Аппаратное обеспечение компьютера. пользовательские характеристики устройств

АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА.

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВ

Цель

Общая дидактическая цель всех задач данного раздела – научить ориентироваться в пользовательских характеристиках ПК. Это умение способствует «вхождению» в современную информационно-технологическую среду и, в конечном счете, облегчает социализацию.

Основные понятия

архитектура компьютера; аппаратное обеспечение компьютера; устройства ввода/вывода информации; устройства отображения информации; устройства хранения информации, виды памяти, носители информации; устройства обработки информации; устройства передачи информации; назначение и принципы работы устройства; пользовательские характеристики устройства.

Типовые задачи

• анализ архитектуры компьютеров;

• анализ схем взаимодействия устройств компьютера;

• анализ принципов работы и пользовательских характеристик устройств ввода/вывода

Методические рекомендации

Если учебная программа напряженная и количество учебного времени, отведенного на изучение данного раздела, мало, то можно вынести решение многих представленных ниже расчетных задач на занятия по изучению электронных таблиц или математических пакетов. Кроме того, их можно решать и в курсе программирования, поскольку большинство из них носит расчетный характер и позволяет реализовать все этапы от построения математической модели до анализа и оценки результата.

Тема 1. «Архитектура компьютера»

ТИП ЗАДАЧ: АНАЛИЗ АРХИТЕКТУРЫ КОМПЬЮТЕРОВ

ЗАДАЧА

Сравните схему аналитической счетной машины Ч. Бэбиджа и схему взаимодействия устройств компьютера согласно архитектуре фон Неймана.

Найдите устройства, выполняющие одинаковые функции.

Цель:

усвоить понятия «Архитектура компьютера», взаимодействие устройств.

Виды деятельности: анализ, сравнение, сопоставление

Рис. 1. Архитектура аналитической счетной машины Ч. Бэббиджа

Рис. 2. Схема взаимодействия устройств компьютера согласно архитектуре фон Неймана

ОТВЕТ

Одинаковые функции выполняют устройства:

Машина Ч. Бэббиджа	Архитектура фон Неймана
«Контора»	Устройство управления процессора
«Мельница»	Арифметико-логическое устройство процессора
«Склад»	Оперативная память + долговременная память

Примечание

Также к этой задаче можно обратиться при изучении элементарных устройств компьютера, чтобы подчеркнуть, что триггеры - это основные элементы памяти, а сумматоры - элементы АЛУ центрального процессора.

Вопрос: элементами какого устройства являются шифраторы?

Ответ: АЛУ процессора клавиатуры.

Дидактическая задача:

Повторение того, что компьютер содержит несколько процессоров, но все они имеют в своем составе УУ и АЛУ.

ТИП ЗАДАЧИ: АНАЛИЗ СХЕМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УСТРОЙСТВ КОМПЬЮТЕРА

ЗАДАЧА

Вы нажали клавишу ^С_С клавиатуры. Практически в то же время изображение буквы «С» появилось на экране дисплея.

Перечислите устройства, которые были задействованы от момента нажатия клавиши до ее появления на дисплее.

Цель:

закрепить понятие «магистрально-модульный принцип архитектуры компьютера»;

разобрать схему архитектуры ПК, основанной на магистрально-модульном принципе (рис. 3).

Виды деятельности: работа со схемой, анализ, синтез

Рис. 3. Схема архитектуры компьютера, основанного на магистрально-модульном принципе

ОТВЕТ

Краткий ответ:

клавиатура  контроллер клавиатуры  системная магистраль  оперативная память  системная магистраль  центральный процессор  системная магистраль  видеоадаптер  дисплей.

Более полный ответ (но не абсолютно полный):

клавиша проводник  процессор клавиатуры  последовательный порт  контроллер клавиатуры  системная магистраль  оперативная память  системная магистраль  процессор  системная магистраль  память видеоадаптера  магистраль  процессор видеоадаптера  параллельный порт  дисплей.

Примечание

Также к этой задаче можно обратиться при изучении устройств передачи и обработки информации, чтобы подчеркнуть, что даже такая простая операция, как отображение символа на экране дисплея, включает множество элементарных действий, и при ее выполнении задействуется много устройств.

Дидактическая задача:

Повторение того, что:

а) если быстродействие ВС 500 МГц, то это совсем не значит, что за секунду на экран дисплея может быть выведено 500000000 символов;

б) операционная система должна одновременно «отслеживать» протекание нескольких процессов и обеспечивать «одновременное» их выполнение.

