ПЗУ
|
|
|
|
|
|
ОЗУ
|
|
|
|
|
|
Интерфейсы параллельного 68ода- Вы бода
|
|
|
Ч ^
\
|
к /
|
Программируемый таймер (счетчик)
Интерфейс последовательного ВВода- - бы бода
Основные данные однокристальных микроЭВМ
|
|
Тип ЭВМ
|
Параметр
|
К1814
|
К1816
|
К181 б
|
К1820
|
|
|
BE
|
* ВЕ48
|
ВЕ49
|
ВЕ2
|
1. Разрядность данных,
|
|
|
|
|
бит
|
|
4
|
8
|
8
|
4
|
2. Число команд
|
|
43
|
96
|
96
|
49
|
3. Объем ПЗУ, бит
|
1КХ8
|
1КХ8*(ППЗУ)
|
2КХ8*
|
1КХ8
|
4. Объем ОЗУ, бит
|
64X4
|
64X8*
|
128X8*
|
64X4
|
5. Число кана
|
ввода,
|
1/4
|
—
|
—
|
1/4
|
лов и их
|
вывода,
|
2/8,13
|
—
|
—
|
1/4
|
разрядность
|
двунап
равлен
|
|
|
|
|
|
ных
|
—
|
3/8*
|
3/8*
|
2/4,8
|
6. Тактовая частота, МГц
|
0,1—0,35
|
6,0
|
11,0
|
1,6
|
7. Напряжение питания, В
|
-9
|
5
|
5
|
5...9
|
8. Потребляемая мощ
|
|
|
|
|
ность, мВт
|
|
70
|
600
|
600
|
200
|
9. Рабочий диапазон
|
|
|
|
|
температур, С
|
|
-10...+70
|
— 10...+70
|
— 10...+70
|
— 10...+70
|
10. Технология
|
|
р-МДП
|
гс-МДП
|
я-МДП
|
м-МДП
|
И. Количество выводов
|
|
|
|
|
корпуса
|
|
40
|
40
|
40
|
28
|
* Допускается расширение при подключении внешних БИС.
раты на проектирование и изготовление необходимых аппаратурных средств при использовании микропроцессорных БИС оказываются незначительными. В то же время составление и отладка программного обеспечения может составить более 90% времени проектирования системы и около 80% ее стоимости. Поэтому в наше время становится чрезвычайно важным умение пользоваться банком готовых программ, ибо практика показывает, что за исключением небольшого класса особо экстравагантных задач в них имеется практически все необходимое пользователю программное обеспечение.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
Перечислите основные преимущества использования БИС МП по сравнению с устройствами на жесткой логике.
Проанализируйте, обладают ли информационной и аппаратурной совместимостью те модели ЭВМ, на которых вам уже приходилось работать.
Каковы, на ваш взгляд, причины, по которым не оправдано (или наоборот) применение ЭВМ общего назначения для компьютеризации школы?
Можно ли из набора только комбинационных элементов и узлов создать какие-либо из следующих устройств: а) операционный блок процессора; б) управляющий блок процессора;
в) процессор?
Сколько машинных тактов необходимо для реализации алгоритма, рассмотренного в § 1.5, в машинах, функциональные схемы которых приведены на рисунках 1.9 и 1.10? При анализе можно считать, что любая операция, входящая в алгоритм, выполняется одной микрокомандой.
Возможно ли сложение чисел двойной длины в ОБ, функциональная схема которого приведена на рисунке 6.5?
Какой из элементов, введенных в схему (см. рис. 6.6), по сравнению со схемой (см. рис. 6.5) позволяет осуществлять сложение чисел двойной длины?
Какие управляющие сигналы в устройстве, собранном по схеме (см. рис. 6.7), необходимо использовать для выполнения операции умножения? Опишите последовательность операций при возведении в квадрат числа 00010001 и при умножении его на 01000011.
Куда пересылается слово из ОЗУ по шине данных в ходе цикла выборки команды?
