2. Принципы организации информации.

Вначале с учащимися нужно вспомнить, что компьютер работает с различными видами информации (символьным, числовым, графическим, звуковым) и что любая информация в памяти компьютера (в том числе и программы) представляется в двоичном виде.

Учащиеся также уже знают, что информационная структура внутренней памяти (оперативной – RAM – Random Access Memory) представляет собой последовательность двоичных ячеек – битов. Это определяет ее первое свойство: дискретность. Далее можно предложить учащимся представить себе память компьютера в виде фасада многоэтажного дома в вечернее время. В одних окнах горит свет (1) в других нет (0). Окно – бит памяти. Схематично структура внутренней памяти представляется так:

Номер байта	Биты
0000	0	1	1	1	1	0	0	1
0001	1	0	0	1	1	1	0	1
0002	0	1	1	0	0	1	1	0
0003	1	1	0	1	0	1	0	0

Дополнительно учащимся можно рассказать, что запоминание во внутренней памяти (RAM) реализовано в ЭВМ с помощью специальной схемы из логических элементов, называемой триггером.

1

2

S

Q

Вход 1 обозначают – S (Set – установка).

Вход 2 обозначают – R (Reset – сброс).

Выход 2 обозначают Q и называют прямым.

В

R

Q

ыход 1 обозначают Q и называют инверсным.

3

4

В обычном состоянии на входы схемы подано постоянное напряжение 0. При записи информации на S подается напряжение 1.

Пример.

Для удобства перенумеруем все входящие в него логические элементы. Пусть на вход S подан сигнал «1», на вход R – «0».

На выходе элемента 1 (ИЛИ) независимо от сигнала на другом входе появляется «1». Пройдя через элемент 2 (НЕ), сигнал изменяется, принимает значение «0». С выхода элемента 2 сигнал поступает на вход элемента 3 (ИЛИ). На втором входе элемента 3 тоже «0», и на выходе будет «0». Пройдя через элемент 4 (НЕ), сигнал изменяется на «1». На выходе Q – сигнал «1».

Пусть сигнал «1» на входе S прошел, на оба входа схемы подано напряжение 0 . Но триггер своего положения не меняет (рассмотреть по схеме).

Таким образом, при отсутствии на внешних входах сигналов «1» триггер поддерживает постоянное напряжение на своих выходах. Для того чтобы изменить напряжение на выходах триггера, надо подать сигнал «1» на вход R. Тогда на выходе Q установиться постоянное напряжение 1, а на выходе Q – 0.

Второе свойство внутренней памяти – адресуемость. Адресуются байты. Адрес байта – это его порядковый номер в памяти. Здесь также полезна аналогия с многоэтажным домом: номер квартиры – ее адрес. Отличие только в том, что номера байтов начинаются с нуля. Доступ к информации в оперативной памяти происходит по адресам.

Итак, учащиеся должны уяснить, что информационная структура внутренней памяти битово-байтовая. Ее размер (объем) выражается килобайтах, мегабайтах. Отдельным учащимся могут быть предложены сообщения о динамической памяти (DRAM) и статической памяти (SRAM).

Дополнительно можно сообщить учащимся (или предложить подготовиться отдельным ученикам) о ПЗУ, CMOS-памяти, Flash-памяти.

Информационная структура внешней памяти – файловая. Наименьшей именуемой единицей во внешней памяти является файл. Конечно, информация, хранящаяся в файле, тоже состоит из битов и байтов. Но в отличие от внутренней памяти байты на дисках не адресуются. При поиске нужной информации на внешнем носителе указывается имя файла, в котором она содержится. Аналогия с книгой, учебником помогает понять назначение корневого каталога диска. В каталоге содержатся сведения о файле (имя, размер, дата и время создания или последнего изменения).

Информация от внешней памяти к процессору и наоборот циркулирует по такой схеме:

ВЗУ  ОЗУ  Процессор

Процессор является основной микросхемой компьютера и представляет собой небольшую плоскую полупроводниковую пластину размером примерно 55 см., на которой размещается до 10 млн. функциональных элементов. У компьютеров 4-го поколения функции процессора выполняет микропроцессор – сверхбольшая интегральная схема, реализованная в едином полупроводниковом кристалле (кремния или германия) площадью меньше 0,1 см². Назначение микропроцессора:

1. выполнять команды программы, находящиеся в оперативной памяти в соответствии с командами программы, которые тоже хранятся в памяти ЭВМ;

2. координировать работу всех устройств компьютера.

После этого следует рассказать учащимся устройство процессора, пояснив, что наличие собственной памяти у процессора (регистров) позволяет повысить быстродействие ЭВМ.