Тема 2. «Устройства ввода и вывода информации»

ТИП ЗАДАЧ: АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ И ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВ ВВОДА/ВЫВОДА

ЗАДАЧА 1

Проанализируйте расположение клавиш на клавиатуре и ответьте на вопросы.

В соответствии с какой логикой расположены алфавитные клавиши?

Какие клавиши продублированы и с какой целью?

Для чего используется разный цвет клавиш, символов на клавишах?

Цель: направить внимание на то, что технические устройства конструируют на основе принципов антропоцентричности и эргономичности (всё для удобства человека!).

Виды деятельности: анализ, обобщение

ОТВЕТ

1. Клавиатура производится разными фирмами, а потому расположение клавиш и дизайн могут быть самыми различными, но чаще всего алфавитные клавиши располагаются в том же порядке, как это было принято для пишущих машинок. Логика такова: чем чаще встречается буква в тексте, тем ближе к центру она расположена, а буквы, встречающиеся редко, размещены по краям. При таком размещении минимизируется движение рук.

2. Чаще всего продублированы клавиши управления курсором, цифровые клавиши, служебные клавиши (Shift, Ctrl, Del и др.). Клавиши управления курсором и цифровые клавиши используются в процессе работы наиболее часто, а потому их дублируют, чтобы продлить срок службы клавиатуры (даже если какая-то клавиша выйдет из строя, можно работать с ее «дублером»). Служебные клавиши дублируются потому, что они чаще всего нажимаются в сочетании с какими-то другими клавишами, и чтобы не нужно было тянуться и можно было работать даже одной рукой, служебные клавиши располагаются с обеих сторон от основной клавиатуры.

3. Разный цвет символов на клавише облегчает переключение внимания с одного алфавита на другой. Выделение цветом служебных и функциональных клавиш позволяет выделить основную алфавитно-цифровую клавиатуру и облегчает восприятие.

ЗАДАЧА 2

Определите коды нажатых клавиш.

Какой таблице кодировки они соответствуют?

Для разных шрифтов (особенно, таких как Symbol, Wingdings) одной и той же клавише соответствуют разные символы. Меняется ли при этом код нажатой клавиши?

Цель: продемонстрировать, что каждая клавиша и некоторые комбинации клавиш имеют присущие только им коды (в соответствии с таблицей кодировки, поддерживаемой операционной системой).

Виды деятельности: программирование

РЕШЕНИЕ

Для определения кода нажатой клавиши можно написать несложную программу, поскольку почти в каждом языке программирования есть соответствующая встроенная функция. В зависимости от того, под управлением какой ОС работает среда программирования, коды клавиш будут соответствовать той таблице кодировки, которая является основной для данной ОС (для DOS - КОИ-8, для Windows’9x - win1251 и пр.).

При использовании разных шрифтов меняется раскладка клавиатуры. Выбор шрифта означает вызов определенной программы, которая в зависимости от кода нажатой клавиши «приписывает» ей тот или иной символ (изображение на экране).

ПРОГРАММА (язык Pascal)

Program COD;

var C : char; K : byte; {описываем переменные}

begin

readkey(C); {считываем нажатие клавиши}

repeat {повторять}

K:=ord(C); {определяем десятичный код нажатой клавиши}

writeln (C, ‘-’, K, ‘-’, bin(K)); {выводим символ, его десятичный и двоичный коды}

readkey(C); {считываем нажатие следующей клавиши}

until K=ord(C); {пока дважды не нажата какая-либо клавиша}

end.

ЗАДАЧА 3

Каков будет объем файла, содержащего рисунок 1012 см, отсканированный с разрешающей способностью 400 ppi, выполненный в палитре серого цвета?

Считать, что рисунок хранится в формате *.bmp.

Цель:

закрепить понятия «разрешающая способность», «пиксель», повторить смысл характеристики «ppi» и формата *.bmp, повторить параметры кодирования цвета пикселя.

Виды деятельности: перевод в разные единицы измерения, вычисления, оценка результата.

РЕШЕНИЕ

Учитывая, что:

а) 1 дюйм = 2,54 см;

б) единица измерения ppi (pixels per inch) означает пикселей на дюйм;

в) сканеры обычно работают в режиме 256 градаций серого цвета, то есть цвет 1 пикселя кодируется 8 битами (8 = log₂ 256 или 2⁸=256);

г) в формате *.bmp (bit map - побитная карта) не используются методы сжатия,

вычислим объем файла по формуле:

23 808 047 бит=2 976 006 байт =2,84 Мб.

