Разработка урока "АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРА"
план-конспект урока по информатике и икт (10 класс) на тему

АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРА

УРОК 2 (рассчитан на 2 часа)

ТЕМА: Внешняя (долговременная) память

ЦЕЛИ УРОКА:

1. образовательная: изучить функцию внешней памяти компьютера -  долговременно хранить большой объем информации. Изучить устройства и принцип действия накопителей на гибких  и жестких магнитных дисках, а также устройства хранения информации – носители (дискеты, жесткий магнитный диск, лазерные диски,  Flash-память).
2. воспитательная: приобретение учащимися навыков общения при совместной работе; усиление личностной заинтересованности обучающихся; привитие навыков самообразования и самовоспитания;
3. развивающая: развивать умение выделять главное из полученной информации, применять имеющиеся знания на практике, а также, учитывая профильное направление класса, готовить учащихся к сознательному выбору профессии, содействовать развитию у обучающихся необходимых личностных качеств.

I. Организационный момент

Сообщаю информацию о новых профессиях в области информационных технологий (показываю папку, содержащую информационный материал).

II. Проверка домашнего задания

Тестовое задание по теме «Системный блок компьютера» (прилагается)

3. Новый материал

Основной функцией внешней памяти компьютера является способность долговременно хранить большой объем информации (программы, документы, аудио- и видеоклипы и пр.) Рассмотрим подробно устройства которые обеспечивают запись/считывание информации (накопители или дисководы) и устройства хранения информации – носители (дискеты, ГМД, ЖМД, Flash-память).

1. Магнитный принцип записи и считывания информации

 За основу записи информации положено намагничивание ферромагнетиков в магнитном поле: головка  дисковода с сердечником из магнитного материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность). На магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов (логических единиц и нулей), которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничивается (логическая единица) или ненамагничивается (логический нуль).

Хранение информации основывается на сохранении намагниченности (в отсутствии сильных магнитных полей и высоких температур намагниченность сохраняется в течении десятилетий).

Считывание информации базируется на явлении электромагнитной индукции (повторить это явление из курса физики 10 кл.) При движении магнитной головки над поверхностью носителя намагниченные участки носителя вызывают в ней импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательность таких импульсов передается по магистрали в оперативную память компьютера.

2. Гибкие магнитные диски

Самостоятельно: расскажите принцип строения дискеты, нарисуйте схему в тетрадь.

Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной угловой скоростью (50 Кбайт/с). При этом магнитная головка устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которой производится запись или считывание информации (вращение диска – 360 об./мин.).

С целью сохранения информации ГМД необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, дабы не привести к размагничиванию и потере информации.

3. Жесткие магнитные диски

Первые винчестеры  появились в начале 70-х годов, имели емкость не более десятка килобайт. Со временем емкость дисков возросла в тысячи раз, однако принципы его устройства не претерпели серьезных изменений. Любой жесткий диск состоит из трех основных блоков:

- первый блок - хранилище информации одна или несколько металлических (или стеклянных) дисков, покрытых с двух сторон магнитным материалом, на который и записываются данные (записываются в точном соответствии с физической структурой диска: поверхность каждого диска разделена на «сектора»,  «дорожки» и «цилиндры» - сумма всех совпадающих друг с другом дорожек по вертикали по всем рабочим поверхностям, каждый диск имеет по две рабочих поверхности). Зная все это можно раскрыть секрет названия  жесткого диска - «винчестер»: т. к. первый массовый жесткий, диск емкостью 16 кбайт, выпущенный IBM в 1973 году, содержал 30 магнитных цилиндров, по 30 дорожек на каждом. Острые на язык разработчики тут же уловили сходство  этих цифр с маркой «30/30», соответствующей знаменитой винтовке «винчестер»… современные параметры жестких дисков резко отличаются от  параметров обоих «винчестеров».

- второй блок – механика жесткого диска, ответственная за вращение этого массива «блинов» и точное позицирование системы читающих головок. Каждой читающей поверхности принадлежит одна читающая головка, причем располагаются они по вертикали точным столбиком, а это значит, что в любой момент времени все головки находятся  на дорожках с одинаковым номером, то есть работают в пределах одного цилиндра.

- третий блок – электронная начинка – микросхемы, ответственные за обработку данных, коррекцию возможных ошибок и управление механической частью, а также микросхемы кэш-памяти.

