Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «Лениногорский нефтяной техникум» Конспект урока Тема: «Центральный процессор и его устройства» Работу выполнил: __Галимова Л.Г._ Аннотация Данная методическая разработка представляет собой развернутый план – конспект урока на тему «Центральный процессор и его устройства» рассчитан на студентов 2 курса в преподавании дисциплины ОП.02 «Архитектура аппаратных средств» специальности 09.02.07. Раздел программы 2. Архитектура и принципы работы основных логических блоков системы В ходе урока раскрываются следующие профессиональные и общие компетенции: ПК 5.7. Производить оценку информационной системы для выявления возможности ее модернизации; ОК 01. Выбирать способы решения задач профессиональной деятельности, применительно к различным контекстам. ОК 03. Планировать и реализовывать собственное профессиональное и личностное развитие. Цель урока является: способствовать формированию понятий внутренней структуры микропроцессора и его основных характеристик. Предложенный урок возможно использовать на уроках информатики при изучении внутренней структуры компьютера. План урока теоретического обучения Тема урока: Центральный процессор и его устройства Цель: способствовать формированию понятий внутренней структуры микропроцессора и его основных характеристик. Задачи: Обучающая: дать представление о функциональном назначении процессора, познакомить с основными характеристиками процессора и его структурой, сформировать понятия: регистр – устройство памяти процессора, АЛУ – устройство обработки данных. ( ПК 5.7) Развивающая: развитие познавательного интереса, логическое мышление, аккуратность, внимательность Воспитательная: интерес к будущей профессии, ответственность за принятие решений, определять задачи профессионального и личностного развития. (ОК 1, ОК 3) Тип урока: Урок изучения нового материала Вид урока: смешанный Оснащение урока: led-доска, презентация Формы работы учащихся: фронтальная, индивидуальная Литература и источники: В.Д.Колдаев, С.А. Лупин, Архитектура ЭВМ; Н.В. Максимов, Т.Л. Партыка И.И Попов Архитектура ЭВМ и вычислительных систем Используемые ресурсы размешены на облачном хранилище: https://cloud.mail.ru/public/ApSt/TBJHypMYW 1. Тест для проверки полученных ранее знаний: 2. Видео: «Как создаются процессоры» (Источник автора: https://yandex.ru/video/preview/10670521893026140133) 3. Презентация: «Центральный процессор и его устройства» 4. Продолжите предложения (используется на 4 этапе урока): https://wordwall.net/ru/resource/45753240 Ход урока 1. Организационная часть. Сегодня на уроке мы с вами продолжаем изучение особенностей построения компьютера. И тема урока будет посвящена устройству который осуществляет обработку всей информации в компьютере. -Как вы думаете, о каком устройстве идет речь? (ответы обучающихся) Да, верно, занятие сегодняшнего урока посвящается устройству процессор и тема урока: «Центральный процессор и его устройства», запишите в тетради сегодняшнюю дату и тему урока 2. Повторение (актуализация ранее усвоенных знаний, умений) Проведение компьютерного тестирования по теме Принципы фон Неймана с помощь программы MyTest (за ранее установленного на компьютерах), тестовые вопросы в приложении 1. Прежде чем мы приступим к изучению нового материала, давайте определим задачи, которые мы должны решить на уроке. узнать назначение процессора, его строение и принцип работы, познакомиться с основными характеристиками процессора. познакомится с логическими устройствами из которых состоит процессор. 3. Изложение нового материала (формирование ПК, ОК) (Презентация) Процессор – техническое устройство, управляющее вычислительным процессом и координирующее работу всех устройств компьютера. Микросхема, реализующая функции центрального процессора ПК, называется микропроцессором. - Вы когда ни будь, задавались вопросом как делаются процессоры и из какого основного элемента он состоит?( ответы учащихся) Давайте просмотрим видео, которое ответит на этот вопрос. - Как вы думаете, что способствовало появлению процессоров и в каком году? (ответы студентов) Давайте рассмотрим историческую справку создания микропроцессоров. (презентация) Краткая история: В качестве электронных ключей в 1940-х электрическим годах, позволяющих сигналом производить логические над операции, применялись электронные лампы. Они были больших размеров и не всегда надежны. В 1948 г. коллективом лаборатории компании «Белл Телефон» были созданы первые полупроводниковые транзисторы, которые заменили во многих областях техники громоздкие электронные лампы. К 1960-м г.