Примечание

Соответствующая программа на языке Pаscal может быть такой:

Program Scaner;

const inch=2.54; gray=8;

var a, b,V, R : real; {a,b -длины сторон рисунка; R -разрешение; V -размер файла}

begin

write (‘a,b=‘); readln (a,b); {ввод длин сторон рисунка}

write (‘R=‘); readln (R); {ввод разрешения при сканировании}

V := a/inch*R * b/inch*R * gray;

write (‘V в битах =‘, V :9:0); {вывод результата в битах, байтах, мегабайтах}

write (‘V в байтах =‘, V / 8 :6:0);

write (‘V в Mб =‘, V / 8 / 1024 / 1024 :6:2);

end.

ЗАДАЧА 4

О
пределить, сколько раз будет меняться положения иголок (штырьков) 9-игольчатого ударно-матричного принтера при выводе изображения, представленного на рисунке. Считать, что все девять иголок участвуют в создании изображения.

Цель:

повторить матричный (растровый) способ формирования изображения.

Виды деятельности: анализ рисунка, вычисления.

ОТВЕТ

Сетка рисунка состоит из 27 столбцов и 25 строк (рядов). За один проход печатается 9 рядов. Следовательно, всего должно быть 3 прохода. В каждом проходе положения иголок меняются 27 раз (то, что два соседних положения могут быть одинаковыми, учитывать не будем). Таким образом, всего положения иголок 9-игольчатого принтера сменятся 27 х 3 = 81 раз.

ПРИМЕЧАНИЕ

Целесообразно обратить внимание, что текст «воспринимается» принтером и печатается как графический образ.

ЗАДАЧА

В следующем перечне выбрать пользовательские характеристики, которые относятся (1) к принтерам, (2) к плоттерам:

(а) допустимые типы и ширина линий; (б) количество нажатий клавиши до ее отказа; (в) разрешающая способность; (г) набор допустимых шрифтов; (д) объем памяти; (е) максимальный размер изображения; (ж) скорость рисования; (з) срок службы печатающей головки, картриджа, барабана; (и) частота кадровой развертки; (к) скорость печати.

Цель:

закрепить пользовательские характеристики устройств вывода.

Виды деятельности: работа со справочниками.

ОТВЕТ

К пользовательским характеристикам принтера относятся: в, д, з, к.

К пользовательским характеристикам плоттера относятся: а, г, д, е, ж.

Тема 3. «Устройства отображения информации»

ТИП ЗАДАЧ: АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ И ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ

ЗАДАЧА 1

Стандартными разрешениями (разрешающими способностями) экрана считаются: 640480, 800600, 1024768, 12801024, 16001200.

Определите, в каком отношении находятся разрешение по горизонтали и разрешение по вертикали для каждого из перечисленных стандартов.

Цель:

продемонстрировать, что отношение между горизонтальным и вертикальным разрешением - величина примерно одинаковая для всех стандартов, что обусловлено особенностями зрительного восприятия человека.

Виды деятельности: вычисления, сравнение, анализ.

ОТВЕТ

Во всех стандартных характеристиках экрана отношение размера по горизонтали к размеру по вертикали равно 4/3, кроме разрешения 12801024, отношение для которого равно 5/4.

Примечание

Удобно решить задачу в электронных таблицах. Решение, например, может быть представлено в следующем виде:

	А	В	С
1	Разрешение по горизонтали	Разрешение по вертикали	Отношение
2	640	480	1,333333
3	800	600	1,333333
4	1024	768	1,333333
5	1280	1024	1,25
6	1600	1200	1,333333

ЗАДАЧА 2

Вы хотите приобрести 15’’ дисплей. Каков должен быть размер зерна экрана, чтобы обеспечить разрешение 1024768 и разрешение 12801024 пикселей?

Цель: уточнение понятий “размер экрана”, “размер зерна экрана”, “разрешение экрана” и установление взаимосвязи соответствующих характеристик и различных единиц измерения.

Виды деятельности: построение формулы и расчеты по ней. Анализ и оценка полученных результатов.

РЕШЕНИЕ

Обозначим:

D - размер диагонали экрана (в дюймах);

D_ST - длину стороны экрана (в милиметрах), считая экран приблизительно квадратным;

r - размер зерна экрана (в милиметрах);

R_G - разрешение экрана по горизонтали (в пикселях).

