Взаимодействие устройств компьютера
На уроке рассматривается структурная схема компьютера, состав системного блока, определяется назначение системной шины, дается представление об открытой архитектуре компьютера
Цели урока
- cформировать представления о назначении компьютера, о его устройстве, о функциях основных узлов;
- развитие умений структурировать информацию, использовать метод аналогии;
- развивать представление о компьютере, как универсальном устройстве обработки информации.
Тип урока
- формирование новых знаний.
Форма урока
- мультимедиа-урок.
Оборудование:
Здесь ты найдешь уроки, исследования, интересные факты и вдохновение для творчества.
- персональный компьютер;
- интерактивная доска;
- проектор.
Ход урока.
Организационный момент. Приветствие учащихся, проверка отсутствующих.
Объяснение нового материала.
Тема сегодняшнего урока «Взаимодействие устройств компьютера». Запись темы в тетради. Ранее мы с вами знакомились с отдельными устройствами (объектами) компьютера и их характеристиками, а сегодня нашей целю является ознакомление с принципами построения сложной системы (компьютера), состоящей из ранее изученных взаимосвязанных объектов (устройств).
Скажите, в чем состоит назначение компьютера? (Компьютер должен воспринимать и распознавать вводимую информацию, запоминать ее, совершать над ней различные действия и выводить результаты работы)
Какие устройства позволяют нам обмениваться информацией? (Устройства ввода-вывода)
Какое устройство выполняет преобразование информации? (Процессор)
Какое устройство выполняет хранение информации? (память)
Для понимания того, как компьютер обрабатывает информацию, необходимо рассмотреть структуру компьютера и основные принципы взаимодействия его устройств.
В соответствии с назначением компьютера как инструмента обработки информации взаимодействие входящих в него устройств должно быть организовано таким образом, чтобы обеспечить основные этапы обработки данных.
Для пояснения сказанного рассмотрим приведенную на рисунке структурную схему обработки информации компьютером, на которой в верхнем ряду указаны основные этапы этого процесса. Выполнение каждого из этих этапов определяется наличием в структуре компьютера соответствующих устройств. Очевидно, что ввод и вывод информации осуществляется с помощью устройств ввода (клавиатура, мышь и др.) и вывода (монитор, принтер и др.). Для хранения информации используются внутренняя и внешняя память на различных носителях (магнитные или оптические диски, магнитные ленты и пр.).
Темные стрелки обозначают обмен информацией между различными устройствами компьютера. Пунктирные линии со стрелками символизируют управляющие сигналы, которые поступают от процессора. Светлые пустые стрелки отображают потоки входной и выходной информации соответственно.
Компьютер представляет собой систему взаимосвязанных компонентов. Конструктивно все основные компоненты компьютера объединены в системном блоке, который является важнейшей частью персонального компьютера.
Системный блок и системная плата. Внутри системного блока располагаются следующие устройства:
- микропроцессор;
- внутренняя память компьютера;
- дисководы — устройства внешней памяти;
- системная шина;
- электронные схемы, обеспечивающие связь различных компонентов компьютера;
- электромеханическая часть компьютера, включающая блок питания, системы вентиляции, индикации и защиты.
Все перечисленные устройства, входящие в состав системного блока, помещены в корпус, причем существуют различные типы корпусов. Тип корпуса системного блока зависит от вида персонального компьютера и определяет размер, размещение и количество устанавливаемых компонентов системного блока. Для стационарных персональных компьютеров наиболее распространенными корпусами являются горизонтальные или настольные (desktop) либо в виде башни (tower). В портативных компьютерах системный блок объединен с монитором и выполнен в стандарте booksize, то есть размером с книгу.
Технической (аппаратной) основой персонального компьютера является системная, или материнская, плата. Системная плата является главной платой в системном блоке компьютера. На ней расположены важнейшие микросхемы — процессор и память.
