"Магистрально-модульный принцип построения компьютера".
Методическая разработка
Автор: Низельник Евгений Александрович, учитель информатики, МБОУ СОШ №32, город Сургут, ХМАО-Югра АО, Тюменская область
Смотреть презентациюВ раздел основное полное образование
Магистрально-модульный принцип построения компьютера.
1. Оргмомент.
Слайд 1.
Здравствуйте. Перед вами на слайде три картинки. Подумайте, что объединяет их вместе? А пока вы размышляете, давайте вернёмся лет на десять назад. У кого из вас в детстве был какой-нибудь конструктор? Какой? А что вы собира- ли? Я тоже в своём далёком детстве занимался конструированием – из железных пла- стин, уголков и колёсиков с помощью винтиков и гаечек собирал различные движущи- еся средства. Потом из картона, дерева и всевозможных подручных средств собирал модели парусных кораблей. Процесс сборки из отдельных малопривлекательных дета- лей чего-то цельного и значимого захватывает и приносит чувство удовлетворения, по- скольку это процесс творческий. Однако, детство проходит, и вместе с ним исчезают из наших игрушек и те самые конструкторы. Но появляются другие. Что же собирают из своих конструкторов взрос- лые люди? (Машины, дома и т.д.) Так что же объединяет эти на первый взгляд далёкие друг от друга изображения? (На них показаны объекты собранных в разных конструкторах) А кто из вас умеет собирать компьютер? Хотите ли вы попробовать научиться это делать? Какую же цель мы поставим перед собой на нашем уроке? (Научиться соби- рать компьютер). Замечательная цель, но слишком велика, чтобы достигнуть её за один урок. Поэтому сегодня мы только начнём учиться этой сборке. Рассмотрим её основы, с ко- торыми, кстати, вы уже немного знакомы из уроков информатики 8 класса. А сего- дняшнюю цель мы уточним немного позже. Итак, начнём с основ, тема урока: Магистрально модульный принцип построения компьютера.
2. Актуализация опорных знаний.
Слайд 2.
Вспомним функциональную схему компьютера. Компьютер состоит из так называемых функциональных блоков. Что же является связующим звеном всех компонентов компьютера? (Магистраль). Какое устройство является самым главным в компьютере? (Центральный процес- сор) Его назначение? (Управлять всеми устройствами, выполнять программы). Где берёт процессор программы и данные? (В оперативной памяти). Где хранится информация после выключения компьютера? (В долговременной па- мяти). С помощью чего информация попадает в компьютер? (С помощью устройств ввода информации). Приведите примеры таких устройств. (Клавиатура, мышь, сканер, микрофон и т. д.). Чего не хватает на схеме? (Устройств вывода информации). Приведите примеры этих устройств. (Монитор, принтер, динамики и т.д.). 1
Любопытный факт: что сейчас называют системным блоком? (Корпус компью- тера). А изначально системным блоком называлась пара процессор – оперативная па- мять.
3. Изучение нового материала.
Слайд 3.
Рассмотрим подробнее строение магистрали, которую ещё называют шиной FSB (Front Side Bus). Магистраль состоит из трёх многоразрядных шин: - шины данных, по которой между блоками компьютера передаются данные; - шины адреса, по которой передаются адреса устройств и ячеек памяти, к кото- рым обращается процессор; - шины управления, передающей сигналы, определяющие характер обмена инфор- мацией. Работу этих шин можно сравнить с железной дорогой: шина данных – товарные вагоны. Что тогда шина адреса? (Машинист в тепловозе). А шина управления? (На- чальник поезда, он знает, что делать с грузом на станции назначения). Шина данных - двунаправленная шина, данные по ней передаются от процессора к устройствам и обратно. Скорость передачи зависит от ширины шины – её разрядно- сти. Разрядность этой шины определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов (битов), которые процессор может обработать одновременно. У современных компьютеров разрядность процессора, а значит и шины данных равна 64 битам. По шине адреса сигналы передаются только от процессора к устройствам, и её разрядность может так же достигать 64 бит. От разрядности этой шины зависит объём адресуемой памяти – количество ячеек оперативной памяти. Это количество можно рассчитать по универсальной формуле информатики N=2 I , где I – разрядность шины адреса. Зная объём адресуемой памяти и информационную ёмкость одной ячейки мож- но вычислить возможный информационный объём оперативной памяти, с которой мо- жет работать шина адреса. Шина управления тоже, как и шина данных, двунаправленная шина, по ней пере- даются команды на чтение данных, запись данных и т.д.
Слайд 4.
