Аппаратное строение компьютера. Принципы Неймана

Федеральное государственное казенное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Сибирский юридический институт Федеральной службы

Российской Федерации по контролю за оборотом наркотиков»

Кафедра информационных технологий (кафедра №2)

 

УТВЕРЖДАЮ

Начальник кафедры информационных технологий (кафедра №2)

полковник полиции

С.Н. Ефимов

16 апреля 2012 г.

 

 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В ЮРИДИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

 

Методическая разработка

для проведения практического занятия по теме 1:

«Основные понятия информатики.
Компьютерные системы обработки информации»

с курсантами очной формы обучения

 

 

Красноярск, 2012

 

Основные понятия информатики. Компьютерные системы обработки информации: методическая разработка для проведения практического занятия с курсантами очной формы обучения по направлению подготовки 030900.62 Юриспруденция. – Красноярск: СибЮИ ФСКН России, 2012.

 

Подготовил: к.т.н., доцент, полковник полиции В.В. Молоков

 

Одобрена на заседании кафедры

информационных технологий

(кафедра №2) 16 апреля 2012 г.

Протокол № 16

 

©СибЮИ ФСКН России, 2012

 

ПЛАН ПОДГОТОВКИ И ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЯ

Тема: Основные понятия информатики. Компьютерные системы обработки информации.

Продолжительность: 2 академических часа.

Цели занятий:

1. Дидактические:

- закрепить теоретический материал по переводу чисел в различные системы исчисления;

- ознакомить с аппаратным строением персонального компьютера (ПК), составом и назначением элементов системного блока;

- изучить клавиатуру: группы клавиш; назначение и возможности применения в прикладных программах;

- привить умения и навыки самостоятельной работы с обучающими программами;

2. Воспитательные:

- способствовать воспитанию компьютерной грамотности и культуры;

- помочь преодолеть психологический барьер перед работой с персональным компьютером;

- выработать внимательность и аккуратность при выполнении заданий;

3. Развивающие:

- выработать способности к анализу задачи, умение четко сформулировать и составить алгоритм ее решения на компьютере;

- развить навыки индивидуальной работы по выполнению конкретных заданий;

- обеспечить развитие интереса к овладению компьютерных технологий и использованию ЭВМ в своей профессиональной деятельности.

Вид занятия: практическое в подгруппах.

Форма обучения:

- учебно-тренировочные упражнения;

- индивидуальная работа.

Место проведения: компьютерный класс 404, 505.

Итоговые документы:

- результаты выполнения заданий;

- записи в тетрадях основного содержания учебного материала;

- оценка преподавателями выполнения заданий и ответов на контрольные вопросы.

Материальное обеспечение:

- класс персональных компьютеров, объединенный в локальную вычислительную сеть института с выходом в Интернет;

- прикладное и системное программное обеспечение;

- видеопроектор;

- раздаточный материал;

- рекомендуемая литература.

Учебные вопросы:

1. Аппаратное строение компьютера. Принципы Неймана.

2. Аппаратное строение ПК. Устройство ввода и вывода, группы клавиш и их предназначение. Периферийные устройства ПК.

3. Перевод чисел из двоичной в десятичную систему исчисления и наоборот.

 

Распределение времени:

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ (характеристика занятия) 5 мин.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 80 мин.

- аппаратное строение компьютера. Принципы Неймана 20 мин.

- аппаратное строение ПК. Устройство ввода и вывода,
группы клавиш и их предназначение.
Периферийные устройства ПК 30 мин.

- перевод чисел из двоичной в десятичную систему
исчисления и наоборот 30 мин.

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ (анализ степени реализации

поставленных целей занятия, выставление оценок) 5 мин.

 

Рекомендации:

1. При изучении первого вопроса следует обратить внимание на структуру ЭВМ с неймановской архитектурой, назначение элементов схемы.

2. При изучении второго вопроса следует обратить внимание на назначение устройств системного блока персонального компьютера и применению клавиш в прикладных программах.

3. При изучении третьего вопроса необходимо уделить внимание алгоритму перевода чисел из одной системы исчисления в другую.

Учебно-материальное обеспечение

Для проведения практического занятия преподавателю рекомендуется обеспечить наличие раздаточного материала (предварительно распечатанные задания для самостоятельной работы).

Технология проведения практического занятия

Сразу после доклада заместителя командира взвода и приветствия преподавателю рекомендуется произвести проверку наличия личного состава с выяснением причин отсутствия курсантов. Следует также поинтересоваться: кто из присутствующих и почему не готов к практическому занятию, имеются ли в аудитории необходимые технические средства обучения, работают ли персональные компьютеры.

В случае необходимости напомнить правила техники безопасности при работе в компьютерном классе.

Вводная часть:

- оглашение темы практического занятия;

- доведение до обучаемых целей и задач проведения занятия.

Практическая работа

Аппаратное строение компьютера. Принципы Неймана.

Компьютерные технологии в последнем столетии двадцатого века получили сильное развитие, начиная от русских счетов до современных электронных компьютерных систем. В основе современного строения большинства компьютеров лежат принципы, заложенные в теоретических работах американского ученого Джона фон Неймана. ЭВМ такого типа получили название «машин с неймановской архитектурой». Перечислим основные его принципы.

