Автоматизированный тестовый контроль знаний. Обучающие программы. Компьютерный учебник
| Вид материала | Учебник |
- Компьютерный контроль знаний по лучевой диагностике, 831.66kb.
- Тема урока: ″ Углерод″. Учитель химии: Егорова О. А. Тип урока, 153.66kb.
- Учебно-методический комплекс учебной дисциплины дпп. В. 02. Тестовый контроль знаний, 122.75kb.
- Учебная программа курса повышения квалификации дыхательная недостаточность и ее интенсивная, 169.64kb.
- Район Магжана Жумабаева. Научно-практическая конференция: «Информатизация важнейший, 128.71kb.
- Об особенностях проверки знаний студентов по общеинженерным дисциплинам с помощью тестов, 183.87kb.
- Системы контроля и оценки знаний обучающихся Контроль знаний, 327.5kb.
- Крылов Психология «Психология: учебник (2 е издание)», 11832.62kb.
- Обучающие программы, электронный учебник «Трубное производство». Лаборатория металлургии, 24.63kb.
- Положение о рейтинговой системе оценке и знаний студента по дисциплине Автоматизированный, 39.26kb.
2. Методические особенности изучения раздела «Алгоритм и исполнители»
2.1 Содержание раздела в стандарте
Прежде всего необходимо сказать, что общеобразовательный стандарт по информатике является нормативным документом, определяющим требования:
· к месту базового курса информатики в учебном плане школы;
· к содержанию базового курса информатики в виде обязательного минимума содержания образовательной области;
· к уровню подготовки учащихся в виде набора требований к знаниям, умениям, навыкам и научным представлениям школьников;
· к технологии и средствам проверки и оценки достижения учащимися требования образовательного стандарта.
Общеобразовательная область, представляемая в учебном плане школы курсом информатики, может быть рассмотрена в двух аспектах.
Первый аспект - системно-информационная картина мира, общие информационные закономерностям строения и функционирования самоуправляемых систем (биологические системы, общество, автоматизированные технические системы). Специфической особенностью этих систем является свойство их целесообразного функционирования, определяемое наличием в них органов, управляющих их поведением на основе получения, преобразования и целенаправленного использования информации.
Второй аспект данной общеобразовательной области-методы и средства получения, обработки, передачи, хранения и использования информации, решения задач с помощью компьютера и других средств новых информационных технологий. Этот аспект связан прежде всего с подготовкой учащихся к практической деятельности, продолжению образования.
Таким образом, совокупный предмет рассматриваемой общеобразовательной области имеет комплексный характер. Каждая его часть имеет различный удельный вес в реализации отдельных педагогических функций этой общеобразовательной области.
Анализ опыта преподавания курса основ информатики и вычислительной техники, новое понимание целей обучения информатике в школе, связанное с углублением представлений об общеобразовательном, мировоззренческом потенциале этого учебного предмета, показывает необходимость выделения нескольких этапов овладения основами информатики и формирования информационной культуры в процессе обучения в школе.
В данной курсовой работе рассматривается второй этап овладения основами информатики - базовый курс (VII-IX классы), обеспечивающий обязательный общеобразовательный минимум подготовки школьников по информатике. Он направлен на овладение учащимися методами и средствами информационной технологии решения задач, формирование навыков сознательного и рационального использования компьютера в своей учебной, а затем профессиональной деятельности. Изучение базового курса формирует представления об общности процессов получения, преобразования, передачи и хранения информации в живой природе, обществе, технике.
Представляется, что содержание базового курса может сочетать в себе все три существующих сейчас основных направления в обучении информатике в школе и отражающих важнейшие аспекты ее общеобразовательной значимости:
· мировоззренческий аспект, связанный с формированием представлений о системно-информационном подходе к анализу окружающего мира, о роли информации в управлении, специфике самоуправляемых систем, общих закономерностях информационных процессов в системах различной природы:
· “пользовательский” аспект, связанный с формированием компьютерной грамотности, подготовкой школьников к практической деятельности в условиях широкого использования информационных технологий;
· алгоритмический (программистский) аспект, связанный в настоящее время уже в большей мере с развитием мышления школьников.
