2. Место и роль темы «Архитектура компьютера» в содержании обучения информатике и икт

Грамотное использование компьютера невозможно без знаний его структуры и принципов функционирования. В качестве подтверждения этого тезиса можно привести слова Питера Нортона: «Вы можете успешно пользоваться услугами компьютера, не понимая того, что в нем происходит. Однако чем глубже Вы представляете процессы, происходящие в ПК, тем лучше будете пользоваться его возможностями.… Если что-нибудь случится в процессе работы с компьютером, вероятность того, что Вы примете правильное решение, а не наделаете глупостей и не испортите все окончательно, будет выше».

В основе функционирования современного компьютера лежит огромное количество идей, теорий, принципов и технических решений, которые постоянно совершенствуются. Обобщенная структура, фундаментальные принципы построения и функционирования компьютеров являются предметом изучения темы «Архитектура компьютера» школьного курса информатики. Существующие подходы к преподаванию этого курса можно разделить на три большие группы:

• декларативное изложение материала;

• привязка к одной из реально существующих ЭВМ;

• использование программных моделей вычислительных машин.

В различных источниках по-разному раскрывается понятие «Архитектура компьютера». Например, в одном источнике архитектурой компьютера называют совокупность его компонентов, а компоненты компьютера называют компьютерным "железом". В другом источнике «архитектура компьютера» рассматривается в узком и широком смысле слова. В узком смысле под архитектурой понимается архитектура набора команд. Архитектура набора команд служит границей между аппаратурой и программным обеспечением и представляет ту часть системы, которая видна программисту или разработчику компиляторов. В широком смысле архитектура охватывает понятие организации системы, включающее такие высокоуровневые аспекты разработки компьютера как систему памяти, структуру системной шины, организацию ввода/вывода и т.п. В третьем источнике под архитектурой ЭВМ 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. Но обучающиеся должны четко представлять, что означает понятие «архитектура компьютера», и должны знать, какие уровни описания архитектуры компьютера различают.

Существуют различные уровни описания архитектуры компьютера. Самый поверхностный уровень описания архитектуры компьютера – это понятия об основных устройствах, входящих в состав компьютера, и их назначений. Самый глубокий уровень – это описание системы команд процессора (языка машинных команд), правил работы процессора при выполнении программы.

В соответствии с обязательным минимумом содержания основных обязательных программ основного общего и среднего (полного) общего образования можно выделить следующие темы, связанные с архитектурой компьютера:

1. Компьютер как универсальное устройство обработки информации.

2. Основные устройства информационно-коммуникационных технологий (ИКТ).

3. Компьютер как средство автоматизации информационных процессов.

4. Средства ИКТ.

Для изучения темы «Архитектура компьютера» в базовом курсе информатики отводится 2 часа.

Для изучения темы «Архитектура компьютера» в профильном курсе информатики на базовом уровне отводится 1 час. Для изучения темы «Архитектура компьютеров и компьютерных сетей» на профильном уровне отводится 3 часа, которая входит в раздел «Средства ИКТ и их применение» (48 часов).

Существуют различные учебники и учебные пособия, в которых рассматривается тема «Архитектура компьютера». Как правило, в них разъясняются общие понятия архитектуры без привязки к конкретным маркам ЭВМ. Практическая работа происходит на определенных моделях компьютеров.

В связи с этим возникает проблема увязки общетеоретических знаний с практикой, которую должен решать учитель.

Проанализируем школьные учебники по информатике с точки зрения объема и полноты содержания интересующей нас темы.

И.Г. Семакин в учебнике «Информатика. Базовый курс. 7-9 классы» для раскрытия понятия «архитектура ЭВМ» использует дидактический прием аналогии. В данном учебнике рассматривается минимальный комплект ПК, магистральный принцип взаимодействия устройств ПК, основные характеристики ПК.