Какой результат загружается в аккумулятор при выполнении команды ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ над данными, находящимися в РБ1 и РАк (см. рис. 6.7), если содержимое РБ1 было 4716, а РАк — 9F|6?
Чем отличаются команды простого сдвига влево от циклического сдвига вправо? Объясните различие между ними, используя рисунок 6.7.
В чем заключаются преимущества, даваемые аппаратным таймером, по сравнению с программным способом задания временных интервалов?
Какое шестнадцатиричное число необходимо записать в таймер, чтобы он вырабатывал по одному импульсу каждые 30 с, если частота тактовых импульсов равна 50 Гц?
Глава 7 АВТОМАТИКА И ЭВМ В ШКОЛЕ
§ 7.1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ
В учебном процессе используются разнообразные технические средства обучения (ТСО), которые по функциональному назначению делятся на информационные, контролирующие, обучающие и управляющие [7.6). Например, такими средствами являются информационные устройства статической и динамической проекций) диапроекторы, кино- и телеаппаратура), простейшие механические и электромеханические контролирующие приспособления и машины.
Качественно новым этапом в создании технических средств обучения является использование систем, автоматизирующих определенные учебные процедуры: передачу информации, контроль знаний, коррекцию учебной работы, составление учебной документации. Это направление получило серьезное развитие только после применения в системе образования электронно-вычислительной техники.
Автоматизированная обучающая система (АОС) определяется как совокупность связанных в единое целое технических, математических, лингвистических и информационно-методических средств, предназначенных для автоматизации обучающего диалога, поиска и обработки учебной информации. При использовании ЭВМ ^ в сфере образования применяют также термин «автоматизированный обучающий комплекс» (АОК), под которым понимают соединение нескольких технически разнородных (или пространственно разделенных) средств с целью придания этой совокупности та- , ких свойств, которыми они порознь не обладали. Функциональное назначение АОК заключается в реализации совокупности учеб- е ных процедур и управлении учебным процессом.
Автоматизированная обучающая система состоит из подсистем, v которые принято делить на функциональные и обеспечивающие. Функциональные подсистемы связаны с основной целевой функцией и делятся на подсистемы обучения, контроля, самостоятельной работы, моделирования, лабораторного практикума и т. п. Обеспечивающие подсистемы создают необходимые условия для реализации целевой функции и делятся на подсистемы технические, программные, учебно-методические. Основной проблемой при проектировании и организации АОС является обеспечение оптимального взаимодействия разнородных подсистем, подчиненного реализации основной целевой функции: управлению познавательной деятельностью.
Техническая подсистема АОС состоит из средств вычислительной техники и рабочих мест обучаемых и преподавателей. Она играет существенную роль, так как эти средства полностью определяют возможности реализации всех психолого-педагогических и других требований, предъявляемых к автоматизированному обучению.
Возможны три метода создания технической подсистемы АОС.
Первый метод предполагает создание полностью специализированных технических устройств, оптимально приспособленных к разносторонним требованиям учебного процесса. Теоретически такой подход идеален, однако экономически трудноосуществим.
Второй метод — это создание технической подсистемы АОС полностью на базе серийных технических средств универсального назначения. В этом случае приходится идти на сознательное ограничение некоторых дидактических характеристик АОС. В то же время экономически этот метод наиболее выгоден. Кроме того, совместимость оборудования со всей номенклатурой серийных технических средств позволяет легко развивать и наращивать АОС до необходимого уровня. Поэтому многие АОС, нашедшие практическое' применение в учебном процессе, сконструированы на основе серийных технических средств универсального назначения.
Наконец, третий метод — это создание АОС с частичной специализацией технических средств. Обычно в таких АОС специализированными являются рабочие места обучаемых и преподавателей, т. е. терминальное оборудование. В большинстве случаев такой путь создания АОС может оказаться оптимальным, так как он позволяет решить большую часть дидактических, технических и экономических проблем.