Учитывая, что 1 дюйм  2,54 см = 25,4 мм, а также соотношение стороны квадрата и его диагонали (по теореме Пифагора), можно записать формулу для вычисления длины стороны экрана:

Размер зерна экрана будем определять как отношение длины стороны экрана к разрешению по горизонтали. Таким образом:

(*)

ОТВЕТ

Для 15’’ дисплея при разрешении 1024768 размер зерна экрана должен быть

r₁=17,9615/1024=0,26 (мм)

r₂=17,9615/1280=0,21 (мм).

Примечание

Соответствующая программа на языке Pascal может быть такой:

Program ZERNO;

const inch=25.4;

var D, Rg1, Rg2 : integer;

r1, r2 : real;

begin

write(‘Введите D, Rg1, Rg2 : ‘); readln(D, Rg1, Rg2); {ввод исходных данных}

r1:= inch * D / sqrt(2) / Rg1;

r2:= inch * D / sqrt(2) / Rg2;

write (‘Для обеспечения разрешения ‘,Rg1,‘ зерно экрана должно быть не менее ‘, r1:4:2,’ мм’);

write (‘Для обеспечения разрешения ‘,Rg2,‘ зерно экрана должно быть не менее ‘, r2:4:2,’ мм’);

end.

ЗАДАЧА 3

Размер зерна экрана 17’’-го дисплея равен 0,24 мм. Объем памяти видеокарты 3 Мб.

Какое разрешение и какую глубину цвета можно установить на данном дисплее.

Цель: закрепить понятия “разрешение”, “глубина цвета”; обратить внимание, что характеристики изображения на дисплее зависят как от параметров самого дисплея, так и от параметров видеокарты (видеоадаптера). То есть качество изображения обеспечивается всей видеосистемой.

Виды деятельности: расчет по формуле

РЕШЕНИЕ

Преобразовав формулу (*), получим R_Gmax = 17,96 * D / r. В соответствии с этой формулой мы получим максимально допустимое разрешение. Фактическое разрешение может быть установлено и ниже.

R_Gmax=17,96*17 / 0,24 = 1272.

Учитывая, что экран дисплея все же не квадрат, а прямоугольник, на данном устройстве можно установить разрешение (R):

R1 = 12801024 = 1 310 720 (пикселей);

R2 = 1024768 = 786 432 (пикселей);

R3 = 800600 = 480 000 (пикселей).

Глубина цвета (G) может быть вычислена по формуле:

G = M / R,

где М - объем видеопамяти в битах.

Определим, какая глубина цвета (G) может быть установлена для каждого из разрешений.

G1 = 3 * 1 048 576 * 8 / 1 310 720  19 (бит)

G2 = 3 * 1 048 576 * 8 / 786 432  32 (бит)

G3 = 3 * 1 048 576 * 8 / 480 000  52 (бит)

ОТВЕТ

При разрешении 12801024 глубину цвета можно установить в 16 бит (режим High Color - 65 536 оттенков), при разрешении 1024768 и 800600 можно установить глубину цвета 24 бит (режим True Color - 16 777 216 оттенков).

Примечание

Объем видеопамяти обычно кратен степени двойки и видеопамять в 3 Мб вряд ли можно встретить. Это значение было взято из методических соображений. Но эта задача дает возможность обсудить, зачем производителями ПК наращивается объем видеопамяти. Сейчас все чаще он равен 64 Мб. Связано это не только с разрешением и глубиной цвета статичных изображений (для этого достаточно и 6 Мб при разрешении 16001200 и глубине цвета 24 бит), но в большей мере с обеспечением цифрового видео, когда приходится хранить не один образ экрана, а несколько.

Тема 4. «Устройства хранения информации»

ТИП ЗАДАЧ: АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ И ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВ ХРАНЕНИЯ И НОСИТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИИ

ЗАДАЧА 1

В технических характеристиках компьютера iMac (производитель Apple) для характеристики памяти приводятся такие числовые показатели: 256 Кб, 126 Мб, 60 Гб.

О каких видах памяти идет речь?

Цель:

повторить назначение основных видов памяти, определяющих эффективность работы компьютера, а также их свойства.

Виды деятельности: работа с определениями

ОТВЕТ

Выделяют следующие виды памяти ПК: ПЗУ, ОЗУ, ВЗУ, кэш. Причем к ВЗУ относятся жесткий диск (винчестер), гибкие диски, компакт-диски, стримеры и др.

Но на эффективность работы ПК в наибольшей степени влияют кэш-память, оперативная память и жесткий диск. Именно их характеристики и приводятся обычно в рекламных проспектах. Кэш-память обычно называют сверхбыстрой (по скорости доступа/считывания информации), оперативную - быстрой, внешнюю память - медленной. Чем больше память, тем она медленнее.