Основные содержательные линии курса охватывают следующие группы вопросов:
· вопросы, связанные с пониманием сущности информационных процессов, информационными основами процессов управления в системах различной природы; вопросы, охватывающие представления о передаче информации, канале передачи информации, количестве информации (условно-“линия информационных процессов”);
· способы представления информации (условно-“линия представления информации”);
· методы и средства формализованного описания действий исполнителя (условно-“алгоритмическая линия”);
· вопросы, связанные с выбором исполнителя для решения задачи, анализом его свойств; возможностей и эффективности его применения для решения данной задачи (условно назовем эту линию “линией исполнителя”);
· вопросы, связанные с методом формализации, моделированием реальных объектов и явлений для их исследования с помощью ЭВМ, проведение компьютерного эксперимента (условно-“линия формализации и моделирования);
· этапы решения задач на ЭВМ, использование программного обеспечения разного типа для решения задач, представление о современных информационных технологиях, основанных на использовании компьютера (условна-“линия информационных технологий”).
Алгоритмическая линия включает в себя обязательный минимум содержания учебного материала, который должен быть усвоен учащимися полностью.
Изучение учебного материала данной содержательной линии курса обеспечивает учащимся возможность:
· понять (на основе анализа примеров) смысл понятия алгоритма, знать свойства алгоритмов, понять возможность автоматизации деятельности человека при исполнении алгоритмов;
· освоить основные алгоритмические конструкции (цикл, ветвление, процедура), применять алгоритмические конструкции для построения алгоритмов решения учебных задач;
· получить представление о “библиотеке алгоритмов”, уметь использовать библиотеку для построения более сложных алгоритмов;
· получить представление об одном из языков программирования (или учебном алгоритмическом языке), использовать этот язык для записи алгоритмов решения простых задач.
В образовательном стандарте также сформулированы основные требования к уровню подготовки учащихся.
Учащиеся должны:
· понимать сущность понимания алгоритма, знать его основные свойства, иллюстрировать их на конкретных примерах алгоритмов;
· понимать возможность автоматизации деятельности человека при исполнении алгоритмов;
· знать основные алгоритмические конструкции и уметь использовать их для построения алгоритмов;
· определять возможность применения исполнителя для решения конкретной задачи по системе его команд, построить и исполнить на компьютере алгоритм для учебного исполнителя (типа “черепахи”, “робота” и т.д.);
· записать на учебном алгоритмическом языке (или языке программирования) алгоритм решению простой задачи.
2.2 Обзор авторских программ
Понятие «алгоритм» является центральным в первом школьном учебнике под редакцией А.П. Ершова и В.М. Монахова - «Основы информатики и вычислительной техники». Указание на выполнение каждого отдельного действия названо командой, а «совокупность команд, которые могут быть выполнены исполнителем, называются системой команд исполнителя». В качестве основного свойства алгоритма подчеркивается формальный характер работы исполнителя при его выполнении. Отсюда делается вывод о том, что исполнителем может быть автомат (машина, робот). На этой идее основан принцип программного управления работой компьютера, поскольку программа - это и есть алгоритм, представленный на языке, «понятном» компьютеру - на языке программирования.
Сформированные в учебнике [1] понятия явились дидактической основой для раскрытия темы алгоритмизации во всех последующих учебниках информатики.
Практически весь алгоритмический раздел учебника ориентирован на исполнителя - человека. В задачах вычислительного характера (а их большинство в учебнике) в качестве метода работы исполнителя предлагается заполнение таблицы значений. В программировании такие таблицы принято называть трассировочными таблицами. В учебнике сказано: «При исполнении алгоритма компьютером значения величин хранятся в его памяти. При исполнении алгоритма человеком таблица значений выполняет роль дополнительной памяти для исполнителя».
Одним из основных методических достижений данного учебника стало введение в школьную информатику учебного алгоритмического языка. Алгоритмический язык А.П. Ершова можно назвать русскоязычным псевдокодом, предназначенным для обучения методике структурного программирования.
Наряду с использованием с использованием алгоритмического языка для описания алгоритмов в учебнике активно используются блок-схемы. Подчеркивается необходимость стандартного изображения блок-схем, чего также требует методика структурного подхода к программированию.
Теперь рассмотрим авторскую программу Макаровой Н.В. Раздел «алгоритм и исполнители» разбит на две темы, изучение которых происходит в рамках раздела «программное обеспечение информационных технологий». Программа рассчитана на преподавание информатики в расчете 2 часа в неделю.
Первая тема носит название «основы алгоритмизации» и включает в себя следующие основные вопросы: понятие и определение алгоритма; свойства алгоритмов; формы представления алгоритма: словесная, графическая, программа; типовые алгоритмические конструкции: последовательность, ветвление, цикл; стадии создания алгоритма; линейный алгоритм; разветвляющийся алгоритм; циклический алгоритм; цикл с известным числом повторений; цикл с предусловием; цикл с постусловием; вспомогательный алгоритм.
