7.1.3. Использование при обучении Учебного компьютера

Изучение архитектуры и работы ЭВМ на примере ка кого то реального компьютера было бы слишком слож ным, поэтому методисты предлагают применять методи ческий приём – использовать специальное средство обу чения, так называемый Учебный компьютер. Он есть уп рощенная виртуальная модель какого либо реального компьютера. В учебниках и методической литературе опи саны различные модели таких компьютеров – «Кроха», «Малютка», «Нейман» и др. Для учебных целей отечест венная промышленность в советское время выпускала специальные модели учебных компьютеров, которые имели прозрачные крышки и доступные для обозрения элементы. Они сохранились до настоящего времени в не которых школах и могут использоваться для изучения ар хитектуры компьютера, структуры и системы команд про цессора, структуры оперативной памяти и др.

Как виртуальный компьютер, Учебный компьютер широко используется для изучения некоторых вопросов алгоритмизации и программирования. Во многих учебни ках по информатике описывается учебный компьютер «УК Нейман», архитектура которого соответствует, в основном, архитектуре компьютеров второго поколения. У этого ком пьютера основное преимущество – простота, что позволя ет даже в базовом курсе дать учащимся представление о механизме программного управления работой компьюте ра, показать каким образом происходят вычисления с це лыми числами. «УК Нейман» имеет оперативную память объемом 256 байт, которая разделена на 64 ячейки (32 разрядные) по 4 байта. Размер машинного слова составля

244

ет 4 байта, а машинная команда состоит из двух частей – кода операции и адресной части.

Более подробно методика использования Учебного компьютера описана в методическом пособии: Семакин И.Г. Преподавание базового курса информатики в сред ней школе: Методическое пособие / И.Г. Семакин, Т.Ю. Шеина. – 2 е изд., испр. и доп. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004.

7.1.4. Методика изучения архитектуры персо нального компьютера

Разумеется, современные персональные компьюте ры шагнули далеко вперед, но их архитектура осталась почти без изменений. Если ПК не на гарантии, то учитель может легко снять кожух с системного блока и показать внутреннее устройство компьютера, подключение внеш них устройств, разъёмы, вентиляторы и т.п. Некоторые со временные ПК имеют прозрачные боковые стенки с внут ренней подсветкой, что позволяет получить даже эстети ческое наслаждение, любуясь их устройством.

Общие понятия об архитектуре компьютера в учеб никах даются без привязки к конкретной модели. Практи чески в настоящее время большинство школ оснащены IBM–совмес тимыми персональными компьютерами, по этому их архитектуру и следует иметь в виду, привязывая к конкретной модели. Изучая архитектуру компьютера, учи телю следует одновременно показывать и принципы его функционирования. Типичным методическим приёмом в этом случае является показ аналогии компьютера с чело веком, что иллюстрирует таблица 7.1 [1]. При изучении таблицы учащимся можно предложить задание – допол нить таблицу своими примерами.

245

Рассматривая деление памяти компьютера на внут реннюю и внешнюю, можно остановиться на аналогии – использование человеком памяти. Внутренняя память – это мозг человека, его

Таблица 7.1 Сравнение функций, выполняемых человеком и компью

тером

собственная биологическая память, а внешняя память – это записи на бумаге, «узелки на память» и т.п.

Важным моментом изучения архитектуры является рассмотрение того, как осуществляется передача инфор мации внутри компьютера. Все устройства ПК связаны ме жду собой каналами передачи информации. Извне ин формация поступает в ПК через устройства ввода и затем попадает во внутреннюю память. Если необходимо дли тельно хранить информацию, то из внутренней памяти её переписывают во внешнюю – на магнитные или оптиче

246

ские носители. Сама обработка информации осуществля ется процессором, при этом он осуществляет двусторон нюю непрерывную связь с внутренней памятью: извлекает исходные данные, туда же помещает результаты обработ ки. Информация из внутренней памяти может быть пере дана через устройства вывода вовне – человеку или дру гому компьютеру.

Структурную схему ПК можно представить через ин формационные потоки, т.е. с точки зрения маршрута дви жения информации в компьютере. Такая схема приведена на рис. 7.2. Она показывает направления (цели) процессов информационного обмена в компьютере.

Устройства ввода

Устройства вывода

Процессор

Рис. 7.2. Структура персонального компьютера и направленияинформационных потоков

Рассматривая эту схему, учителю следует подробно остановиться на двух важных моментах.

1) Когда информация поступает в компьютер, то ре зультатом её ввода является запись данных в оперативную

247

память. На устройство вывода информация выводится то же из оперативной памяти. Поэтому нельзя ввести данные непосредственно во внешнюю память, минуя внутреннюю. Это есть фундаментальное понятие при изучении работы компьютера, и оно должно обязательно быть усвоено все ми школьниками.

2) Для решения любой задачи компьютеру нужно со общить исходные данные и программу работы с ними. Данные и программа должны быть представлены в опре делённой форме, которая понятна компьютеру. Они зано сятся во внутреннюю память, после чего компьютер пере ходит к выполнению программы. Таким образом, компью тер является формальным исполнителем программы. То, что любая работа выполняется компьютером по програм ме – есть принцип программного управления компьюте ром, который сводится к трем основным положениям:

•любая работа выполняется компьютером по про грамме;

•исполняемая в данный момент программа находится в оперативной памяти;

•программа выполняется компьютером автоматически.

На этом этапе обучения следует остановиться на раз личии между программой и данными. Данные – это та ин формация, которая обрабатывается компьютером по оп ределённой программе. Учащимся можно привести анало гию – когда решают задачу по физике, то данными будет условие задачи, а порядок её решения будет программой.

Архитектура персонального компьютера может быть представлена схемой с общей шиной. Такая архитектура ещё имеет другое название – магистральная архитекту ра. Она показана на рисунке 7.3 и дополняет схему на ри

248

сунке 7.2. На этой схеме не указан винчестер – устройство внешней памяти. Учащимся можно предложить задание: где на схеме следует указать винчестер? Широкие стрелки от монитора, дисковода, клавиатуры и принтера обозна чают контроллеры – устройства, обеспечивающие сопря жение монитора, клавиатуры, дисковода, принтера и дру гих внешних устройств с процессором через шину. Она представляет собой многопроводную электрическую маги страль, по которой передаются электрические сигналы. Таким образом, все информационные потоки идут через шину. Процессор через соответствующий контроллер управляет всеми внешними устройствами.

Информационная магистраль (шина)

Рис. 7.3. Шинная архитектура персонального компьютера

Учителю следует особо обратить внимание на то, что архитектура IBM совместимых персональных компьютеров является открытой, т.е. позволяет легко изменять их конфигурацию путем добавления или замены устройств и, тем самым, делать изменение и наращивание параметров компьютера в зависимости от потребностей конкретного пользователя. Поэтому даже не очень «продвинутые» пользователи могут самостоятельно выполнить некоторую

249