Точно указать место расположения магистрали в компьютере невозмож- но, оно не локализовано, но одно из важнейших аппаратных устройств компьютера практически полностью состоит из этой шины. Это – системная или материнская пла- та. Конфигурация компьютера в первую очередь зависит от выбора именно мате- ринской платы. А этот выбор весьма разнообразен. Перед вами системные платы, разных цветов, размеров, разных «узоров», сопровождаемых надписями на английском языке. Разобраться в таком калейдоскопе без предварительной подготовке просто не- реально. Но всё-таки кое-что в таком разнообразии можно найти и общего. А в даль- нейшем изучении убедиться в том, что этого общего не так уж и мало, если вы умеете «читать» материнскую плату. Итак, какую же цель мы поставим перед собой на уроке? (Изучить материнскую плату). 2
Верно, я немного переформулирую
цель: научиться «читать» материнскую
плату.
Слайд 5.
Итак, внимательно рассмотрим системную плату. На ней обязательно есть разъём для установки процессора, слоты для подключения оперативной памяти, видеокарты и контроллеров внешних устройств. Связь между процессором и опера- тивной памятью и видеопамятью осуществляет контроллер оперативной памяти – «се- верный мост». Связь между «северным мостом» и периферийными устройствами осу- ществляет контроллер периферийных устройств – «южный мост». Всё это достаточно крупные детали материнской платы, чтобы их можно было сразу на ней обнаружить. Итак, ставим на своё место процессор, оперативную память, «северный» и «юж- ный» мосты на ней уже установлены. Пара этих контроллеров получила название «чипсет». Обмен данными между процессором и «северным мостом» осуществляется по си- стемной шине, а между «северным мостом» и оперативной памятью по шине памяти. По шине AGP (Accelerated Graphic Port – ускоренный графический порт) к «север- ному мосту» подключается видеокарта, к которой подключается монитор или видео- проектор. «Северный мост» связан с «южным мостом» специальной шиной. К «южному мосту» подключаются контроллеры внешних устройств: 1) По шине PCI-Express, пришедшей на смену уже устаревшей шине AGP, под- ключается монитор, проектор или TV-тюнер для подключения телевизионного кабеля. 2) По шине PCI подключаются сетевая карта для подключения модема, звуковая карта для подключения колонок и наушников, контроллер для подключения цифровых устройств, например видеокамеры. Как визуально отличить очень похожие шины AGP, PCI и PCI-Express? На PCI перемычка справа, а на PCI-Express – слева. Шины PCI-Express отличают- ся различной длинной. На слайде представлены шины PCI-Express x1 и x16. На шине AGP перемычка справа как на PCI, но сама шина располагается на материнской плате правее. 3) По шине SATA (Serial Advanced Technology Attachment) подключаются винче- стер и оптический привод. 4) Эти же устройства могут подключаться и по уже устаревающему интерфейсу - шине IDE, разъём которой можно спутать с разъёмом для подключения дисковода гиб- ких магнитных дисков. Визуальное отличие в количестве контактов, на IDE их 19. 5) Также к «Южному мосту» подключается множество аппаратных портов: PS/2 - для подключения клавиатуры и мыши, COM – последовательный порт для подключе- ния мыши, клавиатуры, модема, в настоящее время уже морально устарел, LPT – па- раллельный порт для подключения принтера или сканера, USB – для подключения практически любых периферийных устройств, LAN – для подключения компьютера к компьютерной сети, AUDIO – для подключения динамиков, наушников, микрофона. 6) Шина USB – для подключения устройств с данным интерфейсом через перед- нюю панель корпуса компьютера. У вас на столах лежат карточки № 1 с этим слайдом, дома вклейте их в свои рабо- чие тетради. 3
Слайд 6.
Попробуем на паре этих материнских карт распознать основные компо- ненты. Итак, что выделено на слайде? (Разъём для подключения центрального процессо- ра). А сейчас? (Разъёмы для подключения оперативной памяти). Сейчас? («Северный мост») Обратите внимание, что на первой материнской плате нет микросхемы «северного моста» – он интегрирован с центральным процессором. Что мы видим далее? («Южный мост») Далее? (На первой плате – шина PCI-Express, а на второй – шина AGP). Далее? (Шины PCI). Далее? (Шина IDE). Далее? (Шина SATA). Всё верно.
Слайд 7
. Проверим, насколько хорошо вы усвоили расположение основных компонентов системной платы. На слайде эти компоненты пронумерованы от 1 до 9. На ваших столах лежат карточки с заданиями. Выполним задание № 1, содержащее список компонентов. Вам необходимо установить правильное соответствие между но- мером и названием компонента. Проверяем: Разъём центрального процессора (№ 6), Разъёмы оперативной памяти (№ 4), «Северный мост» (№ 3), «Южный мост» (№1), Шина PCI-Expres (№ 2), Шина PCI-Express (№ 7), Шина PCI-Express (№ 9), Шина PCI (№ 8), Шина SATA (№ 5). Хорошо, поставьте в поле для баллов количество верных ответов.