Вторая тема называется «представление о программе (классификация программ)», здесь рассмотрению подлежат следующие вопросы: исполнитель алгоритма; понятие программы и программирования; назначение процедуры; подходы к созданию программы: процедурный, объектный; классификация и характеристика программного обеспечения: системное, прикладное, инструменты программирования; роль программного обеспечения в организации работы компьютера.
Изучение раздела «алгоритм и исполнители» происходит на протяжении всего базового курса, то есть с 8 по 9 классы.
В 8 классе учащиеся знакомятся на примерах с понятием алгоритма и его основными свойствами. Учащиеся знакомятся с различными формами представления алгоритмов, останавливаются подробно на блок-схемах. Обучение происходит с параллельным освоением школьного алгоритмического языка. Таким образом, все типовые алгоритмические конструкции представлены одновременно с помощью блок-схем и Кумира (школьного алгоритмического языка), что позволяет обеспечить понимание формального представления алгоритма различными способами. На изучение данной темы отводится 6 часов занятий в некомпьютерном классе.
Что касается вопросов, связанных с исполнителем и системой его команд, то они рассматриваются уже в связи с формированием понятия программа и программирование. Здесь рассматриваются подробно различные подходы к созданию программы, а также большое внимание уделяется процедуре. На изучение данной темы отводится всего лишь 1 час занятий без использования компьютера.
А затем идет рассмотрение полностью практического вопроса, подводящему итог изучения теоретических основ построения алгоритмов и программ, «среда программирования». В данном учебнике для обучения учащихся алгоритмизации предлагается язык программирования ЛОГО. В состав данного языка входит исполнитель Черепашка, назначение которого -изображение на экране чертежей, рисунков, состоящих из прямолинейных отрезков. Программы управления Черепашкой составляются из команд: вперед(а), назад(а), направо(в), налево(в), поднять хвост, опустить хвост. Имеется в виду, что черепашка рисует хвостом, и если хвост опущен, то при перемещении проводится линия, а когда хвост поднят, то линия не рисуется. Кроме того в языке имеются все основные структурные команды. В целом ЛОГО предназначен для обучения структурной методики программирования.
Главное методическое достоинство Черепашки - ясность для ученика решаемых задач, наглядность процесса работы в ходе выполняемой программы. А как известно дидактический принцип наглядности является одним из важнейших в процессе обучения. Всего на изучение этой темы отводится 8 часов, что не является достаточным для разбора всех тонкостей этой среды, но хватает для знакомства с одной из сред программирования.
В 9 классе происходит более подробное изучение темы «основы алгоритмизации», на этот раздел выделяется уже 8 часов. В этом классе происходит повторение всех изученных понятий и их свойств с более глубоким проникновением в тему благодаря владению учащимися различными формами представления алгоритмов: блок-схемы, школьный алгоритмический язык, среда программирования ЛОГО. Учащиеся более подробно останавливаются на рассмотрении циклических алгоритмов, в частности они изучают различные разновидности циклических алгоритмов: цикл с предусловием, цикл с постусловием, цикл с известным числом повторений. Также они начинают знакомиться с новой средой программирования Visual Basic, хотя это происходит с помощью рассмотрения аналогов алгоритмов, записанных на изученных раннее алгоритмических языках (ЛОГО, Кумир).
Следующей авторской программой, которая будет рассмотрена в рамках данной курсовой работы является программа Угриновича Н.
Данная учебная программа составлена с расчетом на 1 урок информатики в неделю. Рассмотрение раздела «алгоритм и исполнители» начинается с 9 класса и входит как отдельная тема в главу «основы алгоритмизации и объектно-ориентированного программирования». На изучение данной темы отводится 7 часов.
Изучение начинается с рассмотрения вопросов, связанных с алгоритмом и его формальным представлением, при этом определение алгоритма дается только после объявления и пояснения примерами его основных свойств. Здесь не так много приводится примеров алгоритмов по сравнению с учебником Макаровой Н.В., что усложняет формирование у учащихся библиотеки алгоритмов. Достаточно подробно рассматривается понятие исполнитель алгоритма, в качестве которого упор делается на компьютер и человека. Все последующие уроке посвящены непосредственно изучение объектно-ориентированного программирования на примере языка Visual Basic. Также параллельно с этим происходит преставление алгоритмов с помощью редактора блок-схем алгоритмов Block-diagram editor.
