Устройство компьютера

Тема: «Устройство компьютера»

1. Цель и задачи урока

Цель: дать представление о функциональном назначении устройств компьютера.

Задачи:

обучающие: освоить основные характеристики устройств компьютера;

развивающие: развивать навыки по практическому решению поставленных задач;

воспитательные: формировать системное мышление.

СТРУКТУРА И ХОД УРОКА

На предыдущих уроках мы с вами рассматривали вопросы связанные с информацией и информационными процессами. Однако современная информатика не мыслится без компьютера. Что же такое «компьютер»? (ответы учащихся: подводим их наводящимися вопросами к правильному ответу: это технический устройство) Что же входит в состав компьютера? (ответы учащихся: системный блок, монитор, клавиатура, мышь) Молодцы! Рассмотрим более подробно основные устройства и принцип работы компьютера.

На доске появляется схема компьютера

Включаем анимацию 1.

Внутренняя память: (учитель демонстрирует материнскую плату, платы памяти)

Внутренняя намять 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. Минимальной единицей является бит памяти, которые сгруппирова­ны в группы по 8 бит, образующие байт памяти. В оперативной памяти хранятся системные программы, осуще­ствляющие непосредственное управление системными ресурсами компьютеpa, 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 512 и выше Мбайт памяти. ОЗУ является электронным устройством, после выключения компьютера все данные стираются.

Для постоянного хранения используется постоянное запоминающее устройство, где хранятся данные, не требуюшне вмешательства пользова­теля и необходимые для корректной работы компьютера. Информация в ПЗУ «зашивается» в процессе создания компьютера. Она включает в себя программы: запуска и остановки ЭВМ; тестирования устройств, прове­ряющие при каждом включении компьютера правильность работы его бло­ков; управления работой процессора, дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью. А также содержит информацию о месторасположении на диске операционной системы.

Компьютер может читать или исполнять программы из постоянной памя­ти, но он не может изменять их и добавлять новые. Постоянная памя ть пред­назначена только для считывания информации. Постоянная память, так же как и опера­тивная, реализуется интегральными микросхемами. Отличие заключается в том, что эти микросхемы являются энергонезависимыми. Выключение пита­ния не приводит к потере данных.

Для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств с различным быстродействием совреметсый компьютер исполь­зует еще один вид - кэш память. Кэш память является промежуточным запоминающим устройством или буфером. Она используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью, между опера­тивной памятью и внешним накопителем. Использование кэш памяти со­кращает число обращений к жесткому диску для чтения-записи, так как в ней хранятся данные, повторное обращение к которым, со стороны процес­сора не требует дополнительного чтения или иной обработки информации. Существует два типа кэш памяти: внутренняя, размещаемая внутри про­цессора (размером от 8 до 64 Кбайт) и внешняя, которая устанавливается на системной плате (размером от 256 Кбайт до 1 Мбайт).

В тетрадях учащихся появляется схема:

Процессор: (учитель демонстрирует процессор)

Центральный процессор - техническое устройство, являющееся основ­ным рабочим компонентом компьютера, осуществляющее арифметические и логические операции, заданные программой, управляющее вычислитель­ным 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.

(Демонстрируется слайд с устройством процессора)

Микропроцессор состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ) и регистров для временного хранения информа­ции. АЛУ отвечает за обработку данных. 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.

Процессор оперирует машинными словами, размер которых имеет раз­личное значение у разных компьютеров. Машинное слово - это число бит, к которым процессор имеет одновременный доступ. Размер машинного слова может быть равен 8, 16, 32, 64 битам. Размер машинного слова и оп­ределяет разрядность процессора, равный числу одновременно обрабаты­ваемых битов. Чем больше разрядность процессора, тем больше информа­ции он может обработать в единицу времени, тем выше его эффективность.

Быстродействие компьютера определяется тактовой частотой процес­сора или количеством выполняемых операций в единицу времени. Измеряется в Мегагерцах.

Параметры процессора ограничивают объем оперативной памяти, с ко­торым он может взаимодействовать. Максимальное количество памяти, которое процессор может обслужить, называется адресным пространст­вом процессора.

Кроме основного микропроцессора во многих компьютерах имеются специализированные процессоры. Например, математический сопроцес­сор микросхема, которая помогает основному процессору в выполнении м.истатических вычислений с десятичной (плавающей) точкой.

