Конспект уроку 8 клас "Архітектура комп’ютера. Процесор, його призначення. Пам'ять комп’ютера. Зовнішні та внутрішні запам’ятовуючі пристрої. Пристрої введення та виведення даних"

Дата: __________________

Клас: 8

Тема: Архітектура комп’ютера. Процесор, його призначення. Пам'ять комп’ютера. Зовнішні та  внутрішні запам’ятовуючі пристрої. Пристрої введення та виведення даних.

Мета: ознайомити учнів з основними компонентами комп’ютера та їх призначенням; розглянути типову архітектуру ПК; вивчити основні правила ТБ при роботі у комп’ютерному класі; розвивати логічне мислення; виховувати інформаційну культуру спілкування. 
Тип уроку: вивчення нового матеріалу.
Обладнання: комп’ютер, проектор, мультимедійна дошка (екран).

                                                           Хід уроку

1. Організація класу до уроку

- Добрий день діти. Темою нашого уроку сьогодні буде: «Архітектура комп’ютера. Процесор, його призначення. Пам'ять комп’ютера. Зовнішні та  внутрішні запам’ятовуючі пристрої. Пристрої введення та виведення даних.».

    2.  Перевірка домашнього завдання

    3.  Актуалізація опорних знань

1. Що таке інформація? (інформація — це набір відомостей про об’єкти, явища й процеси навколишнього світу; інформація — це відомості, знання, які ми отримуємо із зовнішнього світу або які передаються від одного об’єкта до іншого (наприклад, від одного комп’ютера до іншого); інформація — це загальнонаукове поняття, яке включає обмін відомостями між людьми, між людиною й автоматичним пристроєм, між автоматичними пристроями, обмін сигналами в тваринному і у рослинному світі.)
2. Які ви знаєте способи подання інформації? 
   За формою подання можна виділити наступні види інформації (повідомлень):
   • текстова — інформація, яка міститься в усій друкованій літературі або відображається технічними пристроями у вигляді текстів;
   • графічна — картини, малюнки, графіки, діаграми, схеми тощо;
   • звукова — усне мовлення, музичні композиції, мелодії, шумові ефекти;
   • числова — набори числових даних;
   • керувальна — вказівки, команди, накази, які передаються певним виконавцям;
   • комбінована або мультимедійна — інформація, що утворюється як комбінація об’єктів попередніх видів. Прикладом такої інформації є wеb-сторінки.

    4. Формулювання мети й завдань уроку

- Сьогодні ми будемо говорити про апаратну та технологічну будову компꞌютера та його архітектуру.

    5. Вивчення нового матеріалу

Комп'ютер - це електронний пристрій, що виконує операції введення інформації, зберігання та оброблення її за певною програмою, виведення одержаних результатів у формі, придатній для сприйняття людиною. За кожну з названих операцій відповідають спеціальні блоки комп'ютера:

• пристрій введення,
• центральний процесор,
• запам'ятовуючий пристрій,
• пристрій виведення.

Всі ці блоки складаються з окремих дрібніших пристроїв. Зокрема в центральний процесор можуть входити арифметико-логічний пристрій (АЛП), внутрішній запам'ятовуючий пристрій у вигляді регістрів процесора та внутрішньої кеш-пам'яті, керуючий пристрій (КП). Пристрій введення, як правило, теж не є однією конструктивною одиницею. Оскільки види інформації, що вводиться, різноманітні, джерел може бути декілька. Це стосується і пристрою виведення.

Схематично загальна структура комп'ютера зображена на рис.1. 

Рис. 1. Загальна структура комп'ютера

Запам'ятовуючий пристрій - це блок ЕОМ, призначений для тимчасового (оперативна пам'ять) та тривалого (постійна пам'ять) зберігання програм, вхідних і результуючих даних та деяких проміжних результатів. Інформація в оперативній пам'яті зберігається тимчасово лише при включеному живленні, але оперативна пам'ять має більшу швидкодію. В постійній пам'яті дані можуть зберігатися навіть при вимкненому комп'ютері, проте швидкість обміну даними між постійною пам'яттю та центральним процесором, у переважній більшості випадків, значно менша.

Арифметико-логічний пристрій - це блок ЕОМ, в якому відбувається перетворення даних за командами програми: арифметичні дії над числами, перетворення кодів та ін.

