Тема: Архитектура персонального компьютера
Класс: 11
Цель урока:
Повторить и обобщить знания об истории возникновения и развития компьютером, о принципах построения и работы компьютера на основе самостоятельного поиска и осмысления дополнительного материала для игры.
Развитие познавательного интереса, творческой активности учащихся;
Развитие у школьников умения излагать мысли, моделировать ситуацию;
Повторение и закрепление основного программного материала, выраженного в неординарных ситуациях;
Связать информатику с другими предметами;
Воспитать уважение к сопернику, умение достойно вести спор, стойкость, волю к победе, находчивость, умение работать в команде.
Задачи урока:
Воспитательная – развитие познавательного интереса, логического мышления, воспитание ответственности за общее дело.
Учебная – повторение основ понятий и определений.
Развивающая – развитие алгоритмического мышления, памяти, внимательности.
Оборудование: доска, компьютер.
Тип урока:
Комбинированный
Структура урока:
Организационный этап (1мин.)
Повторение (13 мин.)
Объяснение новых знаний и способов действия (15 мин.)
Закрепление новых знаний и способов действия (10 мин.)
Информация о домашнем задании (1 мин.)
Подведение итогов (5 мин.).
Ход работы:
Организационный этап
Здравствуйте ребята! Кто сегодня отсутствует?
Присаживайтесь, пожалуйста.
Повторение
Основная микросхема, производящая в компьютере обработку информации? – Процессор.
Устройство ввода информации, часто применяемое в компьютерных играх? – Джойстик.
Стандартное устройство для ввода алфавитно-цифровых данных ПК? – Клавиатура.
Устройство для передачи цифровой информации между ПК посредством аналоговой телефонной линии? – Модем.
Выберите правильный ответ:
-
Адрес – это:
Порядковый номер байта ОП.
Порядковый номер элемента массива.
Часть письма в электронной почте.
-
Вирус – это:
Ошибка в программе.
Возбудитель инфекционного заболевания.
Программа, обладающая способностью к самовоспроизведению
-
Диск – это:
Носитель информации.
Геометрическая фигура.
Спортивный снаряд
8)
Драйвер – это:
Водитель автомобиля.
Переводчик программы на машинный язык.
Программа для обслуживания периферийного устройства.
9)
«На ошибках учатся»:
Написание программы;
Резервное копирование программ на дискету;
Отладка программ.
10)
«Возмутитель спокойствия»:
Звуковой сигнал на ПК;
Антивирусная программа;
Компьютерный вирус.
11)
«На деревню дедушке»:
Использование в программе оператора перехода;
Неправильный адрес ПК;
Неправильное имя файла.
12)
«Как белка в колесе»:
Зацикливание программы;
Использование в программе повторения;
«записывание» ПК.
13)
«Доверяй, но проверяй»:
Проверка наличия в программе вспомогательных процедур и функций;
Тестирование результатов выполнения программы;
Проверка дискеты.
Подумай:
14)
В 1871 году в английском журнале «Панч» было напечатано стихотворение:
Служа науке, он терпел лишенья,
Был рок его тревожен и суров,
Он злой судьбою избран был мишенью
Скорей ударов, нежели даров.
С тех пор, когда влекомый блеском таинств,
Присущих математике, решил
Ступить на многотрудный путь, пытаясь
Достичь математических вершин.
Кому оно посвящено? Каков вклад этого человека в развитие ВТ?
Ответ: Речь идет об английском ученом Ч. Беббидже, главным делом жизни которого, по его словам, были вычислительные машины, над созданием которых он работал более 50 лет. Беббидж сконструировал аналитическую машину – прообраз современных компьютеров, которую в то время не смогли построить.
15)
Назовите имя первой программистики, в честь которой назван один из современных языков программирования?
Ответ: Ада Августа Лавлейс – дочь великого поэта Байрона, писала программы для аналитической машины Беббиджа.
16)
Кто автор этих строк и какое они имеют приложение к информатике?
Мы почитаем всех нулями,
А единицами себя.
Ответ: А.С. Пушкин, двоичная система счисления.
17)
Около 200 лет назад на знаменитой улице одного знаменитого города был открыт «храм очарований, или механический, физический и оптический кабинет». В нем были собраны лучшие работы народных умельцев того времени: механический швейцар, слуга с напитками, лающая собака-автомат, петух, змея, кошка. Где было?
Ответ: Санкт-Петербург, Невский проспект.
Задание:
Из имеющихся деталей комплектации собери «внутренность» компьютера. Кратко поясни назначение и принцип работы в каждом случае.
-
-
-
-
-
-
-
Объяснение
Запишите число, тему урока «Архитектура персонального компьютера»
В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип.
Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.
К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.
Давайте разберём поподробнее:
Шины данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а за тем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству через области оперативной памяти.
Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась по мере развития компьютерной техники и в настоящее время составляет 64 бита.
Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).
Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти, т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:
N=2I, I – разрядность шины адреса.
Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в процессорах Pentium Extreme Edition составляет 64 бита. Таким образом, количество адресуемых ячеек памяти в таких процессорах равно: N=264 ячеек.
Шины управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию – считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т.д.
Системная плата. Важнейшим аппаратным компонентом компьютера является системна плата. На системной плате реализована магистраль обмена информацией, имеются разъемы для установки процессора, слоты для установки оперативной памяти, а так же контроллеров внешних устройств.
Рисунок
Пропускная способность. Быстродействие устройства зависит от тактовой частоты тактового генератора (обычно меряется в мегагерцах – МГц) и разрядность, т.е количество битов данных, которые устройство может обрабатывать или передавать одновременно (измеряется в битах). Дополнительно в устройствах используется внутреннее умножение частоты с разными коэффициентами.
Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность шины данных измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в Гц = 1/с):
Пропускная способность шины = Разрядность шины × Частота шины.
Северный и южный мосты. Для согласования тактовой частоты и разрядности устройств на системной плате устанавливают специальные микросхемы, включающие в себя контроллер оперативной памяти и видеопамяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост).
Северный мост – это системный контроллер, являющийся одним из элементов чипсета материнской платы, отвечающий за работу с оперативной памятью (RAM), видеоадаптером и процессором (CPU). Северный мост отвечает за частоту системной шины, тип оперативной памяти и ее максимально возможный объем. Одной из основных функций северного моста является обеспечение взаимодействия системной платы и процессора, а также определение скорости работы. Частью северного моста во многих современных материнских платах является встроенный видеоадаптер. Таким образом, функциональная особенность северного моста являет собой еще и управление шиной видеоадаптера и ее быстродействием. Также северный мост обеспечивает связь всех вышеперечисленных устройств с южным мостом.
Северный мост получил свое название благодаря "географическому" расположению на материнской плате. Внешне это квадратной формы микрочип, расположенный под процессором, но в верхней части системной платы. Как правило, северный мост использует дополнительное охлаждение. Обычно это пассивный радиатор, реже - радиатор с активным охлаждением в виде небольшого кулера. Связано это с тем, что температура северного моста примерно на 30 градусов Цельсия всегда выше температуры "южного собрата".
Завышенная температура вполне обоснована. Во-первых, северный мост находится в непосредственной близости от центрального процессора, во-вторых, он находится выше видеокарты, жестких дисков и южного моста. Это означает, что часть тепла от вышеупомянутых устройств доходит до северного моста. Ну и в-третьих, самое главное - северный мост отвечает за обработку команд самых сильных компонентов системы - процессор, память и графику. Поэтому будем считать, что увеличенный номинал температуры является нормой для северного моста любой материнской платы.
Южный мост – это функциональный контроллер, известен как контроллер ввода-вывода или ICH (In/Out Controller Hub). Отвечает за так называемые "медленные" операции, к которым относится отработка взаимодействия между интерфейсами IDE, SATA, USB, LAN, Embeded Audio и северным мостом системы, который, в свою очередь, напрямую связан с процессором и другими важными компонентами, такими как оперативная память или видеоподсистема. Также южный мост отвечает за обработку данных на шинах PCI, PCIe и ISA (в старых моделях системных плат).
Частота процессора. Северный мост обеспечивает обмен данными с процессором, оперативной памятью и видеопамятью. Частота процессора в несколько раз больше, чем базовая частота магистрали.
Частота процессора - это количество синхронизирующих импульсов в секунду.
Количество тактов в секунду, не совпадает с фактическим количеством операций в секунду, выполняемых компьютером. Для процессора значение частоты измеряют в гигагерцах (ГГц). Именно частота процессора влияет на производительность и быстроту вашего компьютера. Но производительность не зависит только от частоты процессора!
Например, в наиболее быстрых компьютерах частота шины составляет 266МГц, коэффициент умножения частоты 14, следовательно, частота процессора
266 МГц × 14 ≈ 3,7 ГГц.
Системна шина. Между северным мостом и процессором данные передаются по системной шине с частотой, которая в четыре раза больше частоты FSB. Таким образом, процессор может получать и передавать данные с частотой 266 МГц × 14 = 1064 МГц. Так как разрядность системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины равна:
64 бит × 1064 МГц = 68096 Мбит/с ≈ 66 Гбит/с ≈ 8 Гбайт/с
Шины памяти. Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть меньше, чем частота шины процессора.