Каково назначение памяти? (Хранить информацию)
В двоичном коде в памяти хранятся и данные, и команды, которые необходимо выполнить. Какое устройство должно обеспечить выполнение команд? (Процессор)
Системная плата связывает в единое целое различные устройства, обеспечивает условия работы и связь основных компонентов персонального компьютера. Процессор обеспечивает не только преобразование информации, но и управление работой всех остальных устройств компьютера.
В основе работы компьютера лежит так называемый принцип программного управления. В соответствии с ним команды программы и данные хранятся в закодированном виде в оперативной памяти. При работе компьютера команды, которые необходимо выполнить, и данные, которые им требуются, считываются по очереди из памяти и поступают в процессор, где они расшифровываются, а затем выполняются. Результаты выполнения различных команд, в свою очередь, могут быть записаны в память или переданы на различные устройства вывода. Скорость выполнения процессором операций по обработке информации является решающим фактором, определяющим его производительность. Дело в том, что любая информация (числа, текст, рисунки, музыка и т. д.) хранится и обрабатывается на компьютере только в цифровой форме. Поэтому ее обработка сводится к выполнению процессором различных арифметических и логических операций, предусмотренных его системой команд.
Для обеспечения информационного обмена между различными устройствами компьютера в нем должна быть предусмотрена какая-то магистраль для перемещения потоков информации. Поясним эту мысль небольшим примером.
Вы знаете, что жизнь большого города — это постоянные потоки людей и транспортных средств, двигающихся в различных направлениях. Часто скорость транспортного или людского потока зависит не от скорости машины, велосипеда или пешехода, а от пропускной способности транспортной сети города, от его подземных и наземных магистралей.
В компьютере происходит движение не транспортных, а информационных потоков по соответствующей информационной магистрали. Роль такой информационной магистрали, связывающей друг с другом все устройства компьютера, выполняет системная шина, расположенная внутри системного блока. Упрощенно системную шину можно представить как группу кабелей и электрических (токопроводящих) линий на системной плате.
Все основные блоки персонального компьютера подсоединены к системной шине. Основной ее функцией является обеспечение взаимодействия между процессором и остальными электронными компонентами компьютера. По этой шине осуществляется передача данных, адресов памяти и управляющей информации.
Как вы думаете, будет ли системная шина влиять на параметры всего компьютера? (Да, так как по системной шине передается вся информация в компьютере. От скорости передачи по ней будет зависеть производительность компьютера)
От типа системной шины, так же как и от типа процессора, зависит скорость обработки информации персональным компьютером. К основным характеристикам системной шины относятся разрядность и производительность канала связи.
Разрядность шины определяет количество бит информации, передаваемых одновременно от одного устройства к другому.
Системные шины первых персональных компьютеров могли передавать только 8 бит информации, используя для этого 8 линий данных в виде 8 параллельных проводников. Дальнейшее развитие компьютеров привело к созданию 16-битной системной шины, а затем ее разрядность увеличилась до 32 и далее до 64 бит.
Производительность шины определяется объемом информации, который можно передать по ней за одну секунду.
Подобно транспортным магистралям, пропускная способность которых зависит от количества полос движения на дороге, производительность системной шины во многом определяется ее разрядностью. Чем выше разрядность шины, тем больше бит информации одновременно может передаваться по ней, например из процессора в память. Это приводит к более быстрому обмену данными и освобождению процессора для решения других задач.
Однако системная шина как основная информационная магистраль не может обеспечить достаточную производительность для внешних устройств. Для решения этой проблемы в компьютере стали использовать локальные шины, которые связывают микропроцессор с различными устройствами памяти, ввода и вывода. Назначение локальных шин сходно с назначением окружных или кольцевых дорог вокруг большого города, которые разгружают основные магистрали.