С одной стороны система объектно-ориентированного визуального программирования Visual Basic является системой программирования, так как позволяет кодировать алгоритмы на этом языке. С другой стороны, она является средой проектирования, так как позволяет осуществлять визуальное конструирование графического интерфейса. В данной теме также рассматривается понятие проекта, который является результатом процессов программирования и проектирования.
В рамках системы программирования Visual Basic учащиеся изучают основные алгоритмические структуры (линейная, ветвление, выбор, цикл), типы, имена и значения переменных, операцию присваивания, а также графические возможности языка программирования.
В качестве формы отчетности учащимися выполняются различные проекты, соответствующие теме урока.
Следующая авторская программа, которой необходимо уделить внимание является программа по учебному курсу «информатика и ИКТ» является программа Семакина И.Г. Она предусматривает изучение данного курса на базовом уровне в расчете - 2 урока в неделю.
В 9 классе тема «алгоритм и исполнители» входит в раздел «информация и управление», таким образом можно отметить несколько иной подход к пониманию алгоритмизации. Его можно назвать кибернетическим подходом. Алгоритм трактуется как информационный компонент системы управления. Такой подход дает возможность ввести в содержание базового курса новую содержательную линию - линию управления. Это многоплановая линия, которая позволяет затронуть следующие вопросы:
· элементы теоретической кибернетики: кибернетическая модель управления с обратной связью;
· элементы прикладной кибернетики: структура компьютерных систем автоматического управления (системы с программным управлением); назначение автоматизированных систем управления;
· основы теории алгоритмов.
На изучение этого раздела отводится 10 часов, в том числе 5 часов теории и столько же практики.
Основные теоретические вопросы, которые следуют обязательному рассмотрению: управление и кибернетика, автоматизированные и автоматические системы управления; определение и свойства алгоритма; линейные алгоритмы; вспомогательные алгоритмы и подпрограммы; циклические алгоритмы и ветвления.
Практическая работа осуществляется с помощью одного из учебных графических исполнителей алгоритмов: Черепашки, Кенгуренка или Чертежника.
Исполнитель Чертежник - это своеобразный графопостроитель, действующий в системе декартовых координат, связанных с экраном. Его назначение - изображение чертежей, графиков, рисунков, состоящих из прямолинейных отрезков. Чертежник близок к Черепашке, однако ее работа не связана с системой координат (хотя единицы длины для нее существуют).
Кенгуренок является аналогом исполнителя Чертежник. Кенгуренок может работать в режиме прямого управления: «команда - исполнение», и в режиме программного управления: «программирование - автоматическое исполнение программы».
2.3 Методические особенности изучения раздела
Проанализировав авторские программы, используемые в настоящее время в различных учебных заведениях и одобренные Министерством образования и науки Российской Федерации, можно сделать вывод о различны подходах к построению изучения раздела «алгоритм и исполнители».
В отношении теоретического материала можно сказать, что существенных отличий в различных программах не видно, но значительно различается порядок изучения отдельных подразделов. Например, в некоторых учебниках понятия алгоритм дается в непосредственной связи с понятием исполнителя, а в других эти темы достаточно разделены и предусматривают изучение исполнителя на примере конкретной среды программирования.
Но существенные различия начинаются при рассмотрении практической составляющей данного раздела, хотя они разрешены стандартом. Предусматривается выбор различных сред программирования авторами программ в соответствии с их концепцией построения учебного материала. Но для всех программ характерно изучение школьного алгоритмического языка, как основы для понимания простейших алгоритмических конструкций и основных этапов построения программ.
Поэтому следует более подробно остановиться на вопросах, связанных с различными языками программирования.
Поскольку в базовом курсе ставится лишь цель первоначального знакомства с программированием, то строгого описания языка программирования не требуется. Основной используемый метод - демонстрация языка на примерах простых программ с краткими комментариями. В связи с этим у учащихся могут возникнуть трудности с изучением объектно-ориентированной среды Visual Basic. Некоторые понятия достаточно воспринять ученикам на «интуитивном» уровне. Для выполнения учениками несложных самостоятельных заданий достаточно действовать методом «по образцу».