Тема «Архитектура компьютера» достаточно полно и понятно раскрыта в учебнике Н.Д. Угриновича «Информатика» за 7 и 8 классы и в пособии «Информатика» под редакцией Н.В. Макаровой за 7-9 классы. Материал, изложенный в данных учебных пособиях, можно рекомендовать и использовать в качестве дополнительной литературы в базовом курсе информатики.

Н.Д. Угринович в своем учебном пособии «Информатика» за 8 класс для раскрытия темы «Устройство компьютера»включил следующие параграфы: «Процессор и системная плата»; «Устройства ввода информации»; «Устройства вывода информации»; «Оперативная память»; «Долговременная память» и по теме «Устройство компьютера» предлагает выполнить две практические работы: «Форматирование дискеты» и «Определение разрешающей способности мыши».

А.Г. Гейн, автор учебника «Информатика» для 10-11 классов, поверхностно рассматривает основные устройства компьютера. После изучения теоретического материала он предлагает выполнить лабораторную работу «Первый раз в компьютерном классе». Данное пособие подходит для изучения темы «Архитектура компьютера» на базовом уровне профильного курса информатики.

В учебном пособии Н.Д. Угриновича «Информатика и ИКТ» для 10-11 классов тема «Архитектура компьютера» раскрывается в следующих параграфах: «Магистрально-модульный принцип построения компьютера»; «Аппаратная реализация компьютера» и «Логическая структура дисков».

Автор предлагает начинать изучение данной темы с рассмотрения различных типов шин (шины данных, шины адреса, шины управления), основных характеристик процессора и модулей оперативной памяти. Во втором параграфе предлагаются к изучению следующие вопросы: системный блок компьютера; внешняя (долговременная) память; устройства ввода информации и устройства вывода информации.

В завершение изучения темы «Аппаратная реализация компьютера» автор предлагает проведение практической работы «Тестирование компьютера», используя тестирующую программу SiSoftSandra. Тема «Логическая структура дисков» включает в себя рассмотрение логической и физической структуры гибких и жестких дисков, виды форматирования дисков, процессов фрагментации и дефрагментации дисков.

Таким образом, учебник Н.Д. Угриновича «Информатика и ИКТ» для 10-11 классов можно использовать для углубленного изучения темы «Архитектура компьютера».

Для изучения темы «Архитектура компьютера» в классах с углубленным изучением информатики также можно использовать учебное пособие Л.З. Шауцуковой «Информатика» для 10-11 классов. В данном учебнике подробно рассматривается, как устроен компьютер, на каких принципах построены компьютеры, что такое команда и как она выполняется, что такое архитектура и структура компьютера и устройства компьютера.

Поурочное планирование темы «Компьютер и программное обеспечение» для 10 класса (на основе учебника Н.Д. Угриновича «Информатика и ИКТ» для 10-11 классов) можно представить в виде 10 уроков, включающих 2 лабораторные работы, 1 практическую работу и 2 работы для контроля и проверки знаний обучающихся.

Урок 1. Магистрально-модульный принцип построения компьютера.

Урок 2-3. Аппаратная реализация компьютера.

Урок 4. Самостоятельная работа. Операционная система.

Урок 5. Загрузка операционной системы. Лабораторная работа.

Урок 6. Файлы и файловые системы. Лабораторная работа.

Урок 7. Логическая структура дисков.

Урок 8. Логическая структура дисков. Практическая работа

Урок 9. Компьютерные вирусы и антивирусные программы.

Урок 10. Контрольная работа.

При изучении аппаратной части компьютера рассмотрены магистрально-модульный принцип построения компьютера; краткая история создания процессоров и их основные характеристики; функции и основные характеристики оперативной и внешней памяти; устройства, содержащиеся в системном блоке; логическая схема материнской платы, устройства ввода и устройства вывода информации. Для контроля и проверки знаний учащихся предлагается самостоятельная работа по итогам изученных вопросов.

Тема «Архитектура компьютера» является одной из важных тем школьного курса информатики, изучаемой на разных уровнях обучения. Преподавание данной темы необходимо проводить с учетом возрастных особенностей учащихся и их профильной направленности.