WWW.INFO.Z-PDF.RU
БИБЛИОТЕКА  БЕСПЛАТНЫХ  МАТЕРИАЛОВ - Интернет документы
 

«МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ИЗУЧЕНИЮ II РАЗДЕЛА КУРСА ИНФОРМАТИКИ «ОСНОВНОЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭВМ» Учитель информатики и ИКТ ...»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Лицей № 7 г. Химки имени Д.П. Уланова

МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ИЗУЧЕНИЮ

II РАЗДЕЛА КУРСА ИНФОРМАТИКИ

«ОСНОВНОЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭВМ»

Учитель информатики и ИКТ

Пигарева Г.Г.

1. История развития вычислительной техники.

Основные цели. Познакомить учащихся с основными событиями, открытиями, изобретениями, связанными с развитием вычислительной техники и информатики как в период до появления компьютеров, так и в компьютерную эпоху.

Изучаемые вопросы.

История средств хранения, передачи и обработки информации.

История ЭВМ, поколения компьютеров.

В любом общеобразовательном школьном предмете присутствует историческая линия. Нет и не должно быть учебной дисциплины без дат, событий, имен. Знание истории предмета помогает сформировать в сознании учеников целостное представление о его содержании. Невозможно, например, изучать физику и не знать об открытиях Ньютона, Фарадея и др. История предмета – это «драма идей» и логика его развития.

Информационная деятельность человека раскладывается на три составляющие, три типа информационных процессов: хранение информации, передача информации и обработка информации. Первоначально орудия и средства информационной деятельности человека развивались отдельно по каждому из этих трех направлений.

В области хранения информации раскрывается история информационных носителей: от камня и кости до современных магнитных и оптических носителей. Важнейшими моментами этой истории было изобретение бумаги и письма на бумаге (Китай, II век нашей эры), а также изобретение книгопечатания в XV веке в Европе. Эти события способствовали массовому распространению грамотности, а под грамотностью понимается умение читать, писать, считать, т.е. работать с информацией. Последствия изобретения книгопечатания можно назвать первой информационной революцией в истории цивилизации. Причиной второй информационной революции стало изобретение компьютера в XX веке.

История развития средств передачи информации прослеживается от первых почтовых контактов до современных средств спутниковой связи. Необходимо обратить внимание учеников на следующий момент: в настоящее время много говорится об информационном обществе, о том, что информация становится важнейшим ресурсом в жизни человечества. В информационном обществе происходят интенсивные процессы обмена информацией между его членами. Такое общество постепенно складывается в течение последних тысячелетий, с момента появления первого средства дальней святи – почты. Обмен информацией на расстоянии сейчас принято называть телекоммуникациями.

Здесь тоже можно говорить о двух революционных эпохах в развитии средств связи. Первый этап: XIX век, изобретение средств электросвязи (телефон, телеграф), радиосвязи и телевидения (первая половина ХХ века). Второй этап: появление и распространение компьютерных телекоммуникаций и Интернета во второй половине ХХ века. Многие физические открытия и технические изобретения ориентировались на развитие средств передачи информации. Всё это подчёркивает важность для человеческого общества процессов информационного обмена.

Из всех видов обработки информации наиболее сложными являются математические вычисления. Именно в этой области приложено немало усилий для изобретения средств, облегчающих работу человека.

После распространения десятичной позиционной системы счисления стали активно изобретаться вычислительные механизмы: десятичные счёты, счётная машина Паскаля и арифмометр, современный калькулятор. Особо надо подчеркнуть значимость работы Ч. Беббиджа над проектом Аналитической машины. Несмотря на то, что в окончательном виде такая машина не была построена, заслуга Беббиджа состоит в том, что он первым разработал проект программно-управляемого вычислительного автомата и заложил ряд идей, впоследствии использованных изобретателями электронной вычислительной машины.