Керуючий пристрій координує роботу всіх блоків комп'ютера. У певній послідовності він вибирає з оперативної пам'яті команду за командою. Кожна команда декодується, за потреби елементи даних з указаних в команді комірок оперативної пам'яті передаються в АЛП. АЛП настроюється на виконання дії, вказаної поточною командою (в цій дії можуть брати участь також пристрої введення-виведення); дається команда на виконання цієї дії. Цей процес буде продовжуватися доти, доки не виникне одна з наступних ситуацій: вичерпано вхідні дані, з одного з пристроїв надійшла команда на припинення роботи, вимкнено живлення комп'ютера.

Описаний принцип побудови ЕОМ носить назву архітектури фон Неймана - американського вченого угорського походження Джона фон Неймана, який її запропонував. 

Розташування основних пристроїв, які входять у склад ПК, таке.

Монітор.

2. Материнська плата.
3. Центральний процесор.
4. Оперативна пам'ять.
5. Плати розширення
   (відео, звукова).
6. Блок живлення.
7. Привід для дисків
   (CD/DVD).
8. Вінчестер.
9. Клавіатура.
10. Миша.

До складу системного блоку входять: материнська плата, (центральний) процесор, оперативна пам'ять, жорсткий диск, графічна плата, звукова плата, мережева плата, дисковод для гнучких дисків, CD/DVD-привід, TV-тюнер. Графічна, звукова і мережева плати можуть бути вбудовані у материнську плату.

До периферійних (зовнішних) пристроїв відносять: принтер, сканер, графобудівник (плоттер), модем, мікрофон, звукові колонки, джерело бесперебійного живлення, клавіатуру, мишу, графічний планшет, тачпад, вебкамеру, фотокамеру.

Пристрої, що входять до складу системного блоку
    Материнська плата (також кажуть системна плата, базова плата, англійською motherboard, mainboard, MB) — плата, на якій розташовано (до якої приєднано) основні компоненти комп'ютера. Ця плата забезпечує зв'язок між усіма пристроями ПК за допомогою передачі сигналу від одного пристрою до іншого.

На поверхні материнської плати розташовано велику кількість роз'ємів, призначених для встановлення різноманітних пристроїв:

• гніздо для процесора (socket);
• роз'єми під оперативну пам'ять і плати розширення (slot);
• контроллери портів введення/виведення.

Центральний процесор (центральній процесорний пристрій, ЦПП, англійською central processing unit, CPU) — основна мікросхема комп'ютера, в який відбувається процес обчислення (опрацювання інформації).

    ЦПП встановлено на материнській платі. На процесорі встановлено радіатор, який охолоджує вентилятор (cooler). Фізично процесор є крісталічною мікросхемою. Конструктивно процесор складено з комірок, в яких зберігають або змінюють дані. Внутрішні комірки процесора називають регістрами. Дані деяких регістрів тлумачать як команди, що керують опрацюванням даних з інших регістрів. Керуючи розсиланням даних у різні регістри процесора, можна керувати опрацюванням даних.
     З іншими пристроями комп'ютера (у першу чергу з оперативною пам'ятю) процесор пов'язано кількома групами провідників — шинами. Основних шин три: шина даних, адресна шина та командна шина.
     Перший мікропроцесор представила компанія Intel у 1971 році: чотирирозрядний з індексом 4004, що містив 2000 транзисторів (елементів електричних схем, спроможних змінювати свої властивості провідності). У сучасних комп'ютерах процесори виконано у вигляді модуля розміром 5×5×0,3 см, який встановлюють у ZIP-socket (AMD) або на пружну конструкцію LGA (Intel). Більшість сучасних процесорів виконано у вигляді одного напівпровідникового кристалу, який містить мільйони чи навіть мільярди транзисторів.
     Наразі виготовляють багатоядерні процесори. Ця технологія дозволила здійснювати одночасно обчислення у кількох центрах (ядрах). Внаслідок цього істотно підвищилась швидкодія. На 2013 рік масово доступні прцесори з 2, 3, 4 і 6 ядрами і 2, 3 та 4-модульні процесори покоління Buldozer. У серверів використовують 8-ядерні процесори Xeon і Nehalem (Intel) та 12-ядерні Opteron (AMD).
Виділяють такі основні характеристики процесорів:

• кількість ядер, що впливає на швидкодію ПК;
• тактова частота — кількість елементарних операції на секунду, яку може виконувати процесор. Одиниця виміру ГГц — 10⁹ елементарних операцій на секунду;
• розрядність — максимальна кількість біт інформації, які можуть оброблятися та передаватися процесором одночасно,вимірюється розрядністю регістрів, в які розміщаються данні, що обробляються (наприклад, якщо рекістр має 2 байти, то розрядність процесора 16(2х8), якщо 4 байта, то -32 и т.п.);
• об'єм кеш-пам'яті, яку використовують для зберігання і звертання до часто використовуваних даних. Її поділяють на рівні (L1, L2, L3). Чим вищий рівень, тим більший об'єм пам'яті, але менша швидкість доступ до даних;
• характеристики гнізда для процесора (socket). Характеристики гнізда і процесора мають бути сумісними.

Оперативна пам'ять призначена для зберігання коду та даних програм під час їх виконання.

Розрізняють такі види пам'яті:

• з довільним доступом (RAM, Random Access Memory) — слугує для розташуання программ, даних і проміжних результатів обчислень;
• з доступом лише на читання (ROM, Read Only Memory) — слугує для сталого розташування певних програм. Наприклад, програми початкового завантаження BIOS (basic input-output system — базова система вводу-виводу).

       Оперативна пам'ять — енергозалежна. Інакше кажучи, дані в ній зберігаються лише до вимкнення ПК.
     Оперативна пам'ять більшості сучасних комп'ютерів — це модулі динамічної пам'яті(англійською Dynamic Random Access Memory, DRAM), втілені у напівпровідникових інтегральних схемах і організовані за принципом пристроїв з відкритим доступом. Інтегральна мікросхема (англ. integrated circuit) — електронна схема, що реалізована у вигляді напівпровідникового кристалу (чипу) та виконує певну функцію. Винайдена у 1958 році американськими винахідниками Джеком Кілбі та Робертом Нойсом.
     Статична пам'ять (англійською Static Random Access Memory, SRAM) має комірки — напівпровідникові тригери. Переваги — невелике енергоспоживання, висока швидкодія. Відсутність необхідності проводити «регенерацію». Недоліки — малий обсяг, висока вартість. Нині широко використовується як кеш-пам'ять процесорів у комп'ютерах.
     Пам'ять динамічного типу порівняно зі статичною дешевша, її щільність вища (у тому самому просторі можна розташувати більшу кількість комірок пам'яті), але її швидкодія нижча. Тому оперативну пам'ять для масового споживача будують на модулях динамічної пам'яті, а пам'ять статичного типу використовують для побудови кеш-пам'яті всередені мікропроцесора.
     Накопичувач на жорстких дисках (жорсткий диск, вінчестер, англійською Hard Disk Drive, HDD) — пристрій для запису й зчитування даних з жорстких (алюмінієвих або скляних) пластин-дисків, вкритих шаром ферромагнітного матеріалу. Використовують одну або декілька пластин на одній осі обертання.

    Опис такого накопичувача зазвичай містить особливості під'єднання, ємність, розміри, швидкість обертання пластин, назву виробника.
     Графічна плата (графічна карта, відеокарта, відеоадаптер, англійською videocard) — пристрій для перетворення даних комп'ютера про зображення на відеосигнал для монітора.

Сучасна графічна карта містить такі основні складові:

• графічний процесор (GPU) — здійснює розрахунки щодо зображення, тим самим вивільняючи центральний процесор. Визначає швидкодію та можливості всього пристрою;
• відеоконтролер — головний компонент схеми формування відеозображення в комп'ютері;
• відеопам'ять — буфер, у якому в цифровому форматі зберігають зображення, призначене для виводу на монітор;
• цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) — перетворює зображення, сформоване відеоконтролером, у рівні інтенсивності кольору, які подають на аналоговий монітор.

Звукова плата (звукова карта, аудіоадаптер, англійською sound card) — пристрій для роботи зі звуком на комп'ютері.