1. ЭВМ должна работать на электронной основе и в двоичной системе счисления.

2. В состав любой ЭВМ должны входить: устройства ввода (УВв) и устройство вывода (УВыв) информации; устройство управления (УУ); арифметико-логическое устройство (АЛУ); запоминающие устройства (оперативная и внешняя память).

3. Программа и данные хранятся в оперативной памяти.

4. Прямой доступ к памяти, подразумевающее, что время доступа к любой ячейки памяти не зависит от ее адреса.

5. В системе команд должны быть команды условной и безусловной передачи управления.

Почему же в соответствии с первым принципом ЭВМ работает на электронной основе? Дело в том, что развитие вычислительной техники начиналось в средние века с создания механических счетных устройств. Наиболее важной разработкой в этом направлении следует отметить «Суммирующую машину Паскаля» (1642г.), названную так в честь французского механика Блеза Паскаля (1623-1662гг.). Не останавливаясь на принципах работы этого устройства, отметим, что оно считалось в свое время первым в мире механическим калькулятором. Способ представления информации в ЭВМ основан на двоичной системе счисления. Память ЭВМ представляет собой большое количество микропереключателей, способных находиться только во включенном или в выключенном состояниях. На аппаратном уровне включенное состояние соответствует наличию в этом микропереключателе электричества, а выключенное – его отсутствие. Такие два состояния и удобно описывать двоичной системой, имеющей, как известно две значащие цифры: «0» и «1». Таким образом, микропереключатель может быть либо включенным, либо выключенным. Такое количество информации «0» или «1» называют битом. 8 бит составляет один байт. Есть еще более крупные единицы измерения информации, производные от байта.

Килобайт (Кбайт, КБ) =2¹⁰ байт= 1024байт;

Мегабайт (Мбайт, МБ) =2²⁰ байт = 1048576 байт;

Гигабайт (Гбайт, ГБ) = 2³⁰ байт.

Терабайт (Тбайт, ТБ) = 2⁴⁰ байт и некоторые другие.

Оставим без комментариев остальные принципы неймановской архитектуры ЭВМ. Отметим лишь, что они делают ЭВМ универсальным счетным устройством, независимым от нужд пользователя и задач им решаемых.

Структурная схема ЭВМ с неймановской архитектурой приводится на рис.1. Рассмотрим процесс обработки информации, в основе которого лежит принцип программного управления. Он подразумевает, что работой ЭВМ руководит написанная специалистом программа на одном из языков программирования. Затем она с алгоритмического языка переводится на язык машинных кодов. Программа – это последовательность инструкций для ЭВМ, предписывающих, что ей надлежит выполнить для решения задачи. Следует подчеркнуть неймановский принцип разделения программы от данных, которые вводятся через устройства ввода, преобразуясь в электрические сигналы, и передаются в запоминающее устройство (память). Основное назначение памяти ЭВМ – это хранение программ и данных, необходимых для решения задачи. Кроме этого память сохраняет промежуточные и окончательные результаты вычислений. В ЭВМ неймановского типа имеется два вида памяти: оперативная память (или оперативное запоминающее устройство ОЗУ) и внешняя память (внешнее запоминающее устройство ВЗУ). ОЗУ имеет сравнительно небольшой объем и используется непосредственно при вычислениях. У нее большая скорость обмена данных, но ее недостатком является энергозависимость – после выключения электропитания все данные из ОЗУ стираются. Для долговременного хранения данных используется ВЗУ, которое является энергонезависимым. По сравнению с ОЗУ у нее может быть очень большая емкость. Однако скорость доступа к данным, хранящимся в ВЗУ невысокая.

Программа и данные поступают в память. На основе инструкций программы АЛУ преобразовывает данные, используя арифметические и логические операции (сложение, умножение, сравнение и инверсию). Результат обработки данных из оперативной памяти передаются на УВыв, где отображаются в форме удобной для восприятия человека на монитор, печатающее устройство, записываются на носители информации, передаются по линиям связи и т.д.

В процессор входят АЛУ, УУ и внутренняя регистровая память. Регистровая память тоже состоит из двоичных микропереключателей, скомбинированных по 8 бит. Регистровая память определяет так называемое машинное слово. Машинное слово – это минимальное количество байт, которое ЭВМ может обработать за один раз (различают 8, 16, 32, 64 байтовые ЭВМ).

Итак, работа ЭВМ осуществляется по следующей схеме.

После того, как программа поступает в оперативную память, УУ считывает из нее команды. Эти команды расшифровываются. В них содержится информация о том, какие операции и над какими данными нужно произвести арифметико-логическому устройству. После получения соответствующих чисел по их адресам в ОЗУ, АЛУ производит над ними соответствующие вычисления. Полученные при этом данные опять направляются в ОЗУ. Окончательный же результат работы программы отправляется из ОЗУ на устройство вывода.

 

Программа и данные

Устройство ввода

Устройство вывода

Оперативное запоминающее устройство

Внешнее запоминающее устройство

Арифметико-логическое устройство

Устройство управления

Процессор

Память

Результаты вычислений

 

 

 

Рис.1 Схема ЭВМ с неймановской структурой.