства ввода

Одним из основных периферийных устройств являются устройства ввода, которые подключаются к свободному порту, либо в свободный слот платы расширения. Различают два основных типа устройств: с клавиатурным вводом и прямым вводом. В первом случае осуществляется ввод с клавиатуры, в другом случае данные считываются непосредственно компьютерными устройствами, например, манипуляторы, сенсорные устройства, сканеры, устройства распознавания речи. Устройства ввода управляются с помощью специальных программ, называемых драйверами.

С клавиатуры осуществляется ручной ввод различных символов и служебных команд. Современная клавиатура (расширенная) имеет более 101 клавиши, которые по расположению делятся на четыре поля. В верхней части клавиатуры расположены функциональные клавиши, которые подписаны буквой F и имеют номера от 1 до 12. Для разных программ эти клавиши выполняют различные функции, но некоторые из них стали традиционно одинаковыми, например, клавиша <F1> всегда вызывает справку или помощь. В этом же ряду слева находится клавиша <Esc>, предназначенная для отказа от выполненной команды.

Джойстик представляет собой ручку управления и наиболее часто используется в управлении перемещающимися объектами. Джойстик, подключенный к обычному компьютеру, управляет перемещениями курсора по экрану.

Мышь - один из распространенных типов манипулятора. В верхней части корпуса мыши установлены кнопки для выполнения действий, в нижней части находится шарик для ее перемещения по коврику. Движение мыши отражается на экране монитора перемещением курсора. Качество мыши определяется ее разрешающей способностью, которая измеряется числом точек на дюйм - dpi (dot per inch). Эта характеристика определяет, насколько точно курсор будет передвигаться по экрану. Для мышей среднего класса разрешение составляет 400-800 dpi. Различные манипуляторы типа «мышь» могут отличаться:

по способу считывания информации (механические, оптико-механические и оптические);

по количеству кнопок (2 и 3-кнопочные мыши);

по способу соединения (проводные или беспроводные мыши).

Трекбол (шаровой манипулятор) - это шар, расположенный в отдельном корпусе или встроенный в клавиатуру. Часто в качестве корпуса используется манипулятор мышь, когда последовательно используются возможности <мыши» и трекбола. Перемещение курсора по экрану обеспечивается вращением шара, не требует коврика и места для перемещения манипулятора по столу

Световое перо - простое устройство, имеющее светочувствительный элемент на своем кончике пера и передающее информацию о направлении луча непосредственно компьютеру. Соприкосновение пера с экраном замыкает фотоэлектрическую цепь и определяет место ввода или коррекции данных. Световое перо используется в различных системах обработки и анализа медицинских изображений, выбора операций в меню и для рисования схем.

(Об устройствах вывода необходимо предложить подготовить учащимся доклады, либо одному о каждом устройстве, либо нескольким конкретно о каждом устройстве на 3-5 минут.)

Подводя итог:

описание архитектуры компьютера предполагает рассмотрение функционального назначения устройств без какой-либо технической конкретизации;

выполнение заданных функций каждым устройством компьютера

позволяет функционировать системе в целом;

• управление компьютером осуществляется благодаря процессору, который обрабатывает команды заданной программы;

Программное управление компьютером

Цели урока:

освоить программный принцип управления компьютеров;

иметь представление об основных видах программного обеспечения;

освоить основные функции операционной системы.

Ход урока Актуализация знаний

Перечислите устройства ввода информации.

От чего зависит быстродействие компьютера?

Назовите основные характеристики центрального процессора?

К какому виду памяти относится лазерный диск?

Какие виды памяти являются энергозависимыми, какие нет?
Теоретическая основа урока

Компьютер (computer) - автоматическое устройство или система, способная выполнять заданную, четко определенную последовательность операций, таких как, операции численных расчетов, манипулирования данными, включая операции ввода-вывода. Описание последовательности операций называется программой, которая хранится в памяти компьютера и в зависимости от заложенных в нее функций может быть изменена пользователем, либо защищена от внешнего воздействия.

Компьютер состоит из двух основных частей: аппаратной и программной. Аппаратная часть включает основные и периферийные устройства. Основными элементами компьютера являются устройства, располагающиеся на материнской плате. Это процессор и оперативная память, которые и задают основные характеристики компьютера. Все остальные устройства относятся к периферии: внешняя память, монитор, устройства ввода-вывода и т. д.

Данные обрабатываются программами. Программа – это последовательность инструкций, выполняя которые совершаются какие-то действия для решения задачи. Программные средства - это набор программ различного предназначения. Иначе программные средства называются программным обеспечением и делят на 3 группы:

ПРИКЛАДНЫЕ программы, программы по обработке данных (редактирование текстов, рисование картинок и т.д.)

СИСТЕМНЫЕ - программы управляющие работой всех устройств компьютера и его ресурсов по обеспечению обработки данных (например, создание копий используемой информации, выдачу справочной информации о компьютере).

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ системы (системы программирования), обеспечивающие создание новых программ для компьютера.

Предназначено для решения конкретных задач обработки данных. С их помощью можно создавать графические объекты и документы, производить расчеты и т.д.

ПРИКЛАДНЫЕ программы можно разделить на специализированные и универсальные.

К СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫМ относят программы, используемые работниками одной специальности: бухгалтерии (бухгалтерские программы), проектировщиками (автоматизированные системы).

К УНИВЕРСАЛЬНЫМ относят текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, программы электронной почты и т.д.

Существуют еще ИНТЕГРИРОВАННЫЕ пакеты – программы, которые объединяют в себе несколько прикладных программ, связанных между собой. Например, текстовый редактор, электронная таблица, система управления базами данных.

Первый тип программ отвечает за управление аппаратными ресурсами компьютера, контроль за функционированием технических и программных средств, а также осуществляет непосредственный диалог с пользователем. Все эти возможности заложены в операционную систему (ОС). Операционные системы (ОС), их функции, программы-оболочки

Основной частью системного ПО является операционная система, управляющая почти каждым действием компьютера. В функции ОС входит: тестирование отдельных узлов аппаратуры, памяти и других компонентов оборудования; сопряжение прикладной программы с аппаратными средствами, для этого используются специальные программы - драйвера. Современные ОС позволяют использовать компьютеры в мультипрограммном режиме, когда одновременно могут выполняться сразу несколько программ, тогда именно операционная система следит за распределением внутренних ресурсов и последовательностью выполнения команд. Еще одной функцией ОС является используемый интерфейс (так было не всегда).

Подводя итог:

Управление компьютером, т. е. ее аппаратной частью осуществляется с помощью программ, чем реализуется программный принцип управления компьютером.

Есть два основных вида программ: системные, отвечающие за функционирование аппаратной части и программного обеспечения, и прикладные, направленные для решения узких прикладных задач пользователем.

Для комфортного взаимодействия пользователя с компьютером был разработан пользовательский интерфейс, позволяющий управлять компьютером без глубоких знаний принципов функционирования отдельных частей и узлов.

Данные в памяти компьютера хранятся в виде файлов с заданными
именами.

• Для управления файлами используется файловая система.

Контрольные вопросы:

1. Обозначьте общие принципы работы основных устройств и периферии ЭВМ.

2. Перечислите основные компоненты программного обеспечения компьютера.

3. Операционные системы, их назначение и функциональные возможности.