Историю компьютеров можно дать ученикам на разных этапах изучения этой темы. Можно в форме увлекательного рассказа о развитии компьютерной техники поднять интерес учеников к предмету на этом уроке. Однако, существенные аргументы есть за то, чтобы историю компьютеров изучать в конце темы. Дело в том, что понимание этого материала требует от учеников определенной компьютерной грамотности. Если ученики еще ничего не знают о памяти и процессоре, о программировании, о круге задач, решаемых на компьютере, то вряд ли они смогут понять рассказ о том, как развивались эти средства. Получив на уроках по теме представление об устройстве и областях применения современного компьютера, ученики получат «точку отсчёта», относительно которой они смогут оценивать технику предыдущих поколений.

Можно найти компромиссный вариант. Историческая информация дается «порциями», вводится понемногу в различные уроки раздела «Основные устройства и принцип работы ЭВМ». Например, на первом вводном уроке можно рассказать о том, что первые ЭВМ появились в конце 40-х годов ХХ века. Они применялись исключительно для математических расчётов, и их производительность составляла около 1000 арифметических операций в секунду. Современные компьютеры умеют работать с любой информацией: числами, текстами, звуком, графическими изображениями, видео; а их быстродействие составляет миллиарды операций в секунду.

Рассказывая об устройстве персонального компьютера, о микропроцессоре, который умещается на ладони, можно сообщить, что на первых ламповых машинах подобное устройство было очень громоздким и занимало несколько шкафов.

Знакомя учеников с современными устройствами ввода-вывода информации (клавиатурой, монитором), можно рассказать о том, что раньше для ввода информации использовались перфорационные носители: перфоленты и перфокарты. Показываются образцы таких носителей.

На этом уроке обязательно должно прозвучать имя Джона фон Неймана. Ученики должны знать значение его работ для развития компьютерной техники. Подытожить урок истории можно описанием исторического деления компьютерной техники на поколения, дать целостную картину ее эволюции. Вопросы истории компьютерной техники могут быть предметом проектных работ.

2. Архитектура компьютера. Процессор.

Основные цели. Дать начальные представления о назначении компьютера, об его устройстве, о функциях основных узлов. Знакомство с устройством и работой процессора.

Изучаемые вопросы.

Из каких устройств состоит компьютер (внешние и внутренние устройства).

Цикл работы процессора.

Общие вопросы методики.

Одна из содержательных линий базового курса информатики – линия компьютера. Эта линия делится на четыре ветви: устройство компьютера, программное обеспечение, представление данных в памяти компьютера, история и перспективы развития компьютерной техники.

Линия компьютера проходит через весь курс. В большинстве последующих тем ученики будут иметь дело с компьютером, углубляя свои представления об его устройстве, возможностях; развивая собственные навыки работы на компьютере. Освоение содержательной линии «Компьютер» происходит по двум целевым направлениям:

теоретическое изучение устройства, принципов функционирования и организации данным в ЭВМ;

практическое освоение компьютера; получение навыков применения компьютера для выполнения различных видов работы с информацией.

В данной теме устройство компьютера изучается на уровне его архитектуры. Под архитектурой понимают описание устройства и принципов работы ЭВМ без подробностей технического характера (электронных схем, конструктивных деталей и пр.). Описание архитектуры – это представление о компьютере, достаточное для человека, работающего за компьютером, но не конструирующего или ремонтирующего его, т.е. для пользователя (в том числе и для программиста).

Различным пользователям, в зависимости от уровня использования ими компьютера, требуется различный уровень знаний об архитектуре. Наиболее глубокие знания архитектуры компьютера требуются программистам, особенно системным программистам. Самый поверхностный уровень (для общеобразовательных и гуманитарных классов) – это понятия об основных устройствах, входящих в состав ЭВМ, и их назначение. Более глубокий уровень описания архитектуры (для физико-математических классов) – это описание системы команд процессора (языка машинных команд), правил работы процессора при выполнении программы. Необходимость таких знаний следует из основной концепции курса: направленности на фундаментальное, базовое образование.

