Конспект урока по информатике и ИКТ в 9 классе «Логические элементы и основные логические устройства компьютера»
муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Средняя школа № 14»
Конспект урока по информатике и ИКТ
«Логические элементы
и основные логические устройства компьютера»
9 класс
Учитель информатики и ИКТ:
Денисова И.В.
Арзамас, 2014
ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА
ФИО учителя
Денисова Ирина Владимировна
Место работы
МБОУ СШ №14
Должность
Учитель
Предмет
Информатика и ИКТ
Класс
9 класс
Тема урока
«Логические элементы и основные логические устройства компьютера»
Базовый учебник
Информатика. Учебник 7-9 класс. Часть 1 (Теория) / Под ред. проф. Н.В.Макаровой.
Информатика. Учебник 7-9 класс. Часть 2 (Практикум) / Под ред. проф. Н.В.Макаровой.
Тема урока: «Логические элементы и основные логические устройства компьютера»
Тип урока: изучение нового материала.
Цель: познакомить с основными базовыми логическими элементами и основными логическими устройствами компьютера.
Задачи урока:
Образовательные:
сформировать у учащихся представление об устройствах элементной базы компьютера;
показать схемы основных логических операций;
сформировать навыки построения логических схем по данному логическому выражению, и наоборот, по данной логической схеме определять логическое выражение.
Развивающие:
формировать развитие алгоритмического мышления;
развивать мировоззрение (т.е. способствовать формированию взглядов на окружающий мир);
продолжать способствовать развитию ИКТ - компетентности:
уметь получать и обрабатывать информацию,
уметь использовать информационные технологии.
Воспитательные:
продолжить формирование познавательного интереса к предмету информатика;
воспитывать личностные качества:
активность,
самостоятельность,
аккуратность в работе.
Требования к знаниям и умениям:
Учащиеся должны знать:
основные логические функции (конъюнкция, дизъюнкция, инверсия), таблицы истинности;
основные базовые элементы логических схем;
правила составления логических схем.
Учащиеся должны уметь:
строить таблицы истинности логических функций, которые состоят из основных логических функций;
строить логические схемы по данному логическому выражению;
по данной логической схеме определять логическое выражение.
Методы организации учебной деятельности:
фронтальная;
индивидуальная;
групповая.
Основные понятия, изучаемые на уроке:
логический элемент;
конъюнктор;
дизъюнктор;
инвертор;
электронная схема.
Технологии: технология развития критического мышления, здоровьесберегающая технология, информационно-коммуникационная технология.
Ресурсы:
Информатика. Учебник 7-9 класс. Часть 1 (Теория)/ Под ред. проф. Н.В.Макаровой.
Информатика. Учебник 7-9 класс. Часть 2 (Практикум)/Под ред. проф. Н.В.Макаровой.
ЦОР [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
обучающая презентация
раздаточный материал
персональный компьютер (ПК) учителя
мультимедийный проектор
экран
ПК учащихся.
План урока:
Организационный момент (1 мин.).
Постановка цели и формулировка задач урока (2 мин.).
Проверка домашнего задания (10 мин.).
Изучение нового материала (12 мин).
Закрепление изученного материала (10 мин.).
Рефлексия (2 мин.).
Домашнее задание (2 мин.).
Итог урока (1 мин.).
Ход урока
Деятельность учителя
Деятельность учащихся
1. Организационный момент (1 мин.)
Приветствие, проверка готовности к уроку.
Учащиеся рассаживаются по местам. Проверяют наличие принадлежностей.
2. Постановка цели и формулировка задач урока (2 мин.)
Отгадайте ребус, узнайте тему урока: (слайд №1)
Тема нашего урока «Логические элементы и основные логические устройства компьютера». (слайд №2) Сегодня на уроке мы должны с вами повторить основные понятия формальной логики, вспомнить все изученные на прошлых двух уроках логические выражения и логические операции, порядок выполнения логических операций в сложном логическом выражении, а так же закрепить построение таблиц истинности для сложных логических выражений. Так же основной задачей нашего урока будет познакомиться с логическими элементами и основными логическими устройствами компьютера.