В состав процессора обязательно входят:

• устройство управления (координирует работу всех устройств компьютера);

• арифметико-логическое устройство (выполняет команды программы, находящейся в ОЗУ);

• регистры памяти (ячейки, в которые по очереди помещаются команды программы, по которой работает процессор и вся необходимая информация для их выполнения);

• шины данных, команд и адресов (по этим магистралям происходит обмен данными между внутренними устройствами процессора и внешними по отношению к нему).

Далее необходимо познакомить учащихся с основными характеристиками процессора:

1. разрядность процессора;

2. тактовая частота.

В рамках базового курса на примере реальной ЭВМ очень сложно изучить вопросы:

1) структура машинной команды и состав системы команд процессора;

2) цикл работы процессора (алгоритм выполнения программы процессором).

Поэтому в ряде учебников информатики рассматривается некоторая упрощенная модель реального компьютера. Например: в учебниках Гейна А.Г. используются модели «Кроха» и «Малютка»; в учебнике Семакина И.Г. – модель «Нейман».

Учащиеся должны уяснить, что процессор может выполнять лишь фиксированный набор команд строго определенной формы. Важно рассказать учащимся, какие это должны быть команды. (Имеется в виду не форма команд – очевидно, что они должны быть закодированы в виде нулей и единиц, – а содержание, т.е. то, что процессор делает, выполняя ту или иную команду). Учащиеся должны представлять, какого типа команды входят в систему команд исполнителя – ЭВМ. Это позволит в дальнейшем, при рассмотрении примеров, ограничиться лишь минимальным набором команд, связанных, как правило, с преобразованием информации в процессоре.

Всякая машинная команда состоит из двух частей: кода операции (КОП) и адресной части

КОП	Адресная часть

В зависимости от структуры адресной части команды процессоры ЭВМ бывают 3-х, 2-х адресные, одно адресные и безадресные (стековые). Например, команда УК «Малютка» имеет одноадресную структуру:

КОП

Адрес

Для закрепления материала можно предложить учащимся выполнить, например, такое упражнение:

В таблице указаны коды операций системы команд некоторого процессора, а также адреса и содержимое некоторых ячеек памяти.

Операция	Код		Адрес ячейки	Содержимое
Считать	01		0001	20
Записать	02		0002	5
Вычесть	03		0003	10
Сложить	04		0004	27
Разделить	05		0005	512
Умножить	06		0006	12

Каким будет содержимое ячеек 0007 и 0008 после выполнения следующих команд:

А) Б)

010001 060002 050003 040004 020007		010001 040003 060004 020007 010007 030003 020008
37	0007	810
0	0008	800

Команды УК «Нейман» имеют трехадресную структуру

КОП

А1

А2

А3

А1, А2, А3 – адреса ячеек ОЗУ.

В пособии «Задачник-практикум 1» Семакина И.Г. приводится система команд УК «Нейман»:

КОП	Мнемокод	Вид команды	Операция	Пояснение
00	MOV	00 А1 – А3	Пересылка	(А1)  A3
01	ADD	01 А1 А2 А3	Сложение	(A1)+(A2)  A3
02	SUB	02 А1 А2 А3	Вычитание	(A1)-(A2)  A3
03	MUL	03 А1 А2 А3	Умножение	(A1)(A2)  A3
…	…	…

Выполнение программы производится автоматически. Последовательность работы процессора при выполнении программы называется циклом работы процессора.

Дополнительно учащимся можно рассказать, что выполнение арифметических операций с двоичными числами реализовано в ЭВМ с помощью специальной схемы из логических элементов, называемой полусумматором (называется «полусумматор» – поскольку не учитывает перенос из младшего разряда в старший). Из нескольких полусумматоров можно собрать полный сумматор, выполняющий сложение двоичных чисел. Многоразрядное сложение напоминает школьный способ сложения «столбиком»: числа в каждом разряде складываются независимо, а если результат не помещается в одном разряде, то к следующему по старшинству разряду прибавляется единица. Этой единице соответствует сигнал P в схеме полусумматора.

Видеосистема ПК. Основным устройством вывода графических изображений является дисплей. Работой дисплея управляет видеоконтроллер (видеоадаптер, видеокарта). Основные представления об устройстве дисплея, которые должны усвоить ученики из этого материала: дискретная (пиксельная) структура экрана; сетка пикселей (растр); сканирование растра электронным лучом; частота сканирования; трехцветная структура пикселя цветного монитора. Многие понятия темы (электронный луч, люминесценция и др.) относятся к физике и еще не знакомы учащимся, для их раскрытия достаточно описательного уровня объяснения.