Материал для факультативного курса

Характеристики жесткого диска

• Форм-фактор

Помимо стандартных «больших» винчестеров на рынке имеется еще как минимум две модификации жестких дисков: трехдюймовые винчестеры, размером не превышающие сигаретную пачку, а толщиной в несколько миллиметров, предназначенные для ноутбуков, параметры их полностью схожи с «большими братьями», исключая разве что повышенную устойчивость к тряске и, конечно же, цену (вдвое больше обычного ЖД той же емкости); винчестеры, по площади сравнимые со спичечной коробкой  Micro Drive, разработанные корпорацией IBM, предназначенные для всевозможных персональных устройств – цифровых фотоаппаратов, видеокамер, плееров и т. д. емкость IBM Micro Drive не превышает 1 Гбайт, зато стоимость достигает несколько сотен долларов.

• Объем диска

Количество информации вашего ЖД. Раскроем секрет, почему при приобретении ЖД не стоит жадничать, ем более что  разница в цене на порядок меньше чем разница в объеме – переплатив всего лишь 30%, вы можете приобрести винчестер вдвое большей емкости.

Действительно: как правило, купленный винчестер всегда оказывается меньшей емкости, чем заявил производитель. Например, под емкостью 5 Гбайт обычно скрывается цифра в 5000Мбайт. А фокус вот в чем, ведь «гига» - это есть тысяча «мега», так? Так, да не так: гигабайт это не 1000, а 1024 мегабайта! Таким образом, разница в объеме получается 50-150 Мбайт не в пользу покупателя.

• Скорость чтения данных

Средний сегодняшний показатель – 10-15 Мбайт/с.  Производители,  конечно же,  декларируют совсем другие величины. Считая, что жесткий диски соответствующий сертификации UDMA/33, обязан обеспечивать скорость чтения данных не менее 33 Мбайт/с, а UDMA/66 и UDMA/100, - не менее 66 и 100 Мбайт соответственно!

Принимать эти обещания за чистую монету , естественно, не следует – в лучшем случае большинство UDMA/100 винчестеров будет работать со скоростью чтения, не превышающей 50 Мбайт/с.

• Среднее время доступа

Измеряется в миллисекундах и обозначает то время, которое необходимо диску для доступа к любому выбранному вами участку. Средний показатель – 7-9 мс.

• Скорость вращения диска

Показатель напрямую связанный со скоростью доступа и скоростью чтения данных. Покупать винчестеры со скоростью меньше 5400 об/мин просто не имеет смысла, 7200 об/мин – сегодняшний стандарт, ну а 10 000 об/мин – это просто идеально. Существует, правда, и другая точка зрения. Некоторые специалисты утверждают, что чрезмерные скорости вращения диска на самом деле не слишком убыстряют чтение данных. А вот на надежность хранения информации и срок службы винчестера влияют куда более ощутимо…

• Размер кэш-памяти

Быстрая «буферная» память небольшого объема, в которую компьютер помещает наиболее часто используемые данные. У современных моделей винчестеров она колеблется в диапазоне от 512 кбайт до 2 Мбайт и это еще не предел. Нетрудно понять, что чем кэш больше, тем быстрее и стабильнее работает жесткий диск.

• Стандарт интерфейса винчестера

Большинство ЖД, предназначенных для домашних компьютеров, приспособлены для подключения к разъему  E-IDE на материнской плате. Сюда же, заметим, подключаются и дисководы, и CD-ROM. Стандарт позволяет вам поместить до 4-х дисков (на самом деле до 3-х, одно место занимает CD-ROM ).

E-IDE не является самым быстрым и надежным стандартом шины для подключения устройств хранения информации. Куда более интересен другой стандарт  SCSI, у него и скорость больше и более стабильная передача данных. Однако устройства этого стандарта примерно в два раза дороже обычных – к тому же требуют специального контроллера, установленного на материнской плате.

• Фирма – производитель

Лидерами рынка винчестеров можно назвать несколько фирм: IBM, Fujitsu, Western Digital (WD), Quantum, Seagate.  Доля их продукции на российском рынке составляет не менее 90%. Каждая модель имеет свои только ей присущие  особенности. (самостоятельно описать модель каждой фирмы)

Жесткие диски подключаются к материнской плате с помощью специальных шлейфов-кабелей, каждый из которых рассчитан на два устройства. А на самом жестком диске имеются специальные переключатели – «джамперы», с помощью которых устанавливается «состояние» этого диска: «хозяин» или «раб» ( master or slave). Это необходимо для того, чтобы компьютер знал, какой из подключенных к нему жестких дисков является основным, а какой – дополнительным. Нести на себе операционную систему может только один жесткий диск, переключатели на котором установлены в положении primary master. Маленькая хитрость: если в вашей системе всего один жесткий диск, не подключайте его на один шлейф с CD-ROM: это может заметно затормозить работу вашего компьютера.