Логические элементы
Учащиеся записывают тему урока в тетрадь.
3. Проверка домашнего задания (10 мин.)
Учитель после поставленных целей и задач проходит по классу и проверяет наличие домашней работы в тетрадях учеников.
1) Учитель проводит фронтальный опрос учащихся по теме «Логические операции». (слайд №3)
1. Кто основоположник алгебры логики?
2. Перечислите все логические операции, которые вы знаете?
3. Дайте определение конъюнкции и постройте таблицу истинности.
4. Дайте определение дизъюнкции и постройте таблицу истинности.
5. Дайте определение инверсии и постройте таблицу истинности.
6. Дайте определение импликации и постройте таблицу истинности.
7. Дайте определение эквивалентности и постройте таблицу истинности.
8. Расскажите порядок логических операций в сложном логическом выражении.
2)Закрепление материала по теме «Построение таблиц истинности для сложных логических выражений»
Задача. Постройте таблицы истинности для следующих логических выражений.
13 QUOTE 1415 (слайд 4)
А
В
С
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
0
13 QUOTE 1415 (слайд 5)
А
В
С
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
13 QUOTE 1415 (слайд 6)
А
В
С
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
0
0
3)Учащимся предлагается заполнить части кластера по теме «Логические функции. Таблицы истинности логических функций».
(Приложение 1)
Учитель актуализирует ранее полученные знания, которые помогут более эффективному усвоению материала посредством вопросов:
Какое ключевое слово нашей темы?
По какому принципу идут уровни кластера?
Что находится на первом, втором, третьем уровне?
С каким уровнем возникли проблемы?
Учащиеся отвечают на вопросы.
Английский математик Джордж Буль
Конъюнкция, дизъюнкция, инверсия, импликация, эквивалентность
Логическая операция , ставящая в соответствие двум простым логическим выражениям новое – сложное логическое выражение, которое будет истинным тогда и только тогда, когда истинны оба исходных (простых) логических выражения
А
В
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
Логическая операция , ставящая в соответствие двум простым логическим выражениям новое – сложное логическое выражение, которое будет истинным тогда и только тогда, когда истинно хотя бы одно из исходных (простых) логических выражений
А
В
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
Логическая операция, определяется над одним аргументом следующим образом: если исходное выражение истинно, то результат его отрицания будет ложным, и наоборот
А
1
0
0
1
Логическая операция , ставящая в соответствие двум простым логическим выражениям новое – сложное логическое выражение, которое будет ложно тогда и только тогда, когда истинно первое логическое выражение, а второе ложно
А
В
0
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
Логическая операция , ставящая в соответствие двум простым логическим выражениям новое – сложное логическое выражение, которое будет истинным тогда и только тогда, когда оба логических выражения либо истинны, либо ложны
А
В
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
Инверсия, конъюнкция, дизъюнкция, импликация, эквивалентность
Решения учащиеся записывают в тетради. По одному ученику на задание выходят к доске и проверяют себя у доски. Затем учитель показывает правильное решение на слайде.
Учащиеся заполняют кластер.
Вариант заполнения кластера (слайд 7)
Выслушиваются варианты ответов учащихся
4. Изучение нового материала (12 мин)
Таким образом, мы повторили материал, а теперь преступим к изучению новой темы.
Как известно, любая информация при обработке на компьютере представляется в двоичной форме, то есть кодируется некоторой последовательностью 0 и 1. Поэтому упрощенно можно представить работу компьютера как некоторого устройства, производящего обработку двоичных сигналов, соответствующих 0 и 1. Такую обработку в любом компьютере выполняют так называемые логические элементы, из которых составляются логические схемы, выполняющие различные логические операции. Реализация любых логических операций над двоичными сигналами основана на использовании логических элементов трех типов: И, ИЛИ, НЕ.