Состав технических средств должен обеспечить создание различных конфигураций систем и комплексов в соответствии с их функциональным назначением. Например, АОК, ориентированный на обучение языкам, должен включать управляемые от ЭВМ магнитофоны, специальные коммутаторы для обмена звуковой информацией, средства статической и динамической проекции (для создания совмещаемой звуко- и видеоинформации), средства размножения учебных материалов на изучаемых языках.
Возможно создание АОС и АОК на машинах большой производительности и вынесенном терминальном оборудовании. В этом случае рабочие места учащиеся и преподавателей организуются в виде специальных терминальных классов, соединенных с большой ЭВМ. Такая организация АОС приемлема для тех учебных заведений (вузов, техникумов, ПТУ, учебных комбинатов), где уже имеется достаточно производительная ЭВМ, используемая и для других целей. В противном случае лучше применять АОС и АОК на базе персональных ЭВМ, объединенных в локальные и отраслевые информационные сети.
Как уже отмечалось, любая АОС состоит, по крайней мере, из трех обеспечивающих подсистем: технической, программной и учебно-методической. Однако рассмотрение двух последних подсистем выходит за рамки нашего курса и ведется в курсах информатики и методики ее преподавания.
§ 7.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ШКОЛЬНОГО КАБИНЕТА ИНФОРМАТИКИ
Широкое внедрение микропроцессорной техники в народное хозяйство страны является многоуровневым процессом, охватывающим все звенья системы подготовки и переподготовки кадров. Поэтому разработка и создание соответствующих технических средств и оснащение ими учебных заведений страны становится задачей первостепенной важности.
Концепция внедрения вычислительной техники в школьный учеб- но-воспитательный процесс предусматривает индивидуальное общение обучаемого с вычислительной машиной на уроках по самым разнообразным дисциплинам. Поэтому в настоящее время общепризнано положение о том, что технической основой автоматизированной системы обучения (АОС) в школе должна являться персональная микроЭВМ. Разрабатываемая АОС окажется жизнеспособной, если в нее будет заложена возможность развития, т. е. способность к расширению выполняемых функций, наращиванию мощностей, простой замене устаревшего технического и программного обеспечения (принципы унификации и модульности). Для того чтобы поставленные задачи могли решаться экономически доступными на данном этапе техническими средствами, необходимо учитывать закономерности развития информационных сетей. Поэтому можно считать, что наиболее приемлемой является следующая схема уровней технического и программного обеспечения и этапов их реализации:
а) индивидуальное рабочее место на базе персональной микроЭВМ;
б) кабинет персональных микроЭВМ;
в) аудиторная сеть, объединяющая персональные микроЭВМ учащихся и учителя;
г) сеть учебного заведения, объединяющая аудиторные сети и машины административных и обслуживающих подразделений.
Эта сеть должна иметь выход на отраслевую и государственную информационную сеть.
Рассмотрим каждый из перечисленных уровней.
Индивидуальное рабочее место на базе персональной микроЭВМ , является наиболее перспективным направлением компьютеризации школы, так как в этом случае в распоряжении учащегося оказываются не просто устройства ввода — вывода, а машины, выполняющие достаточно разнообразную обработку информации. В состав индивидуального рабочего места должны входить:
центральный процессор с разрядностью 8 или 16 бит, быстродействием 105... 106 операций/с и адресуемой памятью
запоминающее устройство: ОЗУ объемом не менее 48 Кбайт (в перспективе до 128 К), ПЗУ объемом не менее 8 Кбайт;
интерфейс для подключения клавиатуры, дисплея, внешней памяти, разнообразных экспериментальных и демонстрационных устройств;
клавиатура;
дисплей (черно-белый, в перспективе цветной графический);
встроенное устройство сменной памяти (НГМД, в перспективе сменные ППЗУ без электромеханических элементов);
дополнительные устройства ввода — вывода информации и связи с экспериментальными установками (световое перо, планшеты, потенциометры, АЦП, ЦАП);
необходимое системное и прикладное программное обеспечение.