Основные понятия, которые вводятся на уроках: архитектура компьютера, память (оперативная, постоянная, внешняя), процессор, устройства ввода, устройства вывода, программа, данные, программное управление.При объяснении этой темы применяется приём аналогии. Суть его сводится к следующему. По своему назначению компьютер – это универсальная машина для работы с информацией. Но в природе уже есть такая «биологическая машина», это человек. Информационная функция человека сводится к умению осуществлять три вида информационных процессов: хранение информации, обработку информации, прием-передачу информации, т.е. информационную связь с внешним миром. Значит, в состав устройств компьютера должны входить технические средства для осуществления этих процессов. Они называются: память, процессор, устройства ввода и вывода.

Функция Человек Компьютер

Хранение информации Память Устройства памяти

Обработка информации Мышление Процессор

Приём информации Органы чувств Устройства ввода

Передача информации Речь, двигательная система Устройства вывода

Деление памяти на внутреннюю и внешнюю тоже поясняется через аналогию с человеком. Внутренняя память – это собственная (биологическая) память человека; внешняя память – это разнообразные средства записи информации – бумажные, электронные и пр.

Различные устройства компьютера связаны между собой каналами передачи информации. Из внешнего мира информация поступает в компьютер через устройства ввода; поступившая информация попадает во внутреннюю память. Если требуется длительное её хранение, то из внутренней памяти она переписывается во внешнюю. Обработка информации осуществляется процессором при непрерывной двусторонней связи с внутренней памятью: оттуда извлекаются исходные данные, туда же помещаются результаты обработки. Информация из внутренней памяти может быть передана во внешний мир (человеку или другим компьютерам) через устройства вывода.

Знакомство учеников с архитектурой ЭВМ должно происходить путем постепенного высвечивания того «чёрного ящика», каким первоначально был для них компьютер.

3. Память компьютера.

Основные цели. Дать представление об организации внутренней и внешней памяти компьютера.

Изучаемые вопросы.

Основная память.

Принципы адресуемости и дискретности памяти.

Характеристики ячейки памяти.

Устройства внешней памяти.

О делении памяти на внутреннюю и внешнюю ученики уже знают из предыдущих уроков. Теперь им нужно усвоить свойства каждого из этих двух видов памяти. Следует говорить о двух типах свойств: о физических свойствах и о принципах организации информации.

Внутренняя память. К физическим относятся следующие свойства:

- это память, построенная на электронных элементах (микросхемах), которая хранит информацию только при наличии электропитания. По этой причине внутреннюю память можно назвать энергозависимой;

- это быстрая память. Время занесения (записи) в нее информации и извлечения (чтения) очень маленькое – микросекунды;

- это память небольшая по объёму (по сравнению с внешней памятью).

Быструю энергозависимую внутреннюю память называют оперативной памятью, или ОЗУ – оперативное запоминающее устройство. Но в компьютере есть еще один вид внутренней памяти – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Основное его отличие от оперативной памяти – энергонезависимость, т.е. при отключении компьютера от электросети информация из ПЗУ не исчезает. Кроме того, однажды записанная информация в постоянную память не меняется. ПЗУ – это память, предназначенная только для чтения, в то время как ОЗУ – для чтения и для записи. Обычно постоянная память по объёму существенно меньше оперативной памяти.

Внешняя память. Наверняка, каждый учащийся использует различные накопители, такие как флешки, диски и т.п. К сожалению, не каждый догадывается о том, что именно эти устройства представляют внешнюю память. Под внешней памятью следует понимать такую разновидность памяти персонального компьютера, которая реализована с помощью различного внешнего оборудования, способного хранить большое количество информации на протяжении длительного времени.

Физические свойства внешней памяти описываются так:

- внешняя память энергонезависима, т.е. информация в ней сохраняется независимо от того, включён или выключен компьютер, вставлен накопитель в компьютер или лежит на столе;

- внешняя память медленная по сравнению с оперативной.

- объем информации, помещающейся во внешней памяти больше, чем во внутренней, а с учетом возможности смены носителей – неограничен.