К каким изменениям приведет увеличение разрядности шины данных? (К повышению производительности компьютера, так как увеличится объем одновременно передаваемых данных)
К каким изменениям приведет увеличение разрядности адресной шины? (По адресной шине передаются закодированные адреса ячеек памяти: чем выше разрядность адресной шины, тем больше комбинаций двоичных цифр для кодирования адресов, тем к большей части памяти может обратиться процессор)
Связь компьютера с различными устройствами ввода и вывода осуществляется через порты. Для некоторых устройств предусмотрено внешнее подключение к портам через разъемы, которые обычно тоже называют портами. Эти разъемы расположены на тыльной стороне системного блока. Дисководы гибких, жестких и лазерных дисков устанавливаются и подключаются внутри системного блока. Различают проводные (последовательные и параллельные, USB, Fire Wire) и беспроводные (инфракрасные, Bluetooth) порты.
Параллельные порты. Этот тип портов используется для подсоединения внешних устройств, которым необходимо передавать большой объем информации на близкое расстояние. Через параллельный порт обычно передается одновременно 8 бит данных по 8 параллельным проводникам. К параллельному порту подключаются принтер, сканер. Число параллельных портов у компьютера не превышает трех, и они имеют соответственно логические имена LPT1, LPT2, LPT3 (от англ. Line PrinTer — линия принтера).
Последовательные порты. Данный тип портов используется для подключения к системному блоку мыши, модемов и многих других устройств. Через такой порт идет последовательный поток данных по 1 биту. Это можно сопоставить с тем, как происходит движение транспорта по дороге с одной полосой. Последовательная передача данных используется на больших расстояниях. Поэтому последовательные порты часто называют коммуникационными. Количество коммуникационных портов не превышает четырех, и им присвоены имена от СОМ1 до СОМ4 (англ. COMmunication port — коммуникационный порт).
Любой порт служит для соединения устройств, для передаси информации между устройствами. Если порт получил название параллельного, то как выполняется передача информации? (Вероятно, закодированная информация передается параллельно по нескольким проводам)
Через параллельный порт обычно передается 8 бит данных по 8 параллельным портам. Подключение каких устройств должно осуществляться через параллельный порт? (Подключение устройств, предназначенных для передачи большого количества данных, например, принтера, сканеры)
USB-порт. USВ-порт (англ. Universal Serial Bus) в настоящее время является наиболее распространенным средcтвом подключения к компьютеру среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. USВ-порт использует последовательный способ обмена данными. Наиболее распространение получил высокоскоростной порт типа USB 2.0. Если в компьютере не хватает USВ-портов, то этот недостаток можно устранить приобретением USВ-концентратора, имеющего несколько таких портов.
Благодаря встроенным линиям питания USB часто позволяет применять устройства без собственного блока питания.
FireWire-порт. FiгеWiге-порт (IEEE 1394) обычно используется для высокоскоростных устройств, например для подключения видеокамер.
Инфракрасный порт беспроводного подключения. Передача данных осуществляется по оптическому каналу в инфракрасном диапазоне. Аналогично работают пульты дистанционного управления бытовой техникой — телевизорами, видеомагнитофонами и пр. Радиус действия инфракрасного порта составляет несколько метров, при этом необходимо обеспечить прямую видимость между приемником и передатчиком.
Инфракрасный порт обычно используется для соединения с мобильным телефоном, обладающим таким же портом. Это позволяет реализовать доступ в Интернет с использованием мобильного телефона, что наиболее важно для портативных ноутбуков в нестационарных условиях.
Модуль Bluetooth беспроводного подключения. Один адаптер Bluetooth позволяет осуществить беспроводное подключение порядка 100 устройств, находящихся на расстоянии до 10 м. При этом к компьютеру, оснащенному таким адаптером, можно подключать разнотипные беспроводные устройства: мобильные телефоны, принтеры, мыши, клавиатуры и пр. Передача данных осуществляется по радиоканалу в частотном диапазоне 2,2-2,4 ГГц. Главное достоинство — устойчивая связь независимо от взаиморасположения приемника и передатчика. Если в компьютере нет встроенного модуля Bluetooth, то его можно приобрести отдельно и подключить по USВ-порту.
Прочие компоненты системной платы. Системная плата, кроме перечисленных выше важнейших компонентов компьютера, содержит дополнительные микросхемы, переключатели и перемычки. Все эти устройства необходимы для обеспечения взаимодействия различных устройств компьютера, установки режимов их работы. Например, на системной плате могут быть установлены микросхемы, которые требуют различного напряжения питания. Параметры работы устройств задаются переключателями на системной плате.