    Будь-яка сучасна звукова карта може використовувати декілька способів відтворення звуку. Глибина оцифрування сигналу обумовлює якість запису та відтворення. У наш час звукові карти найчастіше вбудовано у материнську плату. Але все ще випускають окремі плати розширення.
     Мережева плата (мережева карта, мережевий адаптер, Ethernet-адаптер, NIC від англійською network interface controller) — пристрій для взаємодії комп'ютера з іншими пристроями мережі(наприклад, при сполученні ПК навчального класу).

    Є мережеві карти як окремі пристрої, які вставляють у роз'єм материнської плати. Але є і вбудовані у материнську плату. Останнє спрощує та здешевлює виробництво ПК.
    Модем — пристрій зв'язку для організації зв'язку у глобальній мережі, який може бути внутрішнім(малюнок знизу ліворуч) або зовнішнім (малюнок знизу праворуч).

TV-тюнер (від англійською tune — налаштовувати (довжину хвилі)) — пристрій для прийняття телевізійного сигналу в різних формах трансляції (PAL, SECAM, NTSC) з метою показати відеопередачу на моніторі.

TV-тюнер з інтерфейсом PCI

Оптичний привід для CD/DVD дисків — пристрій, призначений для зчитування інформації з CD/DVD дисків та запису інформації на них.

    CD (англійською Compact Disk) — диск з пластиковою основою з алюміневім покриттям, яке відбіває промінь світла при зчитуванні.
     DVD (англійською Digital Versatile Disc, цифровий багатоцільовий чи універсальній диск) — диск більшої (ніж CD) ємкості.
    Цифрову інформацію на оптичних дисках подано чергуванням западин, які не відзеркалюють, та островків, які відзеркалюють світло. Компакт-диск має лише одну фізичну доріжку у формі неперервної спіралі, яка йде від зовнішнього кола до внутрішнього. При зчитуванні промінь лазера, який потрапляє у впадину, розсіюється й поглинається, тому у цьому випадку фотодетектор фіксує (двійковий) нуль. Інакше промінь відбивається, і фотодетектор фіксує (двійкову) одиницю.

Флеш пам'ять — енергонезалежний напівпровідниковий пристрій для збереження інформації.

    Завдяки компактності, малій ціні й відсутності потреби у постійному доступі до електроенергії, флеш-пам'ять широко використовують у портативних пристроях, які працюють на батарейках і акумуляторах — цифрових фотокамерах, відеокамерах, диктофонах, MP3-плеерах. Флеш-пам'ять з успіхом витіснила дискети, а зараз активно тіснить жорсткі диски в ноутбуках та зменшує частку записуваних оптичних дисків.
     Периферійні пристрої — це пристрої, зовнішні по відношенню до системного блоку.
    Зазвичай вони слугують для введення/виведення інформації. До таких пристроїв вводу відносять клавіатуру, мишу, сканер, монітор, принтер.
     Клавіатура (англійською keyboard) — пристрій для введення текстової (у першу чергу) та іншої інформації. Містить щонайменше 101 клавішу. Стандартом розташування символьних клавіш є розкладка QWERTY (згідно з назвою клавіш верхнього символьного ряду ліворуч).

Групи клавіш:
● алфавітно-цифрові;
● спеціальні;
● керування курсором;
● (додаткові) цифрові / керування курсором;
● функціональні;
● індикатори.
    Маніпулятори — пристрої введення інформації для вказання на екрані монітора вказівки або місця введення вказівки.
Маніпулятори з відносним вказуванням позиції

Миша (англійською mouse) — механічний маніпулятор, який перетворює механічні рухи в рухи вказівника на екрані.

Тачпад (англійською touchpad) — сенсорна панель для керування вказівнтком на екрані монітора, застосовують найчастійше в ноутбуках.

Roller mouse — вказівний пристрій, в якому для вертикального переміщення вказівника застосовують обертання горизонтально розташованого циліндру навколо його вісі, а для горизонтального пересування — рух циліндру вздовж його вісі. Натискання на циліндр виконує клацання лівої кнопки миші.

    Сканер (англійською scanner) — пристрій для створення запису зображення у цифровому поданні з готового зображення на поверхні.