Логический элемент – это электронное устройство, реализующее одну из логических функций (слайд 8). Рассмотрим указанные три простейших элемента. В зависимости от типа элемента на его вход подается один или несколько входных сигналов, а на выходе – снимается один выходной сигнал. Названия и условные обозначения этих логических элементов являются стандартными и используются при составлении и описании логических схем компьютеров.
Логический элемент И (конъюнктор) выполняет логическое умножение (слайд 9). Сигнал на выходе этого логического элемента будет только в том случае, если есть сигнал на всех входах.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415 1 схема
Оба контакта в положении "выключено". Тока нет. Лампочка не горит..
Первый контакт в положении "включено", второй – в положении "выключено". Ток не идёт, лампочка не горит.
Оба контакта в положении "включено". Тогда ток через лампочку идёт и она горит.
Учащиеся делают вывод
Логический элемент ИЛИ (дизъюнктор) выполняет логическое сложение (слайд 10). Он имеет несколько входов и один выход. Сигнал на выходе будет, если есть сигнал хотя бы на одном входе.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415 2 схема
Оба контакта в положении "выключено". Тока нет. Лампочка не горит.
Первый контакт в положении "включено", второй – а положении "выключено". Ток идёт, лампочка горит.
Обратная ситуация. Первый контакт в положении "выключено", второй – в положении "включено". Ток идёт, лампочка горит.
Оба контакта в положении "включено". Ток через лампочку идёт и она горит.
Учащиеся делают вывод
Логический элемент НЕ (инвертор) выполняет логическое отрицание (слайд 11). Он имеет один вход и один выход. Отсутствие сигнала (напряжения) обозначим через «0», а наличие сигнала через «1». Сигнал на выходе всегда противоположен входному сигналу. Это видно из таблицы истинности, которая показывает зависимость выходного сигнала от входного.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415 3 схема
В этом устройстве в качестве переключателя используется автоматический ключ. Когда тока в нём нет, пластинка замыкает контакты и лампочка горит.
Если на ключ подать напряжение, то вследствие явления электромагнитной индукции пластинка прижимается и цепь размыкается. Лампочка не горит.
Учащиеся делают вывод
Обработка любой информации на компьютере сводится к выполнению процессором различных арифметических и логических операций. Для этого в состав процессора входит так называемое арифметико-логическое устройство. Оно состоит из ряда устройств, построенных на рассмотренных выше логических элементах. Важнейшими из этих устройств являются регистры и сумматор.
Регистр (слайд 12) представляет собой электронный узел, предназначенный для хранения многоразрядного двоичного числового кода. Такой код может быть числовым кодом команды, выполняемой процессором, либо кодом некоторого числа, которое используется при выполнении данной команды. Упрощенно можно представить регистр как совокупность ячеек, в каждой из которых может быть записано одно из двух значений: 0 или 1, то есть один разряд двоичного числа. Такая ячейка называется триггером, представляет собой некоторую логическую схему, составленную из рассмотренных выше логических элементов. Под воздействием сигналов, поступающих на вход триггера, он переходит в одно из двух возможных устойчивых состояний, при которых на выходе будет выдаваться сигнал, кодирующий значение 0 или 1. Для хранения в регистре одного байта информации необходимо 8 триггеров.
Сумматор (слайд 13) – это электронная схема, предназначенная для выполнения операции суммирования двоичных числовых кодов. При суммировании по правилам двоичной арифметики двух единиц результат равен 10 и происходит перенос 1 в старший двоичный разряд. Для реализации простейшей операции суммирования одноразрядных двоичных чисел используется логическая схема (одноразрядный сумматор), составленная из следующих логических элементов: двух элементов И, одного элемента ИЛИ и одного элемента НЕ. Эта схема имеет три входа (два слагаемых и возможный перенос из предыдущего разряда) и два выхода (сумма и возможный перенос в следующий разряд). Многоразрядный сумматор строится как логическая схема на основе одноразрядных двоичных сумматоров.
