Računalniški sistemi in omrežja
Načrtujte po tem učnem načrtu
Prijavite se kot učitelj in Astra po tem učnem načrtu pripravi letno pripravo ali pripravo na uro.
Opis teme
Dijaki nadgrajujejo znanje osnovnih konceptov arhitekture računalniških sistemov, vključno z zgradbo ukazov, različnimi načini naslavljanja pomnilnika ter razlogi za njihov obstoj. Razlagajo različne računalniške arhitekture ter sestavo mikrokrmilnika, kjer raziskujejo uporabo registrov, prekinitev in časovnikov. Seznanijo se z načini priklapljanja vhodno-izhodnih naprav ter razlikami med sinhronimi in asinhronimi prenosi podatkov. Svoje znanje uporabijo pri programiranju mikrokrmilnika, kjer implementirajo rešitve za določene probleme ter razvijajo razumevanje povezave med strojno in programsko opremo.
Arhitektura računalniških sistemov
Učni cilji
- Razlaga zgradbo ukaza, načine naslavljanja in vzroke za obstoj različnih naslavljanj,
- Pojasnjuje različne računalniške arhitekture,
- Razlaga sestavo mikrokrmilnika in možnost uporabe registrov,
- Pojasnjuje razloge za nastop in možnosti uporabe prekinitev,
- Razlaga načine priklapljanja vhodno-izhodnih naprav,
- Razlaga značilnosti sinhronih in asinhronih prenosov,
- Uporablja časovnik/števec v programu,
- Implementira rešitev danega problema na programskem modelu mikrokrmilnika.
Standardi znanja
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: zapiše sekvenco ukazov s katero reši problem in pri tem uporabi ustrezen način naslavljanja,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: primerja arhitekture CISC in RISC.
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: napiše programe z uporabo različnih registrov,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: na primeru programa pojasni strukturo podatkov v RAMu in izvajanje programa skozi strukture procesorja.
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: našteje običajne vzroke za nastop prekinitve,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: opiše različne prekinitve in postopke ob izvedbi prekinitve,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: napiše programe z uporabo prekinitev.
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: našteje vhodne in izhodne naprave ter opredeli njihove komunikacijske vmesnike,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: razloži pojem odtipavanje (pozivanje, polling),
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: poveže izbrano vhodno ali izhodno napravo z danim sistemom,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: kodira preproste programe za komunikacijo z napravami,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: primerja vzporedni in zaporedni prenos,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: razloži razlike med sinhronimi in asinhronimi prenosi.
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: razloži sinhronizacijo pri asinhronih prenosih,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: ponazori zgradbo podatkov,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: napiše program z uporabo vzporednega in serijskega vmesnika,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: razloži delovanje časovnika,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: napiše program z uporabo različnih načinov časovnika/števca,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: zapiše sekvenco ukazov s katero reši podan problem tako da: določi robne pogoje za testne podatke,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: zapiše sekvenco ukazov s katero reši podan problem tako da: testira rešitev,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: zapiše sekvenco ukazov s katero reši podan problem tako da: detektira in odpravi morebitne napake,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: zapiše sekvenco ukazov s katero reši podan problem tako da: dokumentira delujočo rešitev.
Minimalni standardi
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: našteje dele ukaza,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: opredeli vlogo posameznega dela ukaza,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: zapiše sled izvajanja sekvence ukazov z različnimi naslavljanji.
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: našteje elemente zgradbe harvardske in Von Neumanovske arhitekture,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: opiše vlogo posameznih elementov arhitekture,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: opiše elemente zgradbe CPE in vlogo posameznega dela,
- Ponazori zgradbo ukaza tako da: primerja različne računalniške arhitekture tako da: opiše registre (našteje vrste registrov, opredeli njihovo velikost) in njihov namen,
Pojmi
- Ukaz
- Operand
- Operacija
- Sled
- Arhitektura
- Harvard
- Von Neumann
- Procesor
- Vodilo
- Vhodno-izhodna enota
- Cisc
- Risc
- Aritmetično-logična enota
- Krmilna enota
- Register
- Širina registra
- Akumulator
- Programski števec
- Naslovni register
- Splošno namenski register
- Skladovni register
- Prekinitev
- Past
- Servis prekinitve
- Maskiranje prekinitve
- Vektorske prekinitve
- Vhodne naprave
- Izhodne naprave
- Vhodno-izhodne naprave
- Vzporedno in zaporedno povezovanje
- Naslavljanje naprave
- Povpraševanje
- Pozivanje
- Vzporedni prenosi
- Zaporedni prenosi
- Sinhroni
- Asinhroni prenos
- Vmesnik
- Časovnik (timer)
- Sekvenca
- Robni pogoj
- Test
- Napaka
- Dokumentacija
Didaktična priporočila
Didaktična priporočila: Pri izvedbi pouka lahko učitelj vključi:
Didaktična priporočila: kombinacijo frontalnega in aktivnega učenja, kjer uvodne razlage poda s pomočjo prezentacij, nato pa dijake usmeri v aktivno delo s praktičnimi nalogami. Pri razlagi zgradbe ukazov uporabi vizualna sredstva (diagrame, animacije),
Didaktična priporočila: problemsko učenje, kjer dijake spodbuja k reševanju konkretnih problemov z zapisovanjem sekvenc ukazov in programiranjem. Pri tem lahko organizira skupinsko analizo kode – dijaki drug drugemu komentirajo in izboljšujejo sekvence ukazov,
Didaktična priporočila: primere iz prakse, kjer poveže teorijo s praktičnimi primeri iz računalniških sistemov, mikrokontrolerjev (Motorola) ali vgrajenih sistemov,
Didaktična priporočila: sodelovalni pristop, kjer dijaki v parih ali skupinah rešujejo naloge in primerjajo različne arhitekture ter metode in načine naslavljanja.