Министерство образования Республики Беларусь
Национальный институт образования
Основы вычислительной техники
Программа курса по выбору для учащихся учреждений, обеспечивающих получение общего среднего образования с 12-летним сроком обучения
Минск, 2007
Авторы-составители: Павловский Альварес Иванович – кандидат физико-математических наук, профессор кафедры прикладной математики и информатики БГПУ; Климович Анна Федоровна – кандидат педагогических наук, доцент кафедры прикладной математики и информатики БГПУ.
Данный курс по выбору позволяет расширить представления учащихся о ряде технических специальностей, в частности о цифровой электронике. Изучение курса предусматривает знакомство с физическими и логическими основами вычислительной техники. Учащиеся узнают об основополагающей роли булевой алгебры при построении интегральных схем. Соответствующим образом организованная работа будет способствовать выявлению и развитию технических способностей школьников, формированию их интеллектуальной и познавательной культуры.
Пояснительная записка
Вычислительная техника в настоящее время ворвалась в жизнь каждого человека. Появление микропроцессоров произвело переворот не только в промышленности, но и в повседневной жизни.
Микропроцессоры сегодня используются в банкоматах и мобильных телефонах, стиральных машинах и СВЧ-печах, электронных весах и термометрах, автоматах по продаже напитков и железнодорожных билетов и многих других бытовых устройствах. Огромное значение имеет микропроцессорная техника для современного производства. Это станки с программным управлением и обрабатывающие центры, промышленные роботы и автоматические технологические линии. Требуется все больше специалистов, способных внедрять и обслуживать новейшую технику.
Сведения об отдельных элементах вычислительной техники учащиеся получают из курсов физики, информатики, трудового обучения. Данная программа предназначена для учащихся, желающих получить знания, необходимые для понимания функций микропроцессорных управляющих систем, изучить устройство и принцип действия основных элементов цифровой электроники, научиться составлять из них узлы и схемы, которые являются основой вычислительной техники.
Курс по выбору «Основы вычислительной техники» рекомендуется учащимся 11-х классов с 12-летним сроком обучения. Программа курса рассчитана на 34 часа (1 час в неделю). По усмотрению учителя сроки изучения курса могут быть передвинуты.
Данный курс расширяет базовый курс школьной информатики, носит характер предпрофессиональной подготовки и знакомит учащихся с основами вычислительной техники. Предлагаемые темы достаточно сложны, вместе с тем, содержание курса позволяет любому ученику активно включиться в учебно-познавательный процесс и максимально проявить себя.
Цели курса: обеспечить предпрофессиональную подготовку учащихся к последующему освоению ряда технических специальностей, в частности радиоэлектроники; способствовать пониманию принципов функционирования компьютера и основополагающей роли булевой алгебры при построении интегральных схем.
Задачи курса:
формирование понятий, связанных с общей организацией компьютера;
формирование знаний и умений в области физических и логических основ вычислительной техники;
формирование умений по написанию программ на ассемблере.
В результате изучения материала учащиеся должны знать:
историю развития вычислительной техники, классификацию ЭВМ;
правила перевода чисел из одной системы счисления в другую;
основные операции, аксиомы и теоремы булевой алгебры;
основные логические элементы и методы синтеза логических схем;
принципы работы интегральных схем;
устройство и принципы функционирования микропроцессора;
элементы языка ассемблера.
Учащиеся должны уметь:
классифицировать компьютеры по принципу действия, элементной базе и этапам создания, назначению, функциональным возможностям и т.п.;
переводить числа из одной системы счисления в другую и выполнять арифметические действия над ними;
выполнять операции над логическими переменными, строить таблицы истинности, применять аксиомы и теоремы булевой алгебры, выполнять преобразования (упрощение) логических выражений, применять принципы минимизации;
синтезировать простые логические схемы;
разрабатывать простейшие программы на ассемблере.
Рекомендуемые формы и методы проведения занятий
Проведение занятий основано на деятельностном подходе, который позволяет включить учащихся в процесс построения нового знания.
Изучение данного курса основано на повторении ранее изученного материала, приобретении новых знаний и их закреплении.
Занятия могут быть организованы в форме лекций с использованием средств мультимедиа и инновационных технологий, а также лабораторно-практических работ, для которых подбираются задачи и рассматриваться различные способы их решения. Учащимся необходимо научиться анализировать результаты, полученные экспериментальным путем, строить временные диаграммы, делать выводы.
На занятиях целесообразно применять программные эмуляторы элементов вычислительной техники. Для исследования дискретных структур рекомендуется использовать компьютерные системы построения и анализа электрических цепей и радиоэлектронных устройств (например, Еlectronics Workbench, MicroCap, Схемопостроитель и др.), включающие в себя большое количество моделей радиоэлектронных устройств.
Содержание
Общие сведения о компьютере
Классификация и поколения ЭВМ. Системы счисления. Кодирование и декодирование информации в ЭВМ. Прямой, обратный и дополнительный коды. Числа с плавающей запятой.
Основы булевой алгебры
Булева алгебра. Константы и переменные. Булевы функции одной и двух переменных. Логические операции И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Таблицы истинности. Полнота систем булевых функций. Основные законы и соотношения. Нормальные формы булевых функций. Принципы минимизации.
Физические основы вычислительной техники
Логические элементы. Методы синтеза логических схем. Построение логических схем из логических элементов. Применение двоичных логических элементов.
Интегральные микросхемы (ИС). Принципы работы интегральных микросхем. Формирователи сигналов. Триггеры.
Регистры сдвига. Счетчики. Шифраторы и дешифраторы. Сумматоры. Компараторы. Мультиплексоры и демультиплексоры.
Эволюция реализации логических схем в компьютере.