Таким образом, можно сделать вывод, что логические элементы являются теми строительными «кирпичиками», из которых путем конструирования логических схем строится «здание» любого современного компьютера.
Учитель объясняет алгоритм построения логических схем:
Недостатками контактных схем являлись их низкая надёжность и быстродействие, большие размеры и потребление энергии. Поэтому попытка использовать такие схемы в ЭВМ не оправдала себя. Появление вакуумных и полупроводниковых приборов позволило создавать логические элементы с быстродействием от 1 миллиона переключений в секунду. Именно такие электронные схемы нашли своё применение в качестве элементной базы ЭВМ.
Элементы, реализующие базовые логические операции, назвали базовыми логическими элементами или вентилями (слайд 14).
Почему необходимо уметь строить логические схемы?
Дело в том, что из вентилей составляют более сложные схемы, которые позволяют выполнять арифметические операции и хранить информацию. Причем схему, выполняющую определенные функции, можно построить из различных по сочетанию и количеству вентилей.
Алгоритм построение логических схем. (слайд 15)
Определить число логических переменных.
Определить количество базовых логических операций и их порядок.
Изобразить для каждой логической операции соответствующий ей вентиль.
Соединить вентили в порядке выполнения логических операций.
(Можно посмотреть фильм, в котором будет рассказано о логических элементах и основных логических устройствах компьютера. Фильм рассчитан на 10 минут).
Записывают в тетрадь определения, строят схемы логических операций
Вывод: первая схема реализует логическую операцию "И".
Вывод: вторая схема реализует логическую операцию "ИЛИ".
Вывод: третья схема реализует логическую операцию "НЕ".
Смотрят фильм.
5. Закрепление изученного материала (10 мин.)
Решение задач у доски.
Пример 1. (слайд 16)
Составить логическую схему для логического выражения:
F=A (B &A
Пример 2. (слайд 17)
Постройте логическую схему, соответствующую логическому выражению:
13 QUOTE 1415.
Работа по вариантам (Приложение 2):
Задание 1.
Постройте логические схемы, соответствующие логическим выражениям и найдите значения логических выражений:
Вариант 1: F = A
·B& [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]C, если А=1, В=1, С=1.
Вариант 2: F = ¬(A(B&C), если А=0, В=1, С=1.
Задание 2.
Составить логические выражения по логическим схемам:
Вариант1
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Вариант 2
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
После выполнения работы, задания разбираются на доске (слайды 18-22)
Выходят и решают задачи.
Две переменные – А и В.
Две логические операции: 1-&, 2-(.
Строим схему:
Вычислить значения выражения для А=1,В=0
Переменных две: А и В
Логических операций три: ( и две (; А(В((13 QUOTE 1415).
Схему строим слева направо в соответствии с порядком логических операций:
Вычислим значение выражения: F=1(0((13 QUOTE 1415)=0
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
6. Рефлексия (2 мин.)
При проведении рефлексии используется приём «Синквейн».
Синквейн (слайд 23)
1я строка – одно имя существительное.
2я строка – два прилагательных.
3я строка – три глагола.
4я строка – одно завершенное предложение (высказывание).
5я строка – одно итоговое слово.
Учащиеся по одному отвечают с места
7. Домашнее задание (2 мин.)
(слайд 24) (Приложение 3) § 23.4.
1.Построить логические схемы по формулам:
F= A
·B
·C, если А=1, В=0, С=1;
F= (A
·B)
·(C
·B), если А=0, В=1, С=0;
F= (A
·B
·C), если А=0, В=0, С=1.
2.Составить логические выражения по схемам:
Записывают домашние задание
8. Итог урока (1 мин.)
Итоги урока, выставление оценок.
- Вам было легко или были трудности?
- Что у вас получилось лучше всего и без ошибок?
- Какое задание было самым интересным и почему?
Учащиеся отвечают на поставленные вопросы
В
А
А
В
А
Рисунок 1Рисунок 2Рисунок 5Рисунок 6Рисунок 10img4.gif (4135 bytes)