Компьютер и его составляющие
Мы постоянно сталкиваемся с персональными компьютерами: работаем на них в школе, отдыхаем дома, выполняем определенные задания в библиотеке или на кружках. Но пользуясь всеми возможностями, которые открывает для нас эта техника, можем даже не задумываться, из чего она состоит и что нужно, чтобы все работало. А ведь так интересно, какие компоненты обязательны, а какие позволяют превратить домашний компьютер в мощную звукостудию или современную типографию.
План урока:
Конспект урока: Основные характеристики компьютера. Магистрально-модульный принцип построения компьютера. 8 класс
Цель урока: Познакомить учащихся с аппаратной реализацией компьютера; структурой микропроцессора.
Вопросы к уроку:
1. Почему различаются частоты процессора, системной шины и шины периферийных устройств?
2. Охарактеризовать составные части материнской платы?
3. Почему мышь подключается к последовательному порту, а принтер к параллельному?
Изучение нового материала
Аппаратная реализация компьютера
Современный персональный компьютер может быть реализован в настольном (desktop), портативном (notebook) или карманном (handheld) варианте.
Системный блок компьютера
Все основные компоненты настольного компьютера находятся внутри системного блока: системная плата с процессором и оперативной памятью, накопители на жестких и гибких дисках, CD-ROM и др. Кроме этого, в системном блоке находится блок питания.
Системная плата. Основным аппаратным компонентом компьютера является системная плата. На системной плате реализована магистраль обмена информацией, имеются разъемы для установки процессора и оперативной памяти, а также слоты для установки контроллеров внешних устройств.
Частота процессора, системной шины и шин периферийных устройств. Быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться. Для согласования быстродействия на системной плате устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты), включающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост).
Северный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью по системной шине. В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 раз (например, частота процессора 1 ГГц, а частота шины — 100 МГц).
Логическая схема системной платы
К северному мосту подключается шина PCI (Peripherial Component Interconnect bus — шина взаимодействия периферийных устройств), которая обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств. Частота контроллеров меньше частоты системной шины, например, если частота системной шины составляет 100 МГц, то частота шины PCI обычно в три раза меньше — 33 МГц. Контроллеры периферийных устройств (звуковая плата, сетевая плата, SCSI-контроллер, внутренний модем) устанавливаются в слоты расширения системной платы.
По мере увеличения разрешающей способности монитора и глубины цвета требования к быстродействию шины, связывающей видеоплату с процессором и оперативной памятью, возрастают. В настоящее время для подключения видеоплаты обычно используется специальная шина AGP (Accelerated Graphic Port — ускоренный графический порт), соединенная с северным мостом и имеющая частоту, в несколько раз большую, чем шина PCI.
Южный мост обеспечивает обмен информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного оборудования.
Устройства хранения информации (жесткие диски, CD-ROM, DVD-ROM) подключаются к южному мосту по шине UDMA (Ultra Direct Memory Access — прямое подключение к памяти).
Мышь и внешний модем подключаются к южному мосту с помощью последовательных портов, которые передают электрические импульсы, несущие информацию в машинном коде, последовательно один за другим. Обозначаются последовательные порты как СОМ1 и COM2, а аппаратно реализуются с помощью 25-контактного и 9-контактного разъемов, которые выведены на заднюю панель системного блока.
Принтер подключается к параллельному порту, который обеспечивает более высокую скорость передачи информации, чем последовательные порты, так как передает одновременно 8 электрических импульсов, несущих информацию в машинном коде. Обозначается параллельный порт как LPT, а аппаратно реализуется в виде 25-контактного разъема на задней панели системного блока.
Для подключения сканеров и цифровых камер обычно используется порт USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), который обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств.
Клавиатура подключается обычно с помощью порта PS/2.
Магистрально-модульный принцип построения компьютера
В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип 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.
Магистраль
Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).
Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.
Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.
Магистрально-модулыное устройство компьютера
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 (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:
N = 2 I , где I — разрядность шины адреса.
Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно:
N = 2 36 = 68 719 476 736.
Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.
Микропроцессор (МП) — центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.
Микропроцессор выполняет следующие функции:
— чтение и дешифрацию команд из основной памяти (ОП);
— чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств (ВУ);
— прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
— обработку данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ;
— выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.
В состав микропроцессора входят следующие устройства:
Устройство управления (УУ)
— формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;
— формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ;
— получает от генератора тактовых импульсов опорную последовательность импульсов.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.
Микропроцессорная память (МПП) предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно в ближайшие такты работы машины используемой в вычислениях.
МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, т.к. основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.
Регистры — быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие).