Кабинет персональных микроЭВМ состоит из 8—18 индивидуальных рабочих мест и рабочего места учителя. Основой рабочего места учителя является индивидуальное рабочее место, дополнительно оснащенное цветными демонстрационными телевизорами с большими экранами, принтером и графопостроителем.
По сравнению с индивидуальным рабочим местом в кабинете персональных микроЭВМ имеется возможность продемонстрировать группе обучающихся любой фрагмент процесса обработки информации и получить твердую копию (текстовую или графическую) этого фрагмента.
Аудиторная сеть создается на базе кабинета персональных микроЭВМ, в ее состав входит:
8—18 индивидуальных рабочих мест;
рабочее место учителя;
устройство управления аудиторной сетью с 8—18 каналами подключения персональных микроЭВМ;
расширитель ЗУ до 256 Кбайт;
периферийная память на твердых дисках;
необходимое системное и прикладное программное обеспечение, ядром которого является операционная система обслуживания 18 абонентов.
Аудиторная сеть должна явиться базовой ячейкой типовой системы. Она предоставит возможность для решения разнообразных педагогических (дидактических и воспитательных) и психологических проблем, позволяя организовать различные формы индивидуальной и коллективной учебной деятельности.
В дальнейшем центральная (учительская) машина аудиторной сети должна соединяться с такими же машинами других аудиторий, с микроЭВМ администрации и, главное, с отраслевой информационной сетью системы народного образования.
Общение обучаемого с техническими и программными средствами АОС ведется через устройства ввода — вывода информации. Поэтому от возможностей этих устройств в значительной мере зависит эффективность диалога человек — машина, а следовательно, и учебного процесса. Рассмотрим этот вопрос несколько подробнее.
Самим распространенным типом устройства ввода информации в персональных микроЭВМ является клавиатура. В АОС она должна обеспечить следующие функциональные возможности [7.7]:
а) ввод букво-цифровых знаков (строчных и прописных) различных алфавитов (русского, латинского, греческого, национального языка в республиках);
б) ввод специальных знаков: математических, химических, символов радиоэлектронных схем, скобок различной формы, надстрочных и подстрочных символов (размер которых должен быть в 1,5—2 раза меньше основных) и т. п.;
в) конструирование графических изображений: точек, линий, фигур, контурных и фоновых рисунков, различных указателей (стрелок и пр.), специальных символов и условных гра- физических обозначений, штриховки участков экрана. При этом предполагается несколько градаций линий по толщине;
г) редактирование любой информации и управление изображением, выведенным на экран: стирание, замена, перемещение знаковой информации, поворот, сдвиг в заданном направлении, изменение масштаба, наложение друг на друга фигур, символов и цифр, мультипликация и т. п.;
д) управление другими техническими средствами, входящими в состав рабочего места АОС.
Среди конструктивных требований, предъявляемых к клавиатурам, используемым в АОС, необходимо выделить электробезопасность, надежность, дизайн, бесшумность работы, возможность перемещения в пределах ученического стола, наличие резко выделенных (расположением и цветом) зон функционально различных клавиш. Перечислим основные зоны:
а) зона алфавитно-цифровых символов (стандартная клавиатура с расположением клавиш, как на телетайпах и пишущих машинках);
б) зона специальных знаков и символов;
в) зона графического ввода;
г) зона управления (переключатели регистров, индексирование данных, управление внешними устройствами, функциональные клавиши АОС: начало, ввод, конец, помощь и т. п.).
