Tölvuarkitektúr — hvernig tölvan hugsar
Tilgangur
Að nemendur skilji grunnatriði tölvuarkitektúrs: von Neumann-líkanið, hvernig örgjörvinn vinnur úr leiðbeiningum og hvernig gögn flæða á milli hluta.
Hæfniviðmið og námsmarkmið
Nemandi getur útskýrt grunnarkitektúr tölvu og hvernig gögn og leiðbeiningar flæða í kerfinu
- 1.1: Nemandi getur lýst von Neumann-líkaninu í grófum dráttum
- 1.2: Nemandi getur útskýrt fetch-decode-execute hringrásina
- 1.3: Nemandi skilur hvernig gögn flæða á milli örgjörva, vinnsluminnis og geymslu
Getustig og forsendur nemenda
- Lestur: Mjög góður lestur; getur lesið tæknilegan texta og flæðirit
- Tækni: Nemandi þekkir alla helstu vélbúnaðarhluta og hlutverk þeirra
- Aðrar forsendur: Nemandi getur hugsað abstrakt og unnið með flæðirit
Lýsing á kennslustund
Nemendur kynnast von Neumann-arkitektúrnum sem er grundvöllur flestra nútímatölva. Þau læra hvernig örgjörvinn sækir (fetch), afkóðar (decode) og framkvæmir (execute) leiðbeiningar. Nemendur skilja flæðið á milli örgjörva, vinnsluminnis og geymslu og hvers vegna þetta kerfi er enn í notkun í dag.
Kennarinn útskýrir von Neumann-líkanið: John von Neumann hannaði kerfi þar sem tölvan geymir bæði gögn og leiðbeiningar á sama stað (í minni). Örgjörvinn vinnur í þríþættri hringrás: Sækja (fetch) leiðbeininguna úr minni → Afkóða (decode) hvað á að gera → Framkvæma (execute) verkefnið. Nemendur gera hlutverkaleik: þrír nemendur eru örgjörvi, vinnsluminni og geymsla. „Geymslan“ sendir miða (leiðbeiningar) til „vinnsluminnisins“ sem sendir til „örgjörvans“ sem framkvæmir (t.d. leggur saman tvær tölur). Nemendur teikna síðan eigið flæðirit af ferlinu og bæta við dæmi (t.d. opna forrit, vista skrá). Bekkurinn ræðir: Hvers vegna er þetta enn notað í dag? Hverjir eru takmarkanir þessa líkans?
Verkfæri og hugbúnaður
Til að rannsaka og skoða hermilíkön af tölvuarkitektúr
Sjónrænt flæðirit gerir abstrakt hugtak áþreifanlegt
Kennsluaðferðir
Kennarinn notar flæðirit til að sýna hvernig gögn og leiðbeiningar flæða í tölvunni
Rannsóknargrundvöllur: Sjónræn framsetning eflir skilning á flóknum kerfum (Novak & Cañas, 2008)
Nemendur leika hlutverkin: einn er örgjörvinn, annar vinnsluminnið, þriðji geymslan
Rannsóknargrundvöllur: Hlutverkaleikir gera abstrakt ferli skiljanlegra og minnisstæðara (Vygotsky, 1978)
Matsaðferðir
- Hlutverkaleikur: Sýnir nemandinn skilning á hlutverki sínu í ferlinu?
- Flæðirit: Er flæðiritið rétt og sýnir fetch-decode-execute hringrásina?
- Umræða: Getur nemandinn útskýrt von Neumann-líkanið með eigin orðum?
Aðlögun
Nemandi rannsakar Harvard-arkitektúrinn og ber hann saman við von Neumann
Kennarinn einfaldar ferlið niður í þrjú skref og notar einfaldari samlíkingu (t.d. uppskrift)
Þverfaglegar tengingar
- Stærðfræði — rökhugsun og reiknirit
- Saga — saga tölvuvísinda (von Neumann og tímabilið)