Таким образом, 265 Кб - объем кэш-памяти, 128 Мб - оперативной памяти, 60 Гб - емкость жесткого диска.

ЗАДАЧА 2

Емкость жесткого диска 40 Гб. Информацию со скольких floppy-дискет, zip-дискет, CD и DVD дисков можно на него записать?

Цель: выявить соотношение, существующими между объемами памяти различных носителей информации.

Виды деятельности: поиск данных, вычисления, сопоставления

ОТВЕТ

Название носителя	Емкость носителя	Информация со скольких носителей «уместится» на жестком диске
floppy-дискета	1,44 Мб	28 444
zip-дискета	100 Мб	409
CD	500-700 Мб	58 - 82
DVD	4,7 - 17 Гб	2 - 8

Примечание

Данные ёмкости носителей должны найти сами учащиеся, причем, желательно из материалов компьютерной периодики или специальных справочников.

Дидактическая задача: познакомиться с материалами и стилем изложения различных компьютерных журналов и газет.

ЗАДАЧА 3

У какого компьютерного носителя информации стоимость хранения 1 байта наименьшая?

Данные о ёмкости носителей и их стоимости найти самостоятельно.

Цель: оценить эффективность использования различных носителей.

Виды деятельности: поиск и отбор информации, обращение к рекламным проспектам и техническим характеристикам.

ОТВЕТ

Название носителя	Ёмкость	Средняя цена	Стоимость хранения 1 Мб
Жесткий диск	40 Гб	3500 руб.	11,7 руб.
ORB Drive (мобильный винчестер)	2 Гб	6000 руб.	2,93 руб.
Floppy-диск	1,44 Мб	10 руб.	6,95 руб.
Zip-дискета	100 Мб	300 руб.	3 руб.
Jaz-дискета	1,07 Гб	1500 руб.	1,37 руб.
CD-R	650 Мб	30 руб.	0,05 руб.
СD-RW	650 Мб	90 руб.	0,14 руб.
DVD- RW	4,7 Гб	600 руб.	0,12 руб.
МО-диск	230 Мб	180 руб.	0,78 руб.

Примечание 1

О том, какие носители информации будут анализироваться учеником, можно судить, знает ли он все носители или только наиболее распространенные из них. Можно поощрить, если ученик приводит пример какого-нибудь «экзотического» носителя (конечно, если есть ссылка на источник информации).

Дидактическая задача: выработать привычку обращаться к специальным справочникам, периодике.

Примечание 2

Стоит обсудить с учащимися, что эффективность использования носителей зависит не только от «чистой» стоимости 1 байта, но и от времени их службы, надежности, возможности многократной перезаписи и ряда других факторов. Например, производители винчестеров оценивают срок их службы в 50-60 лет, а дискета при активной эксплуатации выходит из строя через два-три месяца. Так что в ответе к задаче дается только очень «грубая» оценка. Для более точной оценки необходимо иметь значительно больше данных и владеть методами их анализа.

ЗАДАЧА 4

DVD -диски (Digital Versatile Disk - цифровой универсальный диск), применяемые для хранения и воспроизведения видеоизображений, имеют следующие характеристики: ёмкость - от 4,7 до 17 Гб, скорость передачи данных - 1350 Кб/с, длительность воспроизведения видеоинформации - от 2 до 6 часов.

Сколько байт требуется для хранения 1 минуты видеофильма?

Цель:

приобретения опыта сопоставления разных параметров работы устройств.

Виды деятельности: анализ, установление взаимосвязи, вычисления, анализ и оценка результатов.

ОТВЕТ

С одной стороны, получить ответ можно, если разделить ёмкость диска на время его просмотра, предварительно пересчитав гигабайты в мегабайты, а часы в минуты. То есть:

(17 * 1024) / (6 * 60) = 48,36 (Мб)

С другой стороны, для получения ответа можно умножить скорость передачи данных на время просмотра:

1350 * 60 / 1024 = 79,1 (Мб)

ОТВЕТ

Различие результатов говорит о том, что реальная скорость передачи видеоданных и их отображения на дисплее ниже объявленной.

Тема 5. «Устройства передачи информации»

ТИП ЗАДАЧ: АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ И ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

ЗАДАЧА 1

В техническом описании указаны следующие характеристики системной магистрали: 64 / 32 / 20. Что означают эти цифры?

Цель: научить ориентироваться в пользовательских характеристиках ПК; закрепить понятие «разрядность».