Регистры выполняют две функции:
— кратковременное хранение числа или команды;
— выполнение над ними некоторых операций. Регистр отличается от ячейки памяти тем, что может не только хранить двоичный код, но и преобразовывает его. Основным элементом регистра является триггер— электронная схема, которая хранит один бит информации.
— Триггер — имеет два устойчивых состояния, которые соответствуют логической «1» и логическому «0«. Регистр — совокупность триггеров, связанных друг с другом общей системой управления.
Важнейшие регистры:
— счетчик команд — регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;
— регистр команд — регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода выполняемой операции, остальные для хранения кодов адресов операндов.
Команда — это элементарная операция, которую должна выполнить ЭВМ.
Разрядность МП 16 — 32 — 64 — 128 — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция. Чем больше разрядность, тем будет больше и производительность ПК при прочих равных условиях.
Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами ПК.
Интерфейс (interface) — совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие.
Интерфейсная система микропроцессора включает в себя:
— внутренний интерфейс МП,
— буферные запоминающие регистры,
— схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной.
Порт ввода-вывода (I/O port) — аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство.
Одной из характеристик микропроцессоров является тактовая частота.
Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов. Главный его элемент использует кристалл кварца, который обладает стабильностью резонансной частоты.
Частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины.
Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины, или просто, такт работы машины.
Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.
Тактовая частота — указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за одну секунду.
Урок по теме «Устройство персонального компьютера», 8 класс
план-конспект урока по информатике и икт (8 класс) на тему
Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение «Каменная средняя общеобразовательная школа» Тема урока: Устройство персонального компьютера Выполнил: учитель информатики I квалификационной категории МКОУ «Каменная СОШ» Чернышова Н.С. 2013 г.
Intel Pentium Dual Core E 5200 (2×2500 MHz; 2048 k) / 1024 Mb / 250 Gb / 512 Mb Ge Force 8400 GS / DVD – RW / ….
Сегодня на уроке: Познакомимся с понятием «персональный компьютер» Рассмотрим основные и периферийные устройства компьютера Научимся характеризовать устройства персонального компьютера
Компьютер- ( англ. computer — вычислитель ) – это универсальное техническое средство для работы с информацией.
Устройства персонального компьютера
Основная (базовая) конфигурация – минимальный комплект аппаратных средств, достаточный для начала работы с компьютером . .
Системный блок — Это основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключающиеся к системному блоку снаружи, считаются внешними . По положению корпуса разбиваются на 2 основных класса: Tower (башня) — вертикальные; Desktop (на столе) — горизонтальные.
Внутренние устройства ПК
Материнская плата Порты Слоты для контроллеров Разъем для оперативной памяти Процессор Материнская плата
Процессор Основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Предназначен для вычислений, обработки информации и управления работой компьютера.
Внешние устройства ПК
Монитор — это устройство, предназначенное для вывода информации на экран. ЖК ( жидко-кристаллические ) ЭЛТ – мониторы (на основе лучевой трубки)
Клавиатура – это клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации
Манипулятор типа «Мышь» — это устройства предназначенное для механического ввода информации Механическая мышь Оптическая мышь Bluetooth мышь
Принтер – это устройство предназначенное для вывода информации на бумагу Матричный принтер Лазерный принтер Струйный принтер
Сканер – устройство оптического ввода информации Настольный (планшетный) сканер Ручной сканер Напольный сканер
Плоттер – это устройство предназначенное, для вывода сложных и широкоформатных графических объектов
Модем является устройством не только вывода, но и ввода. Он соединяет ваш компьютер с телефонной линией и позволяет получить доступ к Интернету. Модемы бывают внутренние (которые располагают внутри системного блока) и внешние (отдельные устройства, подключаемые к компьютеру).
Джойстик — устройство-манипулятор для ввода информации о движениях руки. Веб-камера – устройство для ввода в память компьютера видеоинформации в режиме реального времени. Используется для организации видеоконференций .
Наушники (с микрофоном) Колонки
Конкурс мыслителей Как называется устройство для вывода текстовой и графической информации ? Что такое «базовая конфигурация ПК »? Что находится внутри системного блока? Перечислить. Зачем нужен и где находится процессор ? Зачем нужна оперативная память ? Какие бывают мониторы ? Зачем нужны принтеры ? Какие они бывают? Зачем нужны сканеры ? Что такое модем ? Что такое жесткий диск ? Где он находится?
Урок по теме «Устройство компьютера» (8-й класс)
– Перечислите, пожалуйста, какие основные компоненты должны присутствовать у устройства, чтобы его можно было назвать компьютером? (устройства ввода-вывода, память, процессор)
– Что относится к устройствам ввода-вывода? (клавиатура, монитор, принтер, сканер, колонки)
III. Знакомство с новым материалом.
– Сегодня на уроке мы рассмотрим устройство компьютера и рассмотрим, каким и характеристиками каждое устройство обладает.