Системная шина (демонстрация анимации -2)

Системная шина физически представляет собой набор провод­ников, объединяющих основные узлы системной платы. От типа системной шины, так же как и от типа процессора, зависит скорость обработки информации персональным компьютером. Основной характеристикой этих линий является частота и разрядность.

Современный компьютер имеет системную шину 32 и 64 бита. Такая разрядность шины данных позволяет значительно повысить скорость обме­на информацией, а увеличение разрядности адресной шины обеспечивает возможность обращения к большему объему оперативной памяти. Систем­ная шина включает в себя: шину данных, адресную шину и шину управле­ния. Каждая часть предназначена для передачи определенных сигналов.

Поэтапное взаимодействие процессора с оперативной памятью выгля­дит следующим образам:

1. процессор устанавливает на шине адреса адрес ячейки памяти, которую хочет прочитать;

2. на шине управления процессор выставляет сигнал готовности и сиг­нал чтения;

3. заметив сигнал готовности, все устройства проверяют, не стоит ли на шине адреса их адрес;

4. оперативная память, заметив, что выставлен ее адрес, считывает управляющий сигнал (например, в нашем случае - сигнал чтения);

5. память читает адрес;

6. память выставляет на шине данных требуемую информацию;

7. память выставляет на шине управления сигнал готовности;

8. процессор читает данные с шины данных

Устройства ввода (слайд презентации)

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.

(слайд)

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 всегда вызывает справку или помощь. В этом же ряду слева находится клавиша , предназначенная для отказа от выполненной команды.

Основное поле клавиатуры имеет клавиши с цифрами, буквами и специ­альными символами. Переключение регистра (верхний/нижний) произво­дится при удержании клавиши или включении клавиши . Клавиша выполняет команду табулирования, т. с. переводит указатель ввода символов в следующее поле. Клавиша удаляет символ, стоящий слева от указателя. Клавиша завершает ввод ко­манд и данных. Наконец, в основном поле присутствует клавиша пробела (самая длинная клавиша в нижнем ряду) и клавшим Ctrl п t, выпол­няющие вспомогательные функции.

В правой части расположена дополнительная клавиатура, которая вклю­чается клавишей . С этой клавиатуры очень удобно вводить цифры и символы арифметических действия. Между правой и левой частями клавиатуры расположены клавиши перемещения курсора, обозначенные стрелками. В этом же поле находится клавиша , нажатие которой приводит к удалению символа, расположенного справа от указателя.

(Слайд)

Манипуляторы осуществляют непосредственный ввод информации, указывая курсором на экране монитора команду или место ввода данных.

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

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.

Сенсорные устройства ввода, представляют собой чувствительные поверхности покрытые специальным слоем и связанные с датчиками. Прикосновение к поверхности датчика приводит в движение курсор, перемещение которым осуществляется за счет движения пальца по поверхности.

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.

Графический планшет (дигитайзер) используется для ввода в компью­тер высокоточных рисунков. Нажатие на поверхность специальным пером активизирует миниатюрные переключатели, замыкание которых является сигналом для воспроизведения на экране монитора контура изображения. Программа, обрабатывающая вводимые изображения оцифровывает их и позволяет записывать в память компьютера для их последующего воспро­изведения.

(слайд)

Сканер устройство для распознавания изображений, хранящихся на бумажных носителях для создания их электронных копий и последующего хранения в памяти компьютера. Различают сканеры:

• по глубине распознавания цвета (черно-белые, с градацией серого, цветные);

• по оптическому разрешению (измеряется в точках на дюйм (dpi) и определяет количество точек, которые сканер различает на каждом дюйме);

• по используемому программному обеспечению для сканирования и предварительной обработки изображений;

• по конструкции (ручные, страничные и планшетные).

Устройства распознавания речи. С помощью обычного микрофона речь

человека вводится в компьютер и преобразуется в цифровой код. Большин­ство систем распознавания речи могут быть настроены на особенности че­ловеческого голоса. Это реализуется путем сравнения сказанного слова с образцами, предварительно записанными в памяти компьютера. Некоторые системы могут определять одинаковые слова, сказанные разными людьми. Однако список этих слов ограничен. Лучшие системы распознают до 30 тысяч слов с адаптацией к индивидуальным типам голосов.

Практическая работа. (кросворд)