Виды деятельности: работа с определением понятия

ОТВЕТ

Поскольку системная магистраль обязательно включает шину данных, адресную шину и шину управления, то:

64 - разрядность шины данных (то есть одновременно предается 8 байт);

32 - разрядность адресной шины (то есть доступное адресное пространство 2³² = 4 294 967 236 или около 4 Гб ячеек)

20 - разрядность шины управления.

ЗАДАЧА 2

Пусть компьютер имеет 16-разрядную адресную шину. Какое адресное пространство доступно центральному процессору? Во сколько раз увеличится адресное пространство, если использовать 32-разрядную адресную шину?

Цель: закрепить понятия «разрядность шины», «адресное пространство»

Вид деятельности: вычисление по формуле. Целесообразно использовать программу «Калькулятор».

РЕШЕНИЕ

Воспользуемся формулой:

П_a= 2ⁿ,

где П_a - адресное пространство;

n - разрядность адресной шины.

В нашем случае П_a= 2¹⁶ = 65535.

То есть объем доступной процессору оперативной памяти около 64 Кб.

При n=32: П_a=2³²= 4294967236.

То есть объем доступной процессору оперативной памяти около 4 Гб.

Объем доступного адресного пространства при переходе от 16-разрядной к 32-разрядной адресной шине возрастает более чем в 65 тысяч раз.

Примечание

Необходимо отметить, что адресное пространство включает кроме адресов ячеек оперативной памяти еще и адреса всех устройств компьютера.

Дидактическая задача: повторить, что каждое периферийное устройство компьютера имеет свой адрес (например, дисководы С:, А:), каждый порт имеет свой адрес (например, СОМ1:, LPT1:) и пр.

ЗАДАЧА 3

Определите пропускную способность (в байтах в секунду):

а) 16-разрядной шины при тактовой частоте 133 МГц;

б) 32-разрядной шины при тактовой частоте 500 МГц.

Емкость обычной дискеты 1,44 Мб. Сколько «дискет» передается по данным шинам за 1 секунду.

Цель: закрепить понятие «пропускная способность», повторить понятия «разрядность», «тактовая частота»; использовать формулу определения пропускной способности для оценки возможностей компьютера.

Виды деятельности: вычисления по формуле. Целесообразно использовать программу «Калькулятор».

РЕШЕНИЕ

Воспользуемся формулой:

ПС = n  TЧ,

где ПС - пропускная способность (бит в секунду);

n - разрядность (в битах);

ТЧ - тактовая частота (единиц в секунду).

Для перевода пропускной способности в байты в секунду надо результат поделить на 8.

В случае а):

ПС₁ = 16  133 000 000 = 2 128 000 000 (бит/с) = 266 000 000 (байт/с)  254 (Мб/с).

За одну секунду по такой шине передается k₁ = 254 / 1,44  176 («дискет»).

В случае б):

ПС₂ = 32  500 000 000 = 16 000 000 000 (бит/с) = 2 000 000 000 (байт/с)  1,86 (Гб/с)

За одну секунду по такой шине передается k₂ = 1,861024/1,44  1325 («дискет»).

Примечание

При решении данной задачи рекомендуется вспомнить с учащимися тему «Передача информации» раздела «Информационные процессы».

Дидактическая задача: показать, что общая характеристика «пропускная способность канала связи» в данном случае имеет тот же смысл. Особенность лишь в способе ее вычисления.

Данную задачу можно использовать при знакомстве с электронными таблицами или языком программирования при изучении способов записи расчетных формул.

ЗАДАЧА 4

За какое время будут переданы данные с компакт-диска с помощью модема, пропускная способность которого:

а) 9600 бод;

б) 65000 бод.

Считать, что данные скопированы на жесткий диск, скорость считывания с которого выше скорости модема, и канал связи обеспечивает указанную скорость передачи.

Цель:

усвоить единицу измерения «бод», научиться оценивать время работы при передаче информации с помощью модемов, повторить перевод результата в другие единицы измерения.

Виды деятельности: вычисление по формулам, анализ и оценка результатов.

РЕШЕНИЕ

Воспользуемся формулой:

,

где t - время передачи (с);

N - объем передачи (бит);

V_m - скорость передачи (бод).

При этом будем учитывать, что емкость компакт-диска в среднем составляет 600 Мб, а 1 бод - это 1 бит в секунду.

В случае а):

V_m = 9600 бод = 1200 байт/с  1,172 Кб/с;

N = 600 Мб = 614400 Кб;

t = 614400 : 1,172 = 524232 (с)  8737 (мин)  145,6 (час).