Наиболее распространенным устройством вывода информации в персональных микроЭВМ является дисплей. В зависимости от вида информации дисплеи подразделяются на алфавитно-цифровые и графические. При этом графические дисплеи обеспечивают вывод как графической, так и алфавитно-цифровой информации. Необходимо отметить, что наличие развитых графических возможностей следует считать обязательным требованием к любой перспективной АОС, так как графическая информация является неотъемлемой частью фактически любой естественнонаучной дисциплины. Графи ческое изображение высокого качества может обеспечить дисплей с большой разрешающей способностью. Разрешающая способность дисплея зависит как от типа экрана (преобразователя цифрового сигнала в оптическое изображение), так и от емкости области ОЗУ, работающей с дисплеем. Так, дисплей с низкой разрешающей способностью синтезирует изображение из 128X48=6144 элементов изображения, а лучшие графические дисплеи с высокой разрешающей способностью — из 1024X1024=1048576 элементов. Очевидно, таким же должен быть и объем адресуемого адресного пространства графического дисплея. Практика показывает, что на первых порах растр в 256X256=65536 точек изображения дает достаточное для большинства учебных применений качество изображения. (В главе 5 мы показали, что такой растр может обеспечить дисплей на базе бытового телевизора.) Однако следует заметить, что повышение разрешающей способности дисплея весьма желательно для усиления дидактических возможностей перспективных АОС.
Уже первые педагогические исследования показали, что «методическое значение цветного изображения на школьном уроке трудно переоценить» [7.6]. Поэтому вторым важнейшим требованием к дисплею рабочего места АОС является обеспечение цветного изображения.
Кроме того, изобразительные возможности дисплея должны' позволять ему работать с клавиатурой, требования к которой обсуждались выше. Иначе говоря, на его экране должны формироваться все знаки и условные изображения, графика, контурные и фоновые рисунки, обеспечиваться режим мультипликации.
Для дисплея любой АОС, а особенно школьной, черзвычайно важное значение имеют массогабаритные параметры. Сейчас размер цветных телевизоров или специальных дисплеев и мониторов настолько велик, что они (вместе с клавиатурой) занимают практически всю площадь школьного стола, не оставляя на нем места для книг и тетрадей школьника.
Оставляют желать лучшего и такие параметры цветных дисплеев, как надежность и срок службы, пожаро- и электробезопасность, потребляемая мощность и стоимость, санитарно-гигиенические характеристики [5.9].
Таким образом, напрашивается вывод, что комплектация индивидуального рабочего места с характеристиками, удовлетворяющими даже перспективные АОС, может быть решена экономически доступными техническими средствами по всем позициям', за исключением устройства вывода информации. Технико-экономические параметры дисплеев уже сейчас не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к оборудованию АОС.
В заключение остановимся еще на одной проблеме, связанной с массовой компьютеризацией учебных заведений,— проблеме надежности вычислительной техники.
Надежность технической системы зависит от интенсивности отказов, которая резко отличается в различные периоды эксплуатации [7.1]. В первый период (рис. 7.1) интенсивность отказов очень высока. Это связано с выявлением скрытых дефектов электрон-
н
7.1
ых и электромеханических узлов: «выгоранием» недоброкачественных микросхем, поломкой (из-за грубых погрешностей изготовления) НГМД, устройств печати, контактной клавиатуры и т. д. Для нормальной эксплуатации ПЭВМ необходимо, чтобы первый этап проходил в процессе заводских испытаний, где всю машину достаточно длительное время «гоняют» в предельно допустимых условиях эксплуатации (при повышенных напряжениях питания, влажности, температуре, вибрации и т. д.). После устранения всех неисправностей, выявленных на первом этапе, ПЭВМ поступает к пользователю и начинается второй — так называемый «активный» период эксплуатации машины. При нормальных условиях интенсивность отказов в этот период должна быть небольшой и почти постоянной. С течением времени по мере физического износа оборудования (электронно-лучевой трубки, электромеханических узлов) наступает третий этап роста интенсивности отказов.
Задача завода-изготовителя — поставлять потребителю технику с минимальной интенсивностью отказов на втором этапе и с максимальной длительностью этого этапа. Желательно, чтобы длительность активного периода превышала период морального старения технического изделия. В различных работах, например в [7.1], неоднократно отмечалось, что «надежды на экономическую эффективность массового внедрения ПЭВМ в народное хозяйство теряют под собой всякую почву, если не будут приняты организационно-технические меры для обеспечения высокого уровня надежности». Об этом же говорит и одно из определений ПЭВМ, получившее широкое распространение в технической литературе: «ПЭВМ — это вычислительная машина с надежностью военной аппаратуры и ценой изделия бытовой электроники». Поэтому для школьных ПЭВМ на одно из первых мест выдвигаются требования высокой технической надежности при длительных сроках эксплуатации и хорошей ремонтоспособности. Последнее требование означает, что ремонт ПЭВМ должен сводиться к простой замене отказавших плат или узлов без какой-либо последующей подстрой ки отдельных элементов или всей системы.
