Компьютер как универсальное устройство обработки информации

Содержательная линия базового курса информатики – линия компьютера делится на две ветви: устройство компьютера и программное обеспечение компьютера (см. Приложение 1). Линия компьютера проходит через весь курс. В большинстве тем базового курса ученики имеют дело с компьютером, углубляя свои представления об устройстве ЭВМ, развивая собственные навыки работы на компьютере.

Освоение содержательной линии компьютера происходит по двум целевым направлениям:

1. теоретическое изучение устройства, принципов функционирования и организации программного обеспечения ЭВМ;

2. практическое освоение компьютера, получение навыков применения компьютера для выполнения различных видов обработки данных.

Методика формирования представлений об основных устройствах компьютера в базовом курсе информатики

Данный вопрос является структурной частью содержательной линии «Компьютер как универсальное устройство обработки информации».

Изучаемые вопросы:

1. Основные устройства ЭВМ.

2. Принцип программного управления.

3. Виды памяти ЭВМ.

4. Организация внутренней памяти.

5. Организация внешней памяти.

6. Архитектура персонального компьютера.

7. Видеосистема персонального компьютера.

Учащиеся должны знать:

• понятие «компьютер»;

• правила техники безопасности при работе на компьютере;

• состав основных устройств компьютера, их назначение и информационное взаимодействие;

• основные устройства компьютера (их назначение и информационное взаимодействие);

• структуру внутренней памяти (биты, байты); понятие адреса памяти;

• типы и свойства устройств внешней памяти;

• типы и назначение устройств ввода-вывода;

• сущность программного управления работой компьютера;

Учащиеся должны уметь:

• определять основные характеристики компьютера в целом и его узлов (различных накопителей, устройств ввода и вывода информации);

• пользоваться персональным компьютером и его периферийным оборудованием;

• следовать технике безопасности, гигиены, эргономики и ресурсоснабжения при работе с компьютером;

Использовать приобретённые знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни:

• для организации собственной информационной деятельности с помощью компьютера.

В учебниках по базовому курсу информатики принята следующая схема раскрытия вопроса: вначале ведётся разговор о назначении ЭВМ, об основных устройствах, входящих в состав компьютера (память, процессор, устройства ввода-вывода), и выполняемых ими функциях. Затем раскрывается механизм программного управления работой компьютера.

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.

Главные понятия темы «Основные устройства ЭВМ и принцип программного управления»: архитектура ЭВМ; память ЭВМ; (оперативная, внешняя); процессор; устройства ввода; устройства вывода; программное управление. Для раскрытия понятия «архитектура ЭВМ» используется дидактический приём аналогии. Суть его сводится к следующему. По своему назначению компьютер – это универсальная машина для работы с информацией. Но в природе есть уже такая «биологическая машина» - это человек! Информационная функция человека сводится к умению осуществлять три типа информационных процессов: хранение информации, обработку информации, приём-передачу информации, т.е. поддерживать информационную связь с внешним миром. Значит, в состав устройств компьютера должны входить технические средства для реализации этих процессов. Они называются: память, процессор, устройства ввода-вывода. Можно продемонстрировать учащимся таблицу аналогий:

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 компьютера на внутреннюю и внешнюю также поясняется через аналогию с человеком. Внутренняя память – это собственная (биологическая) память человека; внешняя память – это разнообразные средства записи информации: бумажные, магнитные и пр.

Различные устройства компьютера связаны между собой каналами передачи информации. Из внешнего мира информация поступает в компьютер через устройства ввода; поступившая информация поступает 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. Кроме словесного описания для учащихся нужно представить схему:

Рис.1. Состав и структура ЭВМ

Архитектуру ЭВМ нельзя описывать статично. В сознании учеников с самого начала необходимо создавать представление о функционировании компьютера. Для решения любой задачи компьютеру нужно сообщить исходные данные и программу работы. Компьютер является формальным исполнителем программы.

Подводя итог теме, следует сказать учащимся, что суть принципа программного управления компьютером сводится к следующим трём положениям:

1. любая работа выполняется компьютером по программе;

2. исполняемая программа находится в оперативной памяти;

3. программа выполняется автоматически.

При изучении темы «Виды памяти ЭВМ» нужно подчеркнуть, что всю память компьютера можно разделить на внутреннюю (основную) память, и внешнюю память.

Следует сообщить ученикам о двух типах свойств внутренней и внешней памяти компьютера: о физических свойствах и о принципах организации информации.