Учитель может задуматься над проблемой: как лучше связать изучение методов построения алгоритмов работы с величинами и языка программирования. Здесь возможны два варианта:
1. сначала рассматриваются всевозможные алгоритмы, для описания которых используются блок-схемы и алгоритмический язык, а затем - правила языка программирования, способы перевода уже построенных алгоритмов программу на этом языке;
2. алгоритмизация и языки программирования осваиваются параллельно.
Теоретическое изучение алгоритмизации и программирования, оторванное от практики, малоэффективно. Желательно, чтобы ученики как можно раньше получили возможность проверять правильность своих алгоритмов, работая на компьютере.
Обучение программированию должно проводиться на примере типовых задач с постепенным усложнением структуры алгоритмов.
Конец формы
12. Методика изучения темы «Компьютер». Основные устройства компьютера, их функции и взаимосвязь. Программное управление работой компьютера. Работа с носителями информации. Ввод и вывод данных. Методика построения уроков по изучению архитектуры ЭВМ.
Содержательная линия "Компьютер" учащимся познакомиться с компьютером с другой точки зрения: компьютер – универсальный инструмент, позволяющий человеку автоматизировать интеллектуальную деятельность, автоматизировать инф. процессы – поиск, хранение, обработку и передачу информации на большие расстояния. Важно сформировать понимание о том, что компьютер не думает, как человек, а является исполнителем, мощным и быстродействующим инструмент, помогающим человеку в его информационной деятельности (инф. системы, ЭС, вычислит. центры, эл. почта). Важно обратить внимание учащихся на полифункциональные возможности компьютера и иерархическую структуру программного обеспечения компьютера.
Методические рекомендации по изучению темы
Изучаемые вопросы
- Основные устройства ЭВМ
- Принцип программного управления
- Виды памяти ЭВМ
- Архитектура ПК
В ходе изучения базового курса ученики должны постепенно углублять свои знания об архитектуре компьютера вплоть до получения представлений о языке машинных команд , о работе процессора . Необходимость таких знаний следует из основной концепции курса: направленности на фундаментальное, базовое образование.
Как правило, в учебниках разъясняются общие понятия архитектуры без привязки к конкретным маркам. Учитель, вводя такие понятия, например, объем памяти, разрядность процессора, тактовая частота и др., следует сообщить учащимся, какие конкретно значения этих параметров имеются у школьных компьютеров. Рассказывая о назначении устройств ввода и вывода, о носителях информации, учитель должен продемонстрировать эти устройства, познакомить учеников с их характеристиками, с правилами обращения. Безусловно, нужно рассказывать о возможностях и характеристиках более совершенной и современной техники, чем та, что есть в школе, раскрывать перспективы ее развития. Однако прежде всего ученики должны хорошо узнать свой компьютер.
Основные устройства ЭВМ и принцип программного управления.
Главные понятия данной темы: архитектура ЭВМ; память ЭВМ ( оперативная, внешняя); процессор; устройства ввода; устройства вывода; программное управление.
О смысле понятия «архитектура ЭВМ» говорилось выше. Для раскрытия этого понятия используется дидактический прием аналогии. Суть его сводится к следующему. По своему назначению компьютер — это универсальная машина для работы с информацией. Но в природе уже есть такая «биологическая машина» — это человек! Информационная функция человека сводится к умению осуществлять три типа информационных процессов: хранения информации, обработку информации, прием-передачу информации, т.е. поддерживать информационную связь с внешним миром. Значит, в состав устройств компьютера должны входить технические средства для реализации этих процессов. Они называются: память, процессор, устройства ввода и вывода.
| Функция | Человек | Компьютер |
| Хранение информации | Память | Устройства памяти |
| Обработка информации | Мышление | Процессор |
| Прием информации | Органы чувств | Устройства ввода |
| Передача информации | Речь, двигательная система | Устройства вывода |
Деление памяти компьютера на внутреннюю и внешнюю также объясняется через аналогию с человеком. Внутренняя память —собственная (биологическая) память человека; внешняя память — это разнообразные средства записи информации: бумажные и пр.
Различные устройства компьютера связаны между собой каналами передачи информации. Из внешнего мира информация поступает в компьютер через устройства ввода; поступившая информация попадает во внутреннюю память. Если требуется длительное ее хранение, то из внутренней памяти она переписывается во внешнюю. Обработка информации осуществляется процессором при непрерывной двусторонней связи с внутренней памятью: оттуда извлекаются исходные данные, туда же помещаются результаты обработки. Информация из внутренней памяти может быть передана во внешний мир (человеку или другим компьютерам) через устройства вывода.