В упрощённом понимании шина- это группа проводников, по которым передаётся информация между устройствами компьютера. На первых персональных компьютерах имелась одна центральная шина, доступ к которой разделялся между всеми устройствами. Достоинством такого подхода была низкая цена персонального компьютера и универсальность- легко подключать новые устройства, одни и те же периферийные устройства можно применять на разных компьютерах, имеющих однотипную шину. Недостаток- в ограничении пропускной способности шины, т.к. все потоки информации между многочисленными устройствами должны проходить через центральную шину.
Шины AGP и PCI Express. По мере усложнения графики приложений требования к быстродействию шины, связывающей видеопамять с процессором и оперативной памятью, возрастают. Для подключения видеоплаты к северному мосту может использоваться 32-битовая шина AGP. Эта шина первоначально передавала данные с частотой 66 МГц, в настоящее время возможно использование шины AGP×8, частота которой 66 МГц × 8 = 528 МГц. В этом случае пропускная способность шины видеоданных составляет:
32 бит × 528 МГц = 16896 Мбит/с = 16,5 Гбит/с ≈ 2Гбайт/с
В настоящее время для подключения видеоплаты к северному мосту все большее распространение получает шина PCI Express (ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств). Пропускная способность этой шины значительно выше пропускной способности AGP и PCI.
Шина PCI. К северному мосту подключается по специальной шине южный мост, к которому, в свою очередь, подключаются периферийные устройства. Шина PCI (шина взаимодействия периферийных устройств) обеспечивает обмен информацией с контролерами периферийных устройств, которые устанавливаются в слоты расширения системной платы.
Наиболее часто эта шина используется для установки устройств доступа по локальной сети, глобальной сети Интернет (встроенный модем) и беспроводной сети (Wi-Fi).
Разрядность шины PCI может составлять 32 бита или 64 бита, а частота – 33 МГц или 66 МГц. Таким образом, максимальная пропускная способность шины PCI составляет:
64 бит × 66 МГц = 4224 Мбит/с = 528 Мбайт/с
Шина IEEE 1394 (Fire Wire, i-Link). Последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и цифровыми устройствами без потери качества изображения и звука. Скорость передачи данных по этой шине может достигать 200 Мбайт/с и более.
Шина АТА. Устройства внешней памяти подключается к южному мосту по шине АТА. Ранее использовалась параллельная шина РАТА, скорость передачи данных по которой может достигать 133 Мбайт/с. В настоящее время широкое распространение получила последовательная шина SATA, скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.
Шина USB. Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используется шина USB (универсальная последовательная шина). Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает подключение к компьютеру одновременно нескольких периферийных устройств ( принтер, сканер, цифровая камера, модем и т.д.).
Клавиатура и мышь. Клавиатура и мышь подключается с помощью порта PS/2 или шины USB.
Звук. К южному мосту может подключаться интегрированная в системную плату микросхема, которая обеспечивает обработку цифрового звука. С помощью аудиоразъемов к системной плате могут подключаться микрофон, колонки или наушники.
Физкультминутка
Закрепление
Практическая работа «Тестирование системной платы»
С помощью программы тестирования Sisoftware Sandra определить у вашего компьютера скорость системной шины, эффективную скорость системной шины, скорость шины памяти. Для процессора определить количество ядер, частоту процессора, частоту системной шины, коэффициент умножения частоты процессора.
Домашняя работа
Изучить §1.2
Итог урока
Что предусматривает принцип магистрально-модульного построения компьютера? (построение компьютера из функциональных блоков, взаимодействующих посредством общего канала (каналов) – шины).
Какие устройства обмениваются через Северный мост?
Какие устройства обмениваются через Южный мост?
Как могут передаваться данные по шине данных? (они могут передаваться от устройства к устройству через области оперативной памяти).
Что определяет разрядность шины? (объем адресуемой памяти, т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса).
Как рассчитать количество адресуемых ячеек? (N=2I).
Что передается по шине управления? (сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали).
В каком направлении развивается архитектура компьютера?
Какова пропускная способность системной шины (с точностью до целых), если её разрядность составляет 64 бита, а частота- 1066 МГц?
Какова пропускная способность шины памяти (с точностью до целых), если её разрядность составляет 64 бита, а частота- 533 МГц?
Какова пропускная способность шины AGP (с точностью до целых), если её разрядность составляет 32 бита, а частота- 528 МГц?
Какова пропускная способность шины PCI (с точностью до целых), если её разрядность составляет 64 бита, а частота- 66 МГц?
Получите свидетельство
Вход
Урок по информатике "Архитектура ПК" (1.48 MB)
1
871
233
Нравится
0