Сегодня существует огромное количество внешних запоминающих устройств. По отношению к персональному компьютеру, ими могут быть: жесткие диски (как внешние, так и внутренние), накопители на гибких дисках, которые предназначены исключительно для чтения и записи, лазерные диски, стримеры, флеш-карты и др. Все эти устройства разделяются между собой по типу доступа к информации. Это могут быть: устройства прямого доступа, а также устройства последовательного доступа. Они разделяются между собой тем, что в устройствах прямого доступа время обращения к информации не зависит от места ее расположения на носителе, а в устройствах последовательного доступа подобная зависимость существует. Объем памяти на жестких дисках (как внешних, так и внутренних) может достигать нескольких терабайт. Объем накопителей на гибких магнитных дисках обычно не превышает 1,44 Мб (сегодня практически не используются). CD-накопители обладают емкостью 640 мегабайт, а DVD - емкостью до 17 гигабайт. Максимальный объем USB-носителей сегодня достигает 64 Гб.

Информационную структуру внутренней памяти следует представлять как последовательность двоичных ячеек – битов. Битовая структура внутренней памяти определяет её первое свойство – дискретность. Каждый бит памяти в данный момент хранит одно из двух значений: 0 или 1, т.е. один бит информации. В процессе работы компьютера эти нули и единички «мигают» в ячейках. Можно предложить ученикам такой зрительный образ: представьте себе память компьютера в виде фасада многоэтажного дома вечером. В одних окнах горит свет, в других – нет. Окно – это бит памяти. Окно светится – единица, не светится – ноль. И если все жильцы начнут щёлкать выключателями, то фасад будет подобен памяти работающего компьютера, в которой перемигиваются нули и единички.

Второе свойство внутренней памяти называется адресуемостью. Но адресуются не биты, а байты – восемь расположенных подряд битов памяти. Адрес байта – это его порядковый номер в памяти. Здесь тоже можно предложить аналогию с домом: квартиры в доме пронумерованы, порядковый номер квартиры – её адрес. Только в отличие от квартир, нумерация которых начинается с единицы, номера байтов памяти начинается с нуля.

Доступ к информации в оперативной памяти происходит по адресам: чтобы записать данные в память, нужно указать, в какие байты её следует занести. Точно также и чтение из памяти производится по адресам. Таким способом процессор общается с оперативной памятью. Можно продолжить аналогию с домом: чтобы попасть в квартиру или переслать туда письмо по почте, нужно знать адрес.

Итак, информационная структура внутренней памяти – битово-байтовая. Её размер выражают в различных единицах измерения информации.

Информационная структура внешней памяти – файловая. Наименьшей именуемой единицей во внешней памяти является файл. Для объяснения этого понятия предлагается книжная аналогия: файл – это аналог наименьшего из поименованного раздела книги: параграфа, рассказа. Конечно, информация, хранящаяся в файле, тоже состоит из битов и байтов. Но в отличии от внутренней памяти, байты на внешних носителях не адресуются. При поиске нужной информации должно указываться имя файла, в которой она содержится, и сохранение информации производится в файле с конкретным именем.

Понятие файла усваивается учениками постепенно, с накоплением опыта практической работы на компьютере. В первой прикладной теме – работа с текстом, им предстоит самим сохранять файлы, открывать файлы. И только после этого представление о файлах из абстрактного превратится в конкретное.

4. Внешние устройства компьютера.

Основные цели. Познакомить учащихся с набором внешних устройств, которые можно подключать к компьютеру для более эффективной работы. Это современные устройства ввода-вывода информации, накопители нового поколения.

Изучаемые вопросы.

Клавиатура, вспомогательные манипуляторы для ввода информации.

Графический планшет (дигитайзер), сканеры.

Монитор (дисплей), печатающие устройства, плоттеры, модемы, мультимедиа.

Устройства внешней памяти, облачные технологии.

В этой теме более подробно рассказывается об основных составных частях персонального компьютера. Системный блок и устройства ввода-вывода информации являются жизненно необходимыми для работы современного компьютера. Сейчас появляется масса дополнительных внешних устройств, диалоговые средства пользователя, средства связи и телекоммуникаций. Их присутствие в компьютере не является обязательным, но они делают работу несколько более комфортной, предоставляют пользователю более широкие возможности.

