72. Методика обучения линии компьютера. Изучение архитектуры эвм в школьном курсе информатики.

Линия компьютера- одна из содержательных линий базового курса информатики. Эта линия делится на 4 ветви: устройство компьютера; ПО; представление данных ЭВМ; история и перспективы развития ЭВМ. Линия компьютера проходит через весь курс. В большинстве тем базового курса ученики имеют дело с компьютером, углубляя свои представления о его устройстве, возможностях; развивая собственные навыки работы на компьютере. Освоение содержательной линии «компьютер» происходит по двум целевым направлениям:

1) теоретическое изучение устройства, принципов функционирования и организации данных в ЭВМ

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

Методические подходы к раскрытию понятия архитектуры ЭВМ

В курсе информатики 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 программиста).

Различным пользователям, в зависимости от уровня использования ими ЭВМ, требуется различный уровень знаний об архитектуре. Наиболее глубокие знания архитектуры компьютера требуются программистам, особенно системным программистам. Как же можно обрисовать диапазон понятий, подходящих под определение архитектуры ЭВМ? Самый поверхностный уровень- это понятия об основных устройствах, входящих в состав ЭВМ, и их назначений. Самый глубокий уровень описания архитектуры ЭВМ- это описание системы команд процессора (языка машинных команд), правил работы процессора при выполнении программы.

В учебниках по базовому курсу информатики принята следующая схема раскрытия архитектуры ЭВМ: вначале ведётся разговор о назначении ЭВМ, об основных устройствах, входящих в состав компьютера (память, процессор, устройства ввода-вывода), и выполняемых ими функциях. Рассказывается также об особенностях организации персонального компьютера, о типах и свойствах устройств, входящих в состав ПК. В материале, ориентированном на второй год обучения, на примере простой модели ЭВМ раскрывается механизм программного управления работой компьютера. Здесь описывается структура процессора, состав команд процессора, структура программы и алгоритм её выполнения процессором- цикл работы процессора.

Методические рекомендации по изучению темы

Изучаемые вопросы:

- Основные устройства ЭВМ.

- Принцип программного управления.

- Виды памяти ЭВМ.

- Организация внутренней памяти.

- Организация внешней памяти.

- Архитектура персонального компьютера.

- Видеосистема персонального компьютера.

- Изучение архитектуры ЭВМ на учебных моделях.

В ходе изучения базового курса ученики должны постепенно углублять свои знания об архитектуре компьютера вплоть до получения представлений о языке машинных команд, о работе процессора. Необходимость таких знаний следует из основной концепции курса: направленности на фундаментальное, базовое образование.

Как правило, в учебниках разъясняются общие понятия архитектуры без привязки к конкретным маркам ЭВМ. Практическая же работа на уроках происходит на определённых моделях компьютеров. В связи с этим возникает проблема увязки общетеоретических знаний с практикой. Эту проблему должен решать учитель. Вводя общие понятия, например объём памяти, разрядность процессора, тактовая частота и др., следует сообщать ученикам, какие конкретно значения этих 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 рассказывать о возможностях и характеристиках более совершенной и современной техники, чем та, что есть в школе, раскрывать перспективы её развития. Однако прежде всего ученики должны хорошо узнать свой компьютер.

Учащиеся должны знать:

- правила техники безопасности при работе на компьютере

- состав основных устройств компьютера, их назначение и информационное взаимодействие

- основные характеристики компьютера в целом и его узлов

- структуру внутренней памяти компьютера (биты, байты)

- понятие адреса памяти

- типы и свойства устройств внешней памяти

- типы и назначение устройств ввода-вывода

- сущность программного управления работой компьютера

- основные этапы развития информационно-вычислительной техники

- *принципы архитектуры ЭВМ Джона фон Неймана

- *структуру машинной команды

- *состав процессора и назначение входящих в него элементов (АЛУ, устройства управления, регистров)

- *как процессор выполняем команду (цикл работы процессора)

Учащиеся должны уметь:

- включать и выключать компьютер

- пользоваться клавиатурой

- вставлять дискеты в накопители

Представление данных в ЭВМ

Изучаемые вопросы:

♦ Представление числовой и символьной информации (1 урок теория и решение задач).

♦ Представление графической информации (1 урок теория + 1 урок решение задач).

♦ Представление звука (1 урок теория и решение задач).

По своему назначению компьютер — универсальное, программ­но-управляемое автоматическое устройство для работы с инфор­мацией. Из свойства универсальности следует то, что компьютер осуществляет все три основных типа информационных процес­сов: хранение, передачу и обработку информации. Современные компьютеры работают со всеми видами информации: числовой, символьной, графической, звуковой. Информация, хранимая в памяти компьютера и предназначенная для обработки, называ­ется данными.