Слайд 8.
Теперь выполним задание № 2. На слайде опять пронумерованы основ- ные компоненты системной платы, в своих карточках вам необходимо написать назва- ние этих компонентов. Приступили. Проверяем: № 1 (Разъём для оперативной памяти), № 2 (PCI-Express), № 3 (PCI), № 4 (Разъём для процессора), № 5 («Северный мост»), № 6 («Южный мост»), № 7 (Шина PCI-Express), № 8 (Шина PCI), 4
№ 9 (Шина SATA). № 10 (Шина PCI-Express).
4. Тренировка для глаз.
Слайд 9.
Изучая строение системной платы, и вглядываясь в расположение её компонентов, мы подвергаем свои глаза большой нагрузке. Поэтому давайте сейчас проделаем несложный тренинг по снятию избыточного напряжения с наших глаз. Сядьте прямо, положите руки на колени, и проследите одними глазами, без пово- ротов головы, за перемещениями слота для подключения процессора на слайде.
5. Изучение нового материала (продолжение).
Слайд 10.
Теперь обратим внимание на аппаратные порты системной платы. На слайде представлены два набора таких портов. А именно: PS/2, COM, LPT, о которых речь уже шла. Порт VGA для подключения аналогового монитора или проектора, в на- стоящее время морально устаревает и вытесняется портами DVI и HDMI для передачи цифровых видео и аудиоданных, Optical Audio - оптический порт для аудиоданных, USB 3.0 - универсальный порт отличается от своего предшественника USB 2.0 техни- ческими характеристиками и синим цветом, e-SATA – порт для подключения накопи- теля информации, IEEE 1394 – порт для подключения аудио и видео мультимедийных устройств, принтеров, сканеров, накопителей информации, для создания компьютер- ной сети, USB 2.0, RG-45 (LAN) – об этих портах речь уже шла выше, AUDIO – назва- ние говорит само за себя. На ваших столах лежат карточки № 2 с портами системной платы. Они вам приго- дятся уже сегодня, а дома вклейте их в свои рабочие тетради.
Слайд 11.
Теперь выполним задание № 3 для закрепления наших знаний о портах мате- ринской платы. На слайде набор пронумерованных портов, вам надо на своих карточ- ках написать названия этих портов, используя лежащие перед вами памятки. Проверим: № 1 (USB 2.0), № 2 (PS/2), № 3 (HDMI), № 4 (OPTICAL), № 5 (DVI), № 6 (VGA), № 7 (USB 3.0), № 8 (USB 2.0), № 9 (RG-45). № 10 (AUDIO)
Слайд 12.
5
Быстродействие (пропускная способность) любого устройства компьютера зави- сит от двух характеристик: тактовой частоты и разрядности и вычисляется путём их перемножения. В каких единицах измеряется разрядность? (В битах). А тактовая частота? (В герцах) Частоту ещё измеряют и в 1/с. Тогда в чём измеряется пропускная способность? (Бит/с). Т.е. что такое пропускная способность устройства? (Количество бит, проходящих через устройство в секунду). Например, если тактовая частота магистрали равна 400 МГц, а разрядность - 64 бита, то для того, чтобы вычислить её пропускную способность надо перемножить 64 бита и 400 МГц. Вычислите быстродействие в гигабайтах в секунду. Проверим.
Слайд 13.
На слайде представлена пропускная способность основных компонентов мате- ринской платы. Шина USB – 60 Мбит/с. Шина IDE – 100 Мбит/с. Шина SATA – 380 Мбит/с. Шина AGP – 2,1 Гбит/с. Шина PCI – 4 Гбит/с. Шина памяти – 6,4 Гбит/с. Системная шина – 12 Гбит/с. Шина PCI-Express – 16 Гбит/с Центральный процессор – 32 Гбит/с. У вас на столах лежат карточки № 3 с этим слайдом, дома вклейте его в свои рабо- чие тетради. Какая цель была поставлена у нас на уроке? (Научиться «читать» материнскую плату) Достигли ли мы поставленной цели? (Да)
6. Домашнее задание.
Слайд 14.
На карточках № 4 задание на дом: прочитать из учебника п. 1.1 и вы- учить основные понятия и определения; выполнить практическое задание «Тестирова- ние материнской платы», необходимую для этого утилиту EasyYune возьмите у учите- ля. Для желающих получить дополнительную отметку: выбрать в Интернете мате- ринскую плату и обосновать свой выбор.
7. Подведение итогов урока, рефлексия.
Слайд 15.
Закончите фразы, записанные на слайде: «Сегодня на уроке я узнал, что…» и «Сегодня на уроке я научился…» 6
В раздел основное полное образование