К физическим свойствам внутренней памяти относятся:

1) энергозависимость,

2) быстрота (время занесения записи в нее информации и извлечения (чтения) очень маленькое – микросекунды)

3) небольшой объем (по сравнению с внешней памятью).

Быстрая энергозависимая внутренняя память называется оперативной (или ОЗУ). В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. ОЗУ – это память, используемая как для чтения, так и для записи информации.

Английское название ОЗУ – Random Access Memory (RAM), что переводится как «память с произвольным доступом».

В качестве дополнительной информации ученикам сообщается, что в компьютере имеется еще один вид внутренней памяти - ПЗУ.

ПЗУ – быстрая, энергонезависимая память, предназначенная только для чтения. Информация заносится в нее только один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно. В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере. Обычно это компоненты операционной системы (программы контроля оборудования, программа, первоначальной загрузки компьютера и т.д.).

В современных ПК есть быстрая память, которая хранит код изображения, выводимого на дисплей. Такую память называют видеопамятью.

Для ускорения доступа к данным используется специальное устройство, называемое КЭШ-памятью. КЭШ-память – это «сверхоперативная» память сравнительно небольшого объема (обычно до 256 Кбайт). В КЭШ-памяти хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти.

Сохранение информации для последующего ее использования или передачи другим людям всегда имело определяющее значение для развития человеческой цивилизации. До появления ЭВМ человек с этой целью научился использовать великое множество средств. Книги, фотографии, магнитофонные записи, кинопленки и т.д.

Возросшие к концу ХХ века потоки информации, необходимость сохранения ее в больших объемах и появление ЭВМ способствовали разработке и применению носителей информации, обеспечивающих возможность долговременного ее хранения в более компактной форме. К таким носителям относятся магнитные и оптические диски. Существенное значение имеют такие их показатели, как информационная емкость, время доступа к информации, надежность ее хранения, время безотказной работы.

Устройства, которые обеспечивают запись информации на носители, а также ее поиск и считывание в оперативную память, называют накопителями (дисководами).

Все внешние носители информации можно представить для учеников в виде схемы:

Flesh носители

Внешняя память

Магнитные диски Оптические диски

- СD-ROM (Compact Dick Read

ЖМД ГМД Only Memory (компакт

(винчестер) (дискета, диск только для чтения)

- CD – R

- CD – RW

- DVD– R

- DVD– RW

до 360 Гбайт и выше флоппи-диск)

5,25 дюйма 3,5 дюйма

(133 мм) (89 мм)

1,2 Мбайт 1,44 Мбайт

Физические свойства внешней памяти:

- энергонезависимая

- медленная

- большой объем информации (неограничен с учетом возможности смены

носителей).

ГМД предназначены для переноса документов и программ с одного компьютера на другой, хранения архивных копий и информации, не используемой постоянно на компьютере.

ЖМД предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ и т.д.

По принципу организации внутреннюю память следует представлять как последовательность двоичных ячеек – битов.

Битовая структура внутренней памяти определяет ее первое свойство: дискретность. Каждый бит памяти в данный момент хранит одно из двух значений: 0 или 1. В процессе работы компьютера эти 0 и 1 «мигают» в ячейках. Можно предложить ученикам 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 – нуль. И если все жильцы начнут щелкать выключателями, то фасад будет подобен памяти работающего компьютера, в которой перемигиваются единички и нули.

Последовательность битов делится на группы по 8 разрядов: каждая группа образует байт памяти.

Второе свойство внутренней памяти называется адресуемостью. Адресуются байты. Адрес байта – это его порядковый номер в памяти. Здесь снова 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 начинаются с нуля. Доступ к информации в оперативной памяти происходит по адресам: чтобы записать данные в память, нужно указать, в какие байты её следует занести. Чтение из памяти тоже происходит по адресам. Таким способом процессор общается с оперативной памятью. Можно продолжить аналогию с домом: чтобы попасть в нужную квартиру или переслать туда письмо, нужно знать адрес.

Итак, информационная структура внутренней памяти – битово-байтовая. Её размер (объём) обычно выражают в килобайтах, мегабайтах.

При объяснении вопроса «Организация внешней памяти» следует подчеркнуть, что информационная структура внешней памяти – файловая. Наименьшей именуемой единицей во внешней памяти является файл. Информация, хранящаяся в файле, тоже состоит из битов и байтов. Но в отличие от внутренней памяти байты на дисках не адресуются.

Понятие файла усваивается учащимися постепенно. С накоплением опыта практической работы на компьютере. При работе с первой прикладной программой – текстовым редактором, им предстоит самим сохранять файлы, открывать файлы. И только после этого представление о файле из абстрактного превратится в конкретное.