И еще один полезный совет:

НИКОГДА НЕ ТОЛКАЙТЕ КОМПЬЮТЕР И НЕ СТУЧИТЕ ПО НЕМУ!

Особенно во время работы. Ведь читающая головка диска находится от его поверхности на крохотном расстоянии, тоньше человеческого волоса, и поэтому любой, даже самый слабый толчок может привести к физическому повреждения поверхности жесткого диска, появлении «плохих блоков» (Bad Blocks), а это уже не лечится…

1. Flash-память

Энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Карты Flash-памяти не имеют в своем составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах (портативных компьютерах, цифровых камерах и др.). Flash-память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный плоский корпус. Для считывания или записи информации карта памяти вставляется в специальные накопители, встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через  USB-порт. Информационная емкость карт памяти может достигать 512 Мбайт. К недостаткам Flash-память следует отнести то, что не существует единого стандарта и различные производители изготавливают не совместимые друг с другом по размерам и электрическим параметрам карты памяти.

2. Оптический принцип записи и считывания информации (CD-ROM, DVD-ROM)

В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до измерения отражающей  способности участков поверхности диска с помощью лазера. Информация записывается на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.

В процессе  считывания информации с лазерных дисков луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность имеет участки с различным коэффициентом отражения, то отраженный луч меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы и по магистрали передаются в оперативную память.

Самостоятельно – правила хранения дисков, время хранения информации

6. Лазерные дисководы и диски

Используют оптический принцип чтения информации. На лазерных CD-ROM, DVD-ROM дисках хранится информация, записанная на  них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна (ROM – Read Only Memory – только чтение). Информационная емкость может достигать до 800 Мбайт, а скорость считывания информации зависит от скорости вращения диска. В настоящее время используются 52-скоростные CD-ROM – накопители, которые обеспечивают скорость считывания – 7,8 Мбайт/с.

DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт). Используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно, информация может быть записана  на двух сторонах, причем в два слоя  на одной стороне. DVD – накопители обеспечивают скорость считывания до 21 Мбайт/с (16 скоростные).

Существует CD-R DVD-R (R – recordable, записываемый), имеют золотистый цвет. Информация может быть записана, но только один раз.

Для записи и перезаписи используются специальные CD-RW, DVD-RW, они имеют платиновый оттенок, информация может быть перезаписана.

Для этого используются специальные CD-RW, DVD-RW-накопители, которые обладают мощным лазером, позволяющие менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи диска. Они позволяют записывать и считывать информацию с различной скоростью (например: «40х12х48» - запись CD-R производится на 40-кратной скорости, запись CD-RW – на 12-кратной, а чтение – на 48 – кратной скорости).

4. Закрепление

Составить сравнительную таблицу основных параметров устройств хранения информации (емкость, скорость обмена, надежность хранения информации, цена хранения одного байта информации)

5. Домашнее задание

п. 1.2.2., стр. 30 вопросы

Тестовое задание «Системный блок компьютера»

1. Основной аппаратный компонент компьютера:

1. процессор;
2. материнская плата;
3. магистраль.

2. Для согласования быстродействия различных компонентов компьютера на  системной плате устанавливаются:

1. перемычки;
2. чипсеты;
3. специальные разъемы.

3. Контроллер оперативной памяти это:

1. специальный разъем;
2. чипсет, так называемый северный мост;
3. плата для подключения периферийного устройства.

4. Микросхема, обеспечивающая обмен информацией между процессором и оперативной памятью  по системной шине:

1. системная шина;
2. северный мост;
3. южный мост.

5. Шина, обеспечивающая обмен информацией с контроллерами периферийных устройств:

1. AGP;
2. PSI;
3. COM.

6. Шина, используемая для подключения видеоплаты:

1. AGP;
2. PSI;
3. COM

7. Устройства хранения информации подключаются к южному мосту по шине:

1. AGP;
2. PSI;
3. UDMA.

8. Порт, обеспечивающий высокую скорость передачи информации, передающий одновременно 8 электрических импульсов, несущих информацию в машинном коде:

1. последовательный порт;
2. параллельный порт;
3. универсальный порт.

9. Порт, обеспечивающий высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств:

1. UDMA;
2. USB;
3. PS/2

10.  Шина данных, шина адреса, шина управления образуют:

1. периферию;
2. магистраль;
3. адресное пространство.