Состав и структура ЭВМ
Иногда структурную схему ЭВМ изображают иначе: информационные потоки, идущие от устройств ввода к устройствам вывода, связывают не с внутренней памятью, а с процессором. С точки зрения маршрута движения информации в компьютере, это справедливо. Действительно, все операции в компьютере, в том числе и ввод-вывод, производятся с участием регистров процессора: Схема на рисунке отражает скорее не маршруты, а цели(результаты) процессов информационного обмена в компьютере. Результатом ввода является запись данных в оперативную память. На устройства вывода выносится информация из оперативной памяти. Из рисунка ясно видно, что например, нельзя ввести данные непосредственно во внешнюю память, минуя внутреннюю. Именно эти положения должны быть поняты учениками при изучении работы компьютера.
Архитектуру ЭВМ нельзя описывать статично. В сознании учеников с самого начала необходимо создавать представление и функционировании компьютера. Для решения любой задачи компьютеру нужно сообщить исходные данные и программу работы И данные и программа представляются в определенной форме, «понятной» машине, заносятся во внутреннюю память и зачем компьютер переходит к выполнению программы, т.е. решен и к» задачи. Компьютер является формальным исполнителем программы Необходимо подчеркнуть, что любая работа выполняется компьютером по программе, будь то решение математической задачи, перевод текста с иностранного языка, получение рисунков на экране, игра с пользователем и пр. Подводя итог теме, следует сказать, что суть принципа программного управления компьютером сводится к следующим трем положениям:
1) любая работа выполняется компьютером по программе;
2) исполняемая программа находится в оперативной памяти;
3) программа выполняется автоматически.
Виды памяти ЭВМ.
О делении памяти на внутреннюю и внешнюю уже было сказано. Какие свойства каждого из этих видов памяти должны усвоить ученики? Следует говорить о двух типах свойств: о физических свойствах и о принципах организации информации.
Внутренняя память. К физическим свойствам внутренней памяти относятся следующие свойства:
• это память, построенная на электронных элементах (микросхемах), которая хранит информацию только при наличии электропитания; по этой причине внутреннюю память можно назвать энергозависимой;
• это быстрая память; время занесения (записи) в нее информации и извлечения (чтения) очень маленькое — микросекунды;
это память небольшая по объему (по сравнению с внешней памятью).
Быструю энергозависимую внутреннюю память называют оперативной памятью, или ОЗУ — оперативное запоминающее устройство.
В качестве дополнительной информации ученикам можно сообщить, что в компьютере имеется еще один вид внутренней памяти — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Основное его отличие от ОЗУ — энергонезависимость, т.е. при отключении компьютера от электросети информация в ПЗУ не исчезает. Кроме того, однажды записанная информация в ПЗУ не меняется. ПЗУ — это память, предназначенная только для чтения, в то время как ОЗУ — и для чтения, и для записи. Обычно ПЗУ по объему существенно меньше ОЗУ.
Информационную структуру внутренней памяти следует представлять как последовательность двоичных ячеек — битов. Битовая структура внутренней памяти определяет ее первое свойство: дискретность. Каждый бит памяти в данный момент хранит одно из двух значений: 0 или 1, то есть один бит информации. В процессе работы компьютера эти нули и единички «мигают» в ячейках. Можно предложить ученикам такой зрительный образ: представьте себе память компьютера в виде фасада многоэтажного дома вечером. В одних окнах горит свет, в других — нет. Окно — это бит памяти. Окно светится — единица, не светится — ноль. И если все жильцы начнут щелкать выключателями, то фасад будет подобен памяти работающего компьютера, в котором перемигиваются единички и нули.
Второе свойство внутренней памяти называется адресуемостью. Но адресуются не биты, а байты — расположенных подряд битов памяти. Адрес байта — это его порядковый номер в памяти. Здесь снова можно предложить аналогию с домом: квартиры в доме пронумерованы; порядковый номер квартиры — ее адрес. Только в отличие от квартир, нумерация которых начинается с единицы, номера байтов памяти начинаются с нуля. Доступ к информации в оперативной памяти происходит по адресам: чтобы записать данные в память, нужно указать, в какие байты ее следует занести. Точно так же и чтение из памяти производится по адресам. Таким способом процессор общается с оперативной памятью. Можно продолжить аналогию с домом: чтобы попасть в нужную квартиру или переслать туда письмо, нужно знать адрес.