§ 7.3. ЭЛЕМЕНТЫ ЦИФРОВОЙ И ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ
ТЕХНИКИ В ТЕХНИЧЕСКОМ ТВОРЧЕСТВЕ
ШКОЛЬНИКОВ
Автоматика и цифровая техника уже в течение нескольких десятилетий привлекают пристальный интерес организаторов и руководителей технического творчества школьников. Однако только с серийным выпуском цифровых микросхем появилась реальная перспектива широкого развития детского технического творчества в этой области и проникновения цифровых устройств собственного изготовления в учебно-воспитательную работу школы. Данное утверждение основано на следующих обстоятельствах:
логические основы цифровой техники достаточно просты и могут быть освоены уже школьниками VII—VIII классов;
промышленность выпускает массовыми тиражами дешевые микросхемы, доступные для всех любителей;
простые цифровые устройства практически не требуют настройки, что особенно важно для работы начинающих радиолюбителей;
имеются чрезвычайно надежные серии микросхем (например, К155), которые не выходят их строя почти при любых ошибках в монтаже;
на цифровых микросхемах легко создавать разнообразные игровые автоматы, что позволяет включить в процесс обучения элементы игры;
на цифровых микросхемах можно создавать простые конструкции, выполняющие достаточно сложные алгоритмы по автоматизации процессов управления или измерению разнообразных параметров в промышленном и сельскохозяйственном производстве, медицине, учебном процессе, домашнем хозяйстве.
Рассмотрим требования к объектам детского технического творчества с применением элементов цифровой техники.
При выборе объекта необходимо основное внимание уделить тому, чтобы изготавливаемая конструкция была полезной и находила практическое применение, была интересной и посильной для изготовления в школьных условиях, позволяла получать новые теоретические знания, приобретать и закреплять необходимые практические навыки. Сложность изготавливаемых конструкций должна постепенно возрастать. Как показывает практика, эту сложность можно с достаточной степенью точности оценивать количеством корпусов микросхем, входящих в состав устройства. Так, в кружках начального технического творчества (V—VII классы) обычно собирают игрушки на 1—3 микросхемах малой степени интеграции, в VIII—IX классах число микросхем малой и средней степени интеграции доходит до 6—8 шт., а в старших классах это уже могут быть достаточно сложные цифровые приборы и устройства на 10—15 микросхемах средней и большей степени интеграции.
На этапе начального знакомства с цифровой техникой важнейшими объектами конструирования обычно являются устройства на основе мультивибраторов. Они применяются для создания разнообразных звуковых и световых эффектов, «оживляющих» игрушки (звери, птицы, смешные куклы, элементы карнавальных костюмов и т. п.). Взяв за основу схемы, рассмотренные в § 3.6, можно на одной-двух микросхемах создать разнообразные музыкальные звонки и сирены, имитаторы птичьих и звериных голосов, волка или зайца с мигающими глазами и т. д.
Все подобные конструкции, описания которых можно найти в радиолюбительской литературе, состоят из одного или нескольких последовательно включенных мультивибраторов с различными частотами генерируемых колебаний. На рисунке 7.2 показаны функциональные схемы подобных устройств:
а) мультивибратор с частотой генерации 1...5 Гц, который начинает работать при замыкании ключа S. К прямому и инверсному выходам подключены светодиоды — «перемигивающиеся глаза» игрушки;
б) однотональный генератор прерывистых сигналов, состоящий из двух последовательно включенных мультивибраторов. При
Do'stlaringiz bilan baham: |