(Для наглядности объяснения используется презентация – Приложение 1).
– На прошлом уроке мы выяснили, что в состав компьютера должны входить процессор, оперативная память, устройства ввода и вывода, долговременная память.
Итак, остановимся на каждом из устройств поподробнее.
Процессор – это важнейшее устройство компьютера для обработки информации, которое находится на материнской плате.
Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС), которая содержит десятки миллионов микропереключателей и представляет собой маленькую плоскую полупроводниковую пластину площадью несколько квадратных сантиметров, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов).
Основное назначение процессора это обработка всех видов информации и управления работой всех узлов компьютера.
- тактовая частота – количество тактов процессора за одну секунду(измеряется в МГц, ГГц)
- разрядность процессора – длина двоичного кода, который процессор может обрабатывать одновременно.
Чем выше частота и больше разрядность процессора, тем больше его производительность.
Системная плата является основным аппаратным устройством компьютера. На ней реализована магистраль, позволяющая осуществлять взаимодействие между процессором и остальными компонентами компьютера. Также на системной плате есть разъемы для установки процессора и модулей оперативной памяти: слоты для подключения контроллеров внешних устройств.
Рассмотрим периферийные устройства. Это устройства, с помощью которых информация или вводится на компьютер, или выводится из него.
- Клавиатура служит для ввода текстовой и числовой информации. Внутри нее имеется микросхема – шифратор, которая преобразует сигнал от конкретной клавиши в соответствующий данному знаку двоичный код. Стандартная клавиатура имеет 104 клавиши и 3 световых индикатора в правом верхнем углу, информирующих о режимах работы.
- Сканер предназначен для ввода в компьютер текстовых и графических данных. Сканеры бывают ручными (которыми проводят сверху по листу) и планшетные (лист кладется внутрь сканера).
- Устройства управления курсором служат для быстрого перемещения курсора по экрану.
- Мышь (проводная, беспроводная (радиоуправляемые, инфракрасные и оптические)
- Трекбол – напоминает мышь, перевернутую вверх ногами. В движение приводят шар, закрепленный на роликах. Трекбол обычно используется в переносных компьютерах типа notebook.
- Джойстик представляет собой рукоятку с кнопками и применяется, как правило, для игр и тренажеров.
- Сенсорная панель, представляет собой чувствительные поверхности, покрытые специальным слоем и связанные с датчиками. Прикосновение к поверхности датчика приводит в движение курсор, перемещение которым осуществляется за счет движения пальца по поверхности.
- Микрофон служит для ввода звуковой информации в мультимедийный компьютер.
- Web-камера служит для ввода видеоизображения в мультимедийный компьютер.
Устройства вывода информации:
Монитор – это универсальное устройство вывода информации.
- с электронно-лучевой трубкой
- на жидких кристаллах
Информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется их отдельных точек (пикселей). Растровое изображение состоит из отдельного количества строк, каждая из которых в свою очередь содержит определенное количество точек.
Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, т.е. количеством точек, из которых оно складывается. Чем больше разрешающая способность, тем выше качество изображения (1024х768,1280х768 и др.).
Принтеры служат для вывода на бумагу текстовой, числовой и графической информации.
- ударные (матричные)
- неударные (струйные и лазерные)
Матричные принтеры: печатающая головка состоит из вертикального столбца маленьких стержней (9 или 24), которые под воздействием магнитного поля выталкиваются, ударяют по бумаге через красящую ленту и оставляют строку символов. Красящая лента сожжет быть намотана на катушки или уложенной в специальную коробку (картридж). Самые дешевые принтеры. Качество печати не высокое. Скорость печати в среднем – 1 минута на страницу.
Струйные принтеры: мельчайшие капли краски выдуваются на бумагу через крошечные сопла. Высокое качество печати. Скорость печати в среднем – 1 минута на страницу. Существуют цветные и черно-белые принтеры.
Лазерные принтеры: частицы краски переносятся со специального красящего барабана на бумагу посредством электрического поля. Качество печати высокое. Скорость печати в среднем – от 4 до 15 страниц за 1 минуту. Существуют цветные и черно-белые принтеры.
Плоттер (графопостроитель) служит для печати на бумаге чертежей. Изображение создается двигающимся по листу пером с цветной тушью.
Звуковая карта – устройство для преобразования цифровой аудио информации, записанной на дисках, в звуки и наоборот. К выходу звуковой карты подключают колонки для воспроизведения стереозвука и микрофон.
Модем – специальное устройство, с помощью которого отдельные компьютеры могут связываться друг с другом посредством телефонной сети.