Итак, информационная структура внутренней памяти — битово-байтовая. Ее размер (объем) обычно выражают в килобайтах, мегабайтах.
Внешняя память. По аналогии с отмеченными Выше физическими свойствами внутренней памяти, свойства пешней памяти описываются так:
• внешняя память энергонезависима, т.е. информация в ней сохраняется независимо от того, включен или выключен компьютер, вставлен носитель в компьютер или лежит на столе;
• внешняя память — медленная по сравнению с оперативной; в порядке возрастания скорости чтения/записи информации, устройства внешней памяти располагаются так: магнитные диски — оптические диски;
• объем информации, помещающейся во внешней памяти, больше, чем во внутренней; а с учетом возможности смены носителей -неограничен.
Информационная структура внешней памяти —файловая. Наименьшей именуемой единицей во внешней памяти является файл. Для объяснения этого понятия в учебнике предлагается книжная аналогия: файл — это аналог наименьшего поименованного раздела книги (параграфа, рассказа). 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 должно указываться имя файла, в котором она содержится; сохранение информации производится в файле с конкретным именем.
Надо сказать, что понятие файла усваивается детьми постепенно, с накоплением опыта практической работы на компьютере. При изучении первой прикладной темы — работы с текстом, им предстоит самим сохранять файлы, открывать файлы. И только после этого представление о файлах из абстрактного превратится в конкретное.
На магнитные носители информация записывается ( считывается) с помощью магнитной головки накопителя, подобно бытовому магнитофону. Линия, по которой магнитная головка контактирует с магнитной поверхностью носителя, называется дорожкой. На ленте дорожки продольные (прямые), на диске — круговые. Магнитная головка дисковода подвижная. Она может перемещаться вдоль радиуса диска. При таком перемещении происходит переход с одной дорожки на
другую.
Книжная аналогия помогает понять ученикам назначение корневого каталога диска — его своеобразного оглавления. Это список, в котором содержатся сведения о файлах на диске; иногда его называют директорией диска. В каталоге содержатся сведения о файле (имя, размер в байтах, дата и время создания или последнего изменения). Эта информация всегда хранится на определенных дорожках. Если список файлов вывести на экран, то, подобно просмотру оглавления книги, из него можно получить представление о содержимом диска.
Теперь — о принципах организации информации. Изучив базовый курс, ученики должны будут узнать, что
1) компьютер работает со следующими видами данных (обрабатываемой информации): символьными, числовыми, графическими, звуковыми;
2) любая информация в памяти компьютера (в том числе и программы) представляется в двоичном виде.
Двоичный код обозначает то, что любая информация в памяти компьютера представляется с помощью всего двух символов: нуля и единицы. Как известно, один символ из двухсимвольного алфавита несет 1 бит информации. Поэтому двоичную форму представления информации еще называют битовой формой. В электронных элементах компьютера происходит передача и преобразование электрических сигналов. Двоичные символы распознаются так: есть сигнал — единица, нет сигнала — нуль.
Архитектура персонального компьютера (ПК).
Существуют раз личные классы электронно-вычислительных машин: суперЭВМ, большие ЭВМ, мини-ЭВМ, микро-ЭВМ. Персональные компьютеры (ПК) относятся к классу микро-ЭВМ. В абсолютном большинстве учебных заведений используются ПК. По этой причине ученики прежде всего должны получить представление об устройстве персонального компьютера.
Структуру ПК, изображенную на рисунке принято называть архитектурой с общей шиной(другое название - магистральная архитектура). Ее главное достоинство — простота, возможность легко изменять конфигурацию компьютера путем добавления новых или замены старых устройств. Отмеченные возможности принято называть принципом открытой архитектуры ПК.
Рассмотренный рисунок отражает информационное взаимодействие между устройствами, но применительно к персональному компьютеру. Этот рисунок содержит в себе некоторые конструктивные детали, характерные для ПК. В нем присутствует следующая информация: роль центрального процессора в ПК выполняет микропроцессор; в качестве устройства ввода используется клавиатура; устройства вывода — монитор и принтер; устройство внешней памяти — дисковод. Информационная связь между устройствами осуществляется через общую многопроводную магистраль (шину); внешние устройства подсоединены к магистрали через контроллеры (обозначены треугольниками).