Для представления всех видов данных в памяти компьютера используется двоичный алфавит.

В любом классе изучение темы начинают с истории развития ЭВМ, но организационные формы проведения и содержание бу­дут различны. В младших классах занятие преимущественно проходит в виде беседы. Желательно иметь наглядный материал: лампы, транзисторы, интегральные микросхемы, БИС, перфолен­ты и перфокарты и пр. Здесь необязательно требовать от учащихся знания изложенного материала, достаточно первона­чального знакомства.

В старших классах занятие можно построить в форме лекции или семинара. В любом случае учителю необходимы плакаты, слайды, диафильмы или кинофильмы. Можно даже раскрыть один компьютер, и посмотреть его изнутри. Опрос знаний уча­щихся можно провести в форме тестирования.

Представление числовой инф-ции: в памяти компа имеются структур. единицы – бит, байт, машинное слово. Числа представляются в 2х форматах – с плавающей точкой (веществен. числа) и с фиксир. точкой (целые числа). Мн-во целых чисел ограничено. В k-разряд ячейке может хранится 2^k различ целых чисел. Чтобы получить внутр представление целого числа N нужно N перевести во 2-ю сис. счисления и дополнить слева нулями до k разрядов. Для представления целого отриц числа (–N) нужно получить внутр. представление положит числа и получить обрат. код заменой 0 на 1 и 1 на 0 и к получ. числу +1.

Ссимвольная инф. исп алфавит мощностью 256 символов. Каждый символ занимает 8 бит или 1 байт памяти. Всякая информ представляется в памяти в двоичном коде, каждый символ 8-разрядным двоичным кодом (из 0 и 1). Вводится понятие таблицы кодировки(ASCII и КОИ-8) – стандарт, ставящий в соответствие кажд символу свой поряд №. Она устанавливает связь между внешним символ алфавитом и внутр двоич кодом. Следует обратить внимание на упорядочивание символов, на чем основан принцип сортировки текста по алфавиту.

Графическая инф: растровый подход (разбиение изображения на видеопиксели) и векторный (набор графич примитивов, описаных мат формулами). Все устройства вывода раб с растровой инф. и даже при отображении векторных элементов видеосистема компа разбивает его на пиксели. Инф в видеопамяти представл собой совокупность кодов цвета кажд пикселя. Принцип получения разных цветов закл в смешивании красного, зеленого и синего. Рассмотреть 8- цветовую и 16- цвет палитру. Палитру большого размера получаются путем раздельного управления интенсивностью 3х цветов. Задачи: 1)монитор позволяет получать на экране ….. цветов. Сколько бит памяти занимает память компа? 2) вычислить объем видеопамять N=32 (N- глубина цвета) с разрешенной способностью экрана 800х600.3) создание примитивов.

Ззвуковая инф. Звук – в двоич коде. Дискретизация- принцип кодирования звука. Природа звука - это колебания частот в опред диапазоне, передаваемые звук волной через воздух. Аудиоадаптер – спец устр для преобр электрич колебаний звук частоты в двоич код и для воспроизведения звука. Частота дискретизации – качество измерений 1 сигнала за 1 сек.(Гц). Разрядность регистра аудиоадаптера опр точность измерен вход сигнала. Звуковой файл – файл, хранящий инф в цифровом двоичном коде. Задачи: опр размер цифрового аудиофайла; объем свободной памяти на диске.

Требования к ЗУНАМ по линии представления инф-ции:

1. Понятие языка, как способа представления инф-ции. Понятие естественного и формального языков.

2. Понятие системы счисления.

3. Понятие позиционной и непозиционной системы счисления.

4. Понятие логической величины и лог. выражения.

5. Понятие логической операции

Уч-ся должны уметь:

1. Переводить целые числа из десятичной сис-мы в др. и обратно.

2. Выполнять простейшие арифметич. операции с двоичными числами.

3. Определять истинность высказываний логич. выражений

4. Запис. лог. операции с использованием операций И, ИЛИ, НЕ.

Исп-ть лог. выражения при работе с БД, электронными табл., яз. программирования.

Задача 1

Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит. Файл сжатию не подвержен.

Решение

1) Формула для расчёта размера (в байтах) цифрового аудиофайла: V=M*I*t .

2) Воспользовавшись этой формулой имеем:

V=22050*10*8/8=220500 байт.

Ответ: 220500 байт.