г. транзисторы заняли место электронных ламп в различных приборах. Особенно значимым шагом в этом направлении было появление переносных радиоприемников. В эти же годы миниатюризация в электронике сделала ещё один громадный шаг вперед: были изобретены интегральные схемы. Первые применялись микропроцессоры появились в калькуляторах, электронных в 1970-х в и них использовалась двоично-десятичная арифметика 4-х битных слов. В 1971 году фирмой Intel (США) создан первый микропроцессор программируемое логическое устройство, изготовленное по технологии СБИС - Представьте себе, к вам обратились ваши знакомые или родственники с просьбой помочь в выборе игровой компьютера. На какие параметры процессора необходимо обращать внимание при выборе компьютера. - (Ответы студентов) Обобщающий вывод преподавателя: Тактовая частота. Самый важный показатель, определяющий скорость работы процессора. Тактовая частота, измеряемая в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц), обозначает лишь то количество циклов, которые совершает работающий процессор за единицу времени (секунду). Разрядность процессора. Если тактовую частоту процессора можно уподобить скорости течения воды в реке, то разрядность процессора — ширину ее русла. Понятно, что процессор со вдвое большей разрядностью может «заглотнуть» вдвое больше данных в единицу времени — в том случае, конечно, если это позволяет сделать специально оптимизированное программное обеспечение. Размер кэш-памяти. В эту встроенную память процессор помещает все часто используемые данные, чтобы не обращаться каждый раз — к более медленной оперативной памяти и жесткому диску. Кэш-память в процессоре имеется двух видов. Самая быстрая — кэшпамять первого уровня (32 кб у процессоров Intel и до 128 кб — в последних моделях AMD ). Существует еще чуть менее быстрая, но зато более объемная кэш-память второго уровня — и именно ее объемом отличаются различные модификации процессоров. Так, в семействе Intel самый «богатый» кэш-памятью — мощный Хеоn(2 Мб). У новых моделей Pentium 4 и у Athlon размер кэша второго уровня составляет 512 кб. В новейших моделях планируется увеличить его объем до 1 Мб Тип ядра и технология производства . Технология определяется толщиной минимальных элементов процессора, — чем более «тонкой» становится технология, тем больше транзисторов может уместиться на кристалле. Кроме этого, переход на новую технологию помогает снизить энергопотребление и тепловыделение процессора, что очень важно для его стабильной работы. Переход на новую технологию, как правило, влечет за собой и смену процессорного «ядра» Частота системной шины . Шиной называется та аппаратная магистраль, по которой перемещаются от устройства к устройству данные. Чем выше частота шины, тем больше данных поступает за единицу времени к процессору. Частота системной шины прямо связана и с частотой самого процессора через так называемый «коэффициент умножения». Процессорная частота — это и есть частота системной шины, умноженная процессором на некую заложенную в нем величину. Дополнительные возможности . Большинство современных процессоров оснащены также рядом эксклюзивных возможностей, которые влияют на скорость обработки информации. В их числе можно назвать специальные системы «мультимедийных команд», предназначенных для оптимизации работы с графикой, видео и звуком. Например, процессоры Intel оснащены системой команд SSE и SSE 2, а процессоры от AMD — аналогичным набором команд 3DNow! Одним из самых интересных новшеств в новых процессорах Intel (начиная с Pentium 4) стала функция HyperThreading, позволяющая процессору работать с двумя потоками данных одновременно. Конечно, даже оснащенный HyperThreading процессор не будет работать «за двоих», однако прирост скорости в 10—20 процентов получить вполне реально - Как вы думаете, а какое назначение процессора? (ответы студентов) Обобщающий вывод преподавателя: Назначение микропроцессора: 1. Выполнять команды программы, находящейся в оперативной памяти. 2. Координировать работу всех устройств компьютера. - Посмотрите на изображение обобщенной структуры процессора и определите из каких логических устройств он состоит? (Ответы студентов) Обобщающий вывод преподавателя: В состав процессора обязательно входят: 1. Устройство управления –УУ (Координирует работу всех устройств компьютера); 2. Арифметико-логическое устройство – АЛУ (выполняет команды программы находящейся в оперативной памяти); 3. Регистры памяти (ячейки, в которые по очереди помещаются команды программы, по которой работает процессор и вся необходимая информация для их выполнения); 4. Шины данных, команд, адресов (по этим магистралям происходит обмен данными между внутренними устройствами процессора и внешними по отношению к нему) Проблемная ситуация: Вы работаете в рабочей группе, которая необходимо как можно быстрее решить какую- то задачу. Вы можете работать только в помещении 1, а исходные данные и условие задачи находится в помещении 2, причем выдача необходимой информации происходит достаточно медленно, и за этой информацией может ходить только один человек. Ваша работа должна выполняться по следующему плану: 1. Человек идет в помещение 2 за порцией данных, необходимых для решения задачи. 2. Приносит их в помещение 1. 3. Рабочая группа быстро решает задачу и посылает за следующей информацией. При этом она бездействует в ее ожидании. 4. Человек идет в помещение 2 за следующей порцией информации. 5. Приносит их в помещение 1. 6. Рабочая группа быстро решает задачу и посылает за следующей информацией. При этом она бездействует в ее ожидании. 7. И т.д. до тех пор, пока задача не будет решена. 8. Результат решения показывает заказчику. - Подумайте и скажите, каким образом можно ускорить процесс, если вы обрабатываете информацию быстрее, чем вам ее приносят из помещения 2, в результате чего вы теряете много времени. Наводящие вопросы: 1. Можно ли поручить решение более «умной группе», которая решит ее гораздо быстрее. 