Результат сканування можна зберегти як графічний файл. Якщо зображення містить текст, його у подальшому можна розпізнати за допомогою програми розпізнавання тексту.
     Залежно від способу сканування та об'єктів сканування існують такі сканери:

• планшетний — найпоширеніший вид сканерів, бо забезпечує максимальну зручність для користувача — високу якість і прийнятну швидкість сканування. Планшет, усередині якого під прозорим склом розташовано механізм сканування. Планшетні сканери відносять до систем з рухомим дзеркалом (оригінал нерухомий), які мають інтегровану сканувальну головку;
• ручний — дешевий і мобільний, але має низьку роздільну здатність, малу швидкість роботи, вузьку смугу сканування. Можливі перекоси зображення, бо важко переміщати сканер зі сталою швидкістю;
• аркушопротяжний — аркуш паперу вставляють у щілину і протягують напрямними роликами. Може мати менші розміри, у порівнянні із планшетним, але спроможний сканувати лише окремі аркуші, що обмежує його застосування переважно офісами компаній. Багато моделей мають пристрій автоматичної подачі, що дозволяє швидко сканувати велику кількість документів. Таку ж конструкцію мають фотосканери — пристрої для сканування фотовідбитків;
• планетарний (орбітальний) — застосовують для сканування книг або документів, що легко ушкоджуються. При скануванні немає контакту зі сканованим об'єктом на відміну від планшетного сканера;
• барабанний — оригінал розташовується на внутрішній або зовнішній стінці прозорого циліндра (барабана);
• слайд-сканери — слугують для сканування плівкових слайдів. Їх виробляють і як самостійні пристрої, і як додаткові модулі до звичайних сканерів.;
• сканери штрих-коду — невеликі, компактні моделі для сканування штрих-кодів товарів у магазинах.

Планшетні сканери влаштовано таким чином.

Характеристики сканерів:

• формат поверхні сканування (А4, А3 тощо);
• оптична роздільність (у точках на дюйм, dots per inch — dpi);
• швидкість роботи (кількість сторінок на хвилину);
• глибина кольору (вимірюється в бітах, чорно-білі сканери є 1-бітні, 24-бітні, 32-бітні).

Цифровий фотоапарат

У цифровому фотоапараті є матриця (прямокутна таблиця), утворена великою кількістю світлочутливих комірок. Коли на комірку потрапляє світло, вона виробляє електричний сигнал, пропорційний інтенсивності світлового потоку. Для того, щоб отримати кольорове цифрове зображення, комірки вкривають кольоровими фільтрами (у більшості матриць червоним, синім та зеленим). Відповідно до так званого шаблону Байера фільтри на матриці розташовуються групами по чотири для кольорової схеми RGB (Red — червоний, Green — зелений, Blue — синій):

G R
B G

    Після опрацювання мікропроцесором фотоапарату даних, зображення зберігають у вигляді файлу на карті пам'яті або у вбудованій пам'яті фотоапарату.
     Головною характеристикою цифрової камери (не об'єктиву!) є кількість світочутливих комірок (пікселів) матриці. А чим більший розмір світлочутливої матриці, тим краще.
     Монітор — пристрій для відображення графічної та символьної інформації.
За типом екрану розрізняють такі монітори:

• на основі електронно-променевої трубки (ЕПТ, англійською cathode ray tube, CRT);
• рідиннокристалічнийі (РК, англійською liquid crystal display, LCD);
• плазмовий (на основі плазмової панелі, англійською plasma display panel, PDP, gas-plazma display panel);
• лазерний (на основі лазерної панелі;
• проектор;
• OLED (англійською organic light-emitting diode — органічний діод, що випромінює світло);
• віртуальний ретинальний монітор — формує зображення на сітківці ока.

Колір отримують у результаті використання кольорових фільтрів, які поділяють біле світло на складові кольорової схеми RGB (Red — червоний, Green — зелений, Blue — синій). Схема будови рідиннокристалічного монітора така.

Монітори поділяють за розмірністю зображення:

• двовимірний (2D) — одне зображення для двох очей;
• тривимірний (3D) — для кожного ока формують окреме зображення.

Основні параметри монітора:

• cпіввідношення сторін екрану (4:3, 16:9);
• розмір діагоналі;
• роздільна здатність;
• глибина кольору;
• розмір зерна (пікселя);
• частота оновлення екрану (Гц);
• час відгуку пікселів;
• кут огляду.