Можно сказать, что основным устройством ПК является микропроцессор (МП). Это мозг машины. В первую очередь, возможности МП определяют возможности компьютера в целом. Для пользователя наиболее важным свойством ЭВМ является ее быстродействие, т.е. скорость обработки информации. Скорость работы компьютера зависит от целого ряда его характеристик. Важнейшими из них являются две характеристики процессора: тактовая частота и разрядность. Разрядность процессора — это размер той порции информации, которую процессор может обработать за одну операцию (одну команду). Такими порциями процессор обменивается данными с оперативной памятью.
Дополнительный материал для углубленного изучения базового курса.
При наличии дополнительного учебного времени, полезно обсудить с учениками понятие «машинное слово», а также рассмотреть информационную структуру магнитных дисков.
Машинное слово — это еще одна информационная единица оперативной памяти. Но если понятия бита и байта инвариантны, то есть не зависят от типа компьютера, то машинное слово у разных ЭВМ бывает разным. Размер машинного слова (в битах) равен раз рядности процессора. Следовательно, у компьютера с 8-разрядным процессором размер машинного слова равен 1 байту, с 16-разрядным процессором — 2 байтам, с 32-разрядным процессором — 4 байтам и так далее. Данное ранее правило можно перефразировать теперь так: обмен информацией между процессором и оперативной памятью происходит порциями, каждой из которых равен размеру машинного слова.
В ОЗУ слово — это адресуемая часть памяти. Адрес слова памяти равен адресу входящего в него младшего байта Если размер слова равен 1 байту, то адреса слов, и адреса байтов, изменяются через единицу; если размер слова — 2 байта, то адреса слов меняются через двойку: 0, 2, 4,6,..., то есть являются четными числами . Ниже показан принцип деления памяти на слова для 32-разрядного компьютера.
| Адреса слов | БАЙТЫ | |||
| 0 | 0 | 1 | 2 | 3 |
| 4 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 8 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 12 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| ... | ... | ... | ... | ... |
Адресация оперативной памяти
Из всех устройств внешней памяти рассмотрим магнитные диски. Они позволяют считывать и записывать информацию, переносить информацию с одного компьютера на другой, длительно хранить информацию вне компьютера. Информационный объем магнитного диска — величина конечная. Поэтому пользователь должен уметь сопоставлять эту величину с объемом информации, которую собирается сохранить.
Учитель, рассказывая на уроке об устройстве персонального компьютера, имеющегося в компьютерном классе, обязательно должен уделить внимание типам используемых дисковых устройств. Следует рассказать Ученикам о том, что существуют жесткие, встроенные в системный блок магнитные диски большого объема -винчестеры. Гибкие диски — дискеты пользователь может сам вставлять в дисковод, это сменные носители. Надо сообщить ученикам информационную емкость используемых на ПК носителей.
В качестве дополнительного материала можно рассказать об информационной структуре диска более подробно, чем об этом написано в учебнике. Представление о магнитной дорожке уже было введено. Теперь можно ввести понятие магнитной поверхности (стороны) дискового накопителя. Дискета — однодисковое устройство, поэтому у нее может быть одна или две магнитных поверхности. С каждой поверхностью контактирует отдельная магнитная головка. Винчестер представляет собой пакет дисков, закрепленных на общей оси. Соответственно, число магнитных поверхностей может быть до 2n, где n — число дисков в пакете. Дорожки на магнитных поверхностях расположены концентрично, их количество на каждой поверхности одинаково. Например, если диск 4-сторонний и на каждой стороне расположено по 10 дорожек, то на всем диске — 40 магнитных дорожек. На каждой магнитной поверхности дорожки пронумерованы.
Еще одно новое понятие — сектор. Каждая дорожка поделена на целое число одинаковых секторов. Все секторы имеют равные информационные объемы. Характерным размером сектора является величина 512 байт = 0,5 Кб. Размер сектора — это объем той наименьшей порции информации, которая передается при обмене между оперативной памятью и магнитным диском. Секторы на дорожке пронумерованы. Таким образом, координаты сектора на магнитной поверхности определяются номером дорожки и номером сектора. По этим координатам и происходит поиск информации на диске.
Процедура разметки магнитного диска на дорожки и секторы называется форматированием диска. Форматирование производится с помощью специальной системной программы. Ученикам следует знать, что если на диске ранее была записана какая-то информация, то вследствие форматирования она будет утеряна.
13. Методика изучения темы «Представление информации». Язык как способ представления информации. Кодирование. Двоичная форма представления информации. Количество и единицы измерения информации. Представление числовой, символьной и графической информации. Методика построения уроков по изучению представления информации в ЭВМ.