5. Назначение, форматы и состав команд процессора.

Основные цели. Получение представления о программе на машинном языке, машинной команде, автоматическом исполнении программы процессором.

Изучаемые вопросы.

Система команд процессора, форматы команд.

Принцип программного управления.

Структура программы на машинном языке.

Цикл работы процессора.

Размещение команд, данных и результата в памяти компьютера.

Запись последовательности команд и анализ их выполнения.

В рамках темы «Архитектура компьютера», вплоть до данных уроков, изучение компьютера происходит с позиции пользователя, т.е. человека, работающего с прикладным программным обеспечением. Знания программиста об архитектуре ЭВМ должны быть глубже, чем знания пользователя. На данных уроках ученики знакомятся с новыми для них подробностями архитектура компьютера, которые должны быть известны программисту. Это вопросы об устройстве и работе процессора, о языке команд процессора. Эта тема раскрывается только на профильном уровне.

Вопросы о составе устройств компьютера, о дискретной (битовой) структуре памяти, об адресуемости памяти рассматривались на предыдущих уроках по этой теме. В данном разделе, в соответствии с методом дидактической спирали, происходит возврат к этим же вопросам, но на другом, более высоком уровне. Кроме того, изучаются совершенно новые для учеников элементы архитектуры компьютера: язык машинных команд, устройство процессора, регистры, алгоритм работы процессора при выполнении программы.

Было бы слишком сложно и невозможно, даже в рамках профильного курса, изучать эти вопросы в полном объёме на примере реальной машины. Поэтому на уроках используется методический приём, который встречается в ряде учебников по информатике и программированию: рассматривается учебный компьютер, т.е. упрощённая модель реального компьютера.

Похожие работы:

«Интеллектуальная игра "Знатоки родного края Казахстана" 4класс Цели: Воспитывать чувство патриотизма, любви и уважения к Родине: обычаям, традициям; дружеские взаимоотношения между людьми разных национальностей. Закрепить и д...»

«И.Б.Ничипоров Эволюция "человекобожеской" концепции в поэмах В.Маяковского Религиозный аспект составляет существенную сторону художественной картины мира В.Маяковского. "Человекобожеская" концепция, разнообразно проявлявшаяся в...»

«Министерство образования и науки Хабаровского края Краевое государственное бюджетное образовательное учреждение Среднего профессионального образования "Хабаровский автодорожный техникум"РАБОТА на конкурс "Русское слово в пространстве русской культуры: история и современность". Секция: "Состояние современной произносительной кул...»

«Туристическое сопровождение (включено в программу) Знакомство с необъявленной столицей мира, городом — загадкой Нью-Йорк (New-York City), где сосредоточены власть и богатство, культура и нищета. Нью-Йорк — это Соединенные Штаты в миниатюре, это город который никогда не спи...»

«Содержание Введение Глава I. Проникновение буддизма в Тибет и его развитие Глава II. Буддийские школы Тибета Глава III. Институты власти далай–лам Заключение Библиография Введение Буддизм – самая древняя из трёх мировых религий. Когда христианство делало первые шаги, его история насчитывала уже пять веков. Он получил всеобщее приз...»

«Оглавление Введение Глава 1. Жизнь и период раннего творчества Г.И. Гуркина Глава 2. Период творческой зрелости Г.И. Гуркина Заключение Литература Приложение 1 Приложение 2 ВведениеЖивопись...»

«Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Бело-Ануйская средняя общеобразовательная школа имени А.Х. Вязникова"РАССМОТРЕНО на заседании Руководитель _// ФИО Протокол №от"_" _20г. СОГЛАСОВАНО Зам директора по УВР "_" И.А.КазанцеваУТВЕРЖДАЮ Директор...»









 
2018 www.info.z-pdf.ru - «Библиотека бесплатных материалов - интернет документы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 2-3 рабочих дней удалим его.