    Принтер (англійською print — друкувати) — периферійний пристрій комп'ютера для відтворення тексту або графіки на фізичному носію без створення друкованої форми. Останнім принтери відрізняються від поліграфічного обладнання та ризографів, які за рахунок друкованої форми дешевші та продуктивніші при великих тиражах.
     Отримали поширення багатофункціональні пристрої, в яких у одному приладі об'єднані функції принтера, сканера, копіювального апарату й телефаксу.
     За принципом переносу зображення на носій принтери розподіляють на:

• матричні — створюють зображення на папері з окремих точок ударним способом через стрічку з форбою;
• лазерні (світлодіодні) — промінь лазера, керований комп'ютером, електризує поверхню барабана, що є у лазерному принтері, до заряджених ділянок барабану прилипають прилипають частинки сухого фарбувального порошку — тонера;
• струменеві — випорскують рідку фарбу;
• сублімаційні — наносять на щільну тверду поверхню кристалічний барвник (пластикові карти);
• твердочорнильні — використовують для друку брикети твердих чорнил.

    Графобудівник (плоттер) — пристрій для автоматичного креслення з великою точністю малюнків, схем, складних креслень, мап та іншої графічної інформації на папері розміром до А0 або кальці.

Сучасні види персональних комп'ютерів:

cтаціонарні:

• десктопи — настільні комп'ютери, складаються з окrремого системного блоку, монітору та маніпуляторів (клавіатура/миша). Найпоширеніший та найбільший за розмірами;
• неттопи — настільні рішення з малим форм-фактором. Інакше кажучи, це невеликий за фізичним розміром ПК.
• моноблоки — монітор + системний блок в одному корпусі.

портативні:

• ноутбуки — найбільші й найпотужніші з портативних ПК;
• нетбуки — орієнтовані на мобільне використання;
• планшетні комп'тери — з тонким корпусом, майже весь один бік якого зайнято сенсорним екраном;
• планшетні нетбуки — гібридні пристрої, зі з'ємною клавіатурою;
• кишенькові персональні комп'ютери (КПК) — за розмірами та обчислювальними можливостями близькі до мобільних комунікаторів, але не мають функцій телефону. Зараз повністю витіснені комунікаторами і планшетами.

Увімкнення комп’ютера

Вмикати комп’ютер рекомендують не раніше, ніж через 30 секунд після вимкнення.

Усі пристрої, що підключаються до мережі електропостачання за допомогою кабеля, увімкніть в електричні розетки. Вмикати пристрої комп’ютера бажано у такому порядку: спочатку зовнішні пристрої (лише ті, які плануєте використовувати), а потім системний — блок.

6. Закріплення нового матеріалу.

1. Обчислювальна система обов'язково має у своєму складі (вказати 3 відповіді):

• центральний процесор;
• звукову плату;
• оперативну пам'ять;
• пристрій вводу-виводу;
• жорсткий диск.

2. Вкажіть 3 характеристики процесора:

• тактова частота;
• об'єм оперативної пам'яті;
• розрядність;
• об'єм кеш-пам'яті.

3. При роботі з яким типом монітора навантаження на очі мінімальне:

• з CRT;
• з LCD.

4. Відеопіксель кольорового монітора складається з точок:

• білої та чорної;
• червоної, зеленої, синьої;
• блакитної, пурпурної, жовтої, чорної.

5. Вкажіть пристрій для виходу в Інтернет:

• джойстик;
• модем;
• TV-тюнер.

6. Для нанесення зображень лазерні принтери використовують:

• випалювання на папері променем лазеру;
• спеціальний термочутливий порошок;
• cтрічку, як у друкарської машинки;
• маленькі краплі чорнил.

7. При вимкненні комп'ютера вся інформація зітреться:

• на гнучкому диску;
• на CD-диску;
• на жорсткому диску;
• в оперативній пам'яті.

8. Вкажіть хибне висловлювання:

• в LCD-моніторах відсутнє шкідливе електромагнітне випромінювання;
• процесор відносять до зовнішніх пристроїв комп'ютера;
• швидкодію процесора вимірюють кількістю операцій на секунду.

7. Підбиття підсумків уроку

     7.1 Оцінювання учнів за результатами виконання практичної роботи та активності на уроці

8. Домашнє завдання

Опрацювати матеріал отриманий на уроці.