Тесты
У нас вы можете пройти тестирование по информатике онлайн быстро и бесплатно.
Перейти

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:

  • 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.

  1. Какие основные блоки образуют структуру компьютера и как они связаны с этапами обработки информации?
  2. Какова роль процессора персонального компьютера в обработ­ке информации?
  3. Что такое принцип программного управления?
  4. Каковы назначение и основные компоненты системного блока?
  5. Какие виды корпусов системного блока вам известны?
  6. Для чего нужна системная плата?
  7. Каково назначение системной шины в персональном компью­тере?
  8. В чем состоит аналогия между системной шиной и транспорт­ными магистралями?
  9. Какие вы знаете характеристики системной шины?
  10. Что такое порт компьютера? Какие виды портов бывают и в чем их различие?
  11. Зачем нужны платы расширения?
  12. Для чего необходимо иметь слоты расширения?
  13. В чем состоит принцип открытой архитектуры?
  14. Что вам известно из художественной литературы, научно-по­пулярных изданий, из телевизионных передач и кинофиль­мов о возможностях и использовании компьютеров будущего?

Презентация к уроку

предыдущие:

Оцените статью
12345 (Пока оценок нет)
Загрузка...
Добавить комментарий