2. Можно ли информацию из помещения 2 частично перенести в помещение 1? 3. Можно ли посылать за информацией не одного, а нескольких человек? Обобщающий вывод преподавателя Только что мы смоделировали процесс ускорения работы процессора. Помещение 1- это процессор, 2- оперативная память. Главная задача ученых сделать процессоры более производительными, достигается это за счет: - Повышение тактовой частоты (более умная рабочая группа), это саамы й очевидный путь повышения производительности; - Повышение разрядности процессора (поручить приносить информацию из помещения 2 не одному , а нескольким людям). Чем выше разрядность (количество человек) тем больше байт он может обработать за один такт. - Кэширование памяти. Процессор по отношению к оперативной памяти является более быстрым устройством, поэтому он вынужден постоянно простаивать, ожидая медленно работающую память. Поэтому чтобы процессор реже обращался к оперативной памяти , внутри него создают небольшой участок памяти размером (256 или 512 кбайт). Эта сверхоперативная память получила название кэш. В кэш памяти процессор записывает те данные, которые получил их из оперативной памяти, и если эти данные понадобятся еще раз, то он возьмет их из кэш. Т.о. работа процессора происходит быстрее. Процессор является одним из тех устройств, которые должны все время работать. Процессор ПК не может быть выключен. Даже если нам кажется, что процессор ничего не делает, он на самом деле выполняет какую-нибудь программу. Процессор работает, по сравнению с другими устройствами компьютера с наибольшей скоростью. И самыми медленными по сравнению с ним являются внешние устройства, даже человек. Например, работая с клавиатурой, человек отправляет в среднем один байт в секунду (1 клавиша в секунду). Процессор обрабатывает такую информацию за 0,000001 сек. А что же делает процессор в остальное время, если он не может выключаться? А в остальное время он может получать сигналы от других устройств (мыши, др. ПК, дисков и т.д.). Он успевает несколько раз в течение секунды подзарядить оперативную память, обслужить внутренние часы ПК, отдать распоряжение как правильно отображать информацию на экране, и выполнить множество прочих дел. Пример: Intel Pentium 4 3.0G 800MHz/l М Процессор Pentium 4 фирмы Intel с тактовой частотой 3 ГГц; частота шины 800 МГц; кэш-память 1 Мбайт 4. Подведение итогов урока (заостряется внимание на уровень освоения ЗУНов и формирования ПК) Назовите, в каких областях человеческой деятельности применяются микропроцессоры? (в индустрии, в торговле, в быту, в приборостроении, в связи – удаленные терминалы, системы обработки сообщений и многое другое.) (ответы студентов) Подведем итог, что мы узнали? Продолжите предложения: ( по QR коду ) скрытые ящики https://wordwall.net/ru/resource/45753240 1. Процессор состоит из … 2. Характеристики процессора… 3. Разрядность микропроцессора – это… 4. Быстродействие процессора измеряется в … 5. Выдача задания на дом. [1] стр 147. Выучить по опорному конспекту определения. Приложение 1 Тестовые вопросы: Задание №1 Вопрос: Принцип программного управления работой компьютера предполагает: 1) возможность выполнения без внешнего вмешательства целой серии команд 2) необходимость использование операционной системы для синхронной работы аппаратных средств 3) двоичное кодирование данных в компьютере 4) все ответы верны Задание №2 Вопрос: Какие принципы входят в Архитектуру фон Неймана? 1) Принцип адресности 2) Принцип программного управления 3) Принцип абсолютного единства 4) Принцип одинакового строения ЭВМ 5) Принцип однородности памяти Задание №3 Вопрос: Как называется принцип работы компьютера, согласно которому: "наряду с данными каждая команда программы работы компьютера кодируемая определенной последовательностью из нулей и единиц, помещается как число в одной из ячеек оперативной памяти. 1) принцип двоичного кодирования 2) принцип автомической работы компьютера 3) принцип программного управления работой компьютера 4) принцип хранимой программы Задание №4 Вопрос: В каком году Джон фон Нейман заложил опубликовал свои учения об архитектуре вычислительных машин 1) в 1944 году 2) в 1990 году 3) в 1946 году 4) в 1950 году Задание №5 Вопрос: В компьютере программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Компьютер не различает, что хранится в памяти: тексты, числа или команды.... Данный принцип фон Неймана называется... 1) Принцип двоичного кодирования 2) Принцип адресности 3) Принцип однородности памяти 4) Принцип программного управления Задание №6 Вопрос: Выбери наиболее подходящие принципы построения ЭВМ 1) Способ передачи информации 2) Возможность изменения конфигурации ПК 3) Организация интерфейса 4) Структура памяти ЭВМ 5) По инсталляции программного обеспечения Задание №7 Вопрос: Архитектура ЭВМ- это: 1) Описание деталей технического и физического устройства компьютера 2) Описание программного обеспечения необходимого для работы ЭВМ 3) Описание набора устройств ввода-вывода 4) Описание структуры и функций ЭВМ на уровне, достаточном для понимания принципов работы и системы команд ЭВМ Ключи к тесту 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 1 1;2;5 1 3 3 2; 3; 4; 4