В случае б):

V_m = 65000 бод = 8125 байт/с  7,93 Кб/с;

N = 600 Мб = 614400 Кб;

t = 614400 : 7,93  77478 (с)  1291 (мин)  21,5 (час).

Примечание

Целесообразно учитывать, что 1 Мб=1024 Кб, а не 1000 Кб.

Вычисления по формулам можно производить с помощью программы «Калькулятор» или в электронных таблицах.

ЗАДАЧА 5

При использовании протокола Xmodem данные передаются блоками определенной длины по 128 байтов. Каждый блок дополняется кодом начала блока (1 байт), кодом номера блока (2 байта) и одним байтом с контрольной суммой входящих в блок данных.

Вы посылаете по электронной почте файл размером 64 Кб. Каков объем передаваемого сообщения?

Цель: закрепление понятия «протокол передачи данных».

Виды деятельности: построение (конструирование) формулы и вычисления по ней.

РЕШЕНИЕ

Определим, какова должна быть формула.

Пусть N - объем передаваемого сообщения в килобайтах. Тогда его объем в байтах 1024  N. Всего блоков будет 1024  N : 128 = 8  N. К каждому блоку добавляется 4 байта. Следовательно, всего будет добавлено 32 N байт или килобайт.

Таким образом, объем передаваемого сообщения можно вычислить по формуле:

ОТВЕТ

Файл размером 64 Кб в соответствии с протоколом Xmodem будет передаваться как сообщение объемом 66 Кб.

Примечание 1

Ту же формулу можно получить, не переводя килобайты в байты, а учитывая, что на каждые 128 байт добавляется еще 4 байта, то есть сообщение увеличивается на 4/128 или 1/32.

Примечание 2

Если при изучении раздела «Информационные процессы. Передача информации» Вы говорили о теоремах Шеннона и о простейших способах кодирования сообщений при передаче их по каналам связи с помехами (например, с проверкой по четности или нечетности), то здесь уместно вновь вспомнить об этом.

Напомним, что теорема К. Шеннона о кодировании при наличии шумов гласит, что всегда существует способ кодирования, при котором сообщения будут передаваться с какой угодно высокой достоверностью (со сколь угодно малой вероятностью ошибок), если только скорость передачи не превышает пропускной способности канала связи.

Дидактическая задача. Вряд ли школьникам необходимо знать конкретные методы передачи данных, но важно, чтобы они понимали, что использование протоколов передачи файлов и протоколов аппаратной коррекции ошибок позволяет обеспечить автоматическую безошибочную передачу сообщений. То есть процесс передачи информации допускает автоматизацию, и мы вполне можем быть уверены в правильности полученного сообщения.

Тема 6. «Устройства обработки информации»

ТИП ЗАДАЧ: АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ И ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССОРОВ

ЗАДАЧА

«Расшифруйте» следующие записи, относящиеся к процессорам:

а) i486DX - 50 МГц

б) PowerPC G4 - 800 МГц с 512 Кб кэш-памяти на чипе, работающей на частоте процессора; 100 МГц системная шина;

в) P4 – 1200

Цель: знание основных характеристик процессора

Виды деятельности: анализ и сравнение

ОТВЕТ

а) i486DX - 50 МГц.

Указывает процессор типа 80486, изготовленный фирмой Intel, работающий с тактовой частотой 50 МГц, то есть 50 000 000 элементарный операций в секунду.

б) PowerPC G4 - 800 МГц с 512 Кб кэш-памяти на чипе, работающей на частоте процессора; 100 МГц системная шина.

Указывает процессор типа PowerPC разновидности G4, изготовленный фирмой Apple, работающий с частотой 800 МГц. Поскольку эффективность системы определяется параметрами всех центральных устройств, то дополнительно приводятся характеристики сверхбыстрой кэш-памяти (объем 256 Кб, тактовая частота 800 МГц) и системной шины (тактовая частота 100 МГц, но разрядность не указана).

в) P4 – 1200 указывает процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой 1200 МГц.

ЗАДАЧА 2

Объясните работу процессора при выполнении им следующего фрагмента программы, представленного на машинном языке. Покажите, как изменялось содержимое регистра счетчика команд и регистра команд процессора.

Цель:

понять принцип смены состояний счетчика команд и регистра команд в процессе выполнения программы; закрепление понятий «счетчик команд», «регистр команд», «машинный цикл», «программный принцип работы компьютера».

Виды деятельности: работа с определениями, анализ программы, моделирование процесса.