В любом системном блоке находятся обязательные узлы, обеспечивающие работу компьютера, — блок питания, системные часы, аккумулятор, сигнальные индикаторы передней стороны системного блока.
Системные часы определяют скорость выполнения компьютером операций, которая связана с тактовой частотой, измеряемой в мегагерцах (1 МГц равен 1 млн тактов в секунду). Системные часы определяют ритм работы всего компьютера, синхронизируют работу большинства компонентов его системной платы.
К наиболее распространенным платам расширения относятся видеокарты, звуковые карты и внутренние модемы. Платы и слоты расширения обеспечивают реализацию так называемого принципа открытой архитектуры построения современного персонального компьютера. Слотом называется разъем, куда вставляется плата. Наличие слотов расширения на системной плате позволяет рассматривать персональный компьютер как устройство, которое можно модифицировать. Расширение возможностей компьютера осуществляется путем установки в слоте платы расширения. К разъему этой платы с помощью кабеля присоединяется некоторое устройство, расположенное вне системного блока. Вместо термина «плата расширения часто используют названия «карта», «адаптер». К наиболее распространенным платам расширения относятся видеокарты, звуковые карты и внутренние модемы
Представление об открытой архитектуре компьютера. Технология производства компьютеров быстро развивается, что обеспечивает непрерывный рост их производительности, объема памяти и как результат — возможностей решать все более сложные задачи. Стремительно совершенствуются одни устройства, создаются другие, принципиально новые. При столь бурном развитии технологии необходимо предусмотреть такой принцип построения компьютера, который позволял бы использовать уже имеющиеся в нем устройства (блоки), а также без изменения конструкции заменять их на новые, более совершенные. Как города строятся по законам архитектуры, так и устройство компьютера должно развиваться по определенным законам. Главный принцип построения современного персонального компьютера это принцип открытой архитектуры: каждый новый блок должен быть программно и аппаратно совместим с ранее созданными. Это означает, что современный персональный компьютер упрощенно можно представить как знакомый всем детский конструктор из кубиков. В компьютере столь же легко можно заменять старые кубики (блоки) на новые, где бы они ни располагались, в результате чего работа компьютера не только не нарушается, но становится более производительной. Именно принцип открытой архитектуры позволяет не выбрасывать, а модернизировать ранее купленный компьютер, легко заменяя в нем устаревшие блоки на более совершенные и удобные, а также приобретать и устанавливать новые блоки и узлы. При этом места для их установки’ (разъемы) во всех компьютерах являются стандартными и не требуют никаких изменений в самой конструкции компьютера.
Принцип открытой архитектуры — правила построения компьютера, в соответствии с которыми каждый новый узел (блок) должен быть совместим со старым и легко устанавливаться в том же месте в компьютере.
Домашнее задание.
Ответить устно на вопросы.
- Какие основные блоки образуют структуру компьютера и как они связаны с этапами обработки информации?
- Какова роль процессора персонального компьютера в обработке информации?
- Что такое принцип программного управления?
- Каковы назначение и основные компоненты системного блока?
- Какие виды корпусов системного блока вам известны?
- Для чего нужна системная плата?
- Каково назначение системной шины в персональном компьютере?
- В чем состоит аналогия между системной шиной и транспортными магистралями?
- Какие вы знаете характеристики системной шины?
- Что такое порт компьютера? Какие виды портов бывают и в чем их различие?
- Зачем нужны платы расширения?
- Для чего необходимо иметь слоты расширения?
- В чем состоит принцип открытой архитектуры?
- Что вам известно из художественной литературы, научно-популярных изданий, из телевизионных передач и кинофильмов о возможностях и использовании компьютеров будущего?
предыдущие:
- Представление о модели объекта
- Архитектура персонального компьютера
- История развития вычислительной техники
- Задания на компьютерный марафон по информатике в 8 классе
- Управление компьютером