ОТВЕТ

ЗАДАЧА 3

Может ли компьютер, оснащенный процессором с быстродействием 500 МГц, работать быстрее, чем компьютер, оснащенный процессором 800 МГц? Ответ обоснуйте.

Цель:

закрепить понятие «машинный цикл»; добиться понимания, что эффективность работы компьютера зависит не только от параметров устройств компьютера, но и от архитектуры компьютера, а также принципов, лежащих в основе функционирования устройств.

Виды деятельности: работа с определениями понятий, анализ, оценка.

ОТВЕТ

Да, может.

Известно, что процессор непрерывно реализует один и тот же машинный цикл: извлечь команду, декодировать ее и выполнить (рис. 4). Некоторые процессоры переходят к этапу извлечения следующей команды, адрес которой хранится в регистре счетчика команд, только по завершении этапа выполнения предыдущей команды. Другие же, выполняя одну команду, декодируют следующую за ней и одновременно извлекают третью. То есть все этапы машинного цикла реализуются не последовательно, а параллельно. Естественно, что при одной и той же тактовой частоте реальное быстродействие компьютера во втором случае будет выше.

Кроме того, бывают процессоры со сложным набором команд (CISC - Complex Instruction-set Computing) и процессоры с сокращенным набором команд (RISC - Reduced Instruction-set Computing). Последние выполняют не более 128 команд. Сокращенное количество команд позволяет увеличить скорость обработки данных.

Рис. 4. Схема машинного цикла

ЗАДАЧА 4

Расшифруйте запись в рекламном проспекте фирмы, продающей компьютеры:

а) P4 – 1000 / 128 SDRAM (PC 133) / 13 Gb / 32 Mb AGP / 50 x / SBLive 128

б) Athion XP 1600+ / 256Mb DDR333 / IDE 40Gb 7200 rpm / 3,5’’ / 64Mb GeForce 2 MX400 128 bit TV-out / sound 6 ch / CD 52-x / Motherboard Gigabyte GA-74VAX

Цель: приобрести опыт интерпретации сообщений на формальном техническом языке; формирование умения ориентироваться в технических характеристиках современных компьютерах и способах их описания.

Виды деятельности: сопоставление основных пользовательских характеристик устройств компьютера и их технического описания.

ОТВЕТ

а) Процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой 1000 МГц. Оперативная память типа SDRAM объемом 128 Мбайт, способная работать на частоте системной шины до 133 МГц. Жесткий диск объемом 13 Гбайт. Видеокарта с объемом памяти 32 Мбайт, предназначенная для шины и разъема AGP. 50 – скоростной дисковод CD-ROM. Звуковая карта модели Sound Blaster Live! 128.

б) Тип процессора Athion XP, работает он с тактовой частотой 1600 МГц; оперативная память 256 Мб, состоящая из модулей памяти DDR с пропускной способностью 333 Мбайт / с; жесткий диск емкостью 40 Гбайт; имеется дисковод для 3,5-дюймовых дискет; характеристики видеокарты: объем видеопамяти 64 Мб, поддерживает ускоренный режим работы, процессор видеокарты относится к классу MX (Matrox) и работает с тактовой частотой 400 МГц, имеет 128-битный выход TV; звуковая карта поддерживает работу 6 канальной аудиосистемы; дисковод CD работает со скоростью 7800 Кб/с (52*150=7800); материнская плата относится к классу Gigabyte GA-74VAX.

Примечание

Типовые задачи, как правило, должны носить общеучебный характер и соответствовать общим целям обучения. Что касается данной задачи, то ее вроде бы сложно отнести к классу общеучебных: вряд ли курс информатики должен давать фактические знания о типах всех устройств, их производителях, а уж тем более требовать знания всех специфических абревиатур. В то же время, «расшифровка» такого рода записей позволяет (а) поработать с формальным техническим языком, (б) дать опыт ориентирования в технических характеристиках и «грубой» оценке возможностей компьютера, (в) позволяет хотя бы отчасти «уравнять в знаниях» тех молодых людей, которые далеки от увлечения компьютерами, и научить их понимать язык тех, кто проявляет ко всему околокомпьютерному повышенный интерес. К тому же, учитывая интерес большинства юношей к компьютерам, решение задач такого рода вряд ли займет много времени. Можно попросить учеников заглянуть в ближайший магазин по продаже компьютеров (или в компьютерный журнал) и, расспросив служащих, рассказать о новейших маркировках устройств в виде мини-доклада на уроке.

Дидактическая задача: отчасти показать, как формируется и развивается язык техники.