计算机组成与基本原理教案教案.docx

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计算机组成与基本原理教案教案

计算机组成与基本原理教案教案

计算机组成与基本原理

一、教学课题及说明

课题：

计算机组成与基本原理

说明：

本教案充分考虑以下情况安排教学内容

1、学生状况

2、本专业的课程设置情况

3、本课程实验、实践教学

4、前期和后期课程的关系

5、计算机发展技术

6、本课程的学时数

7、本课程的教学部分内容可根据具体情况进行一定增删

二、教学内容

1、计算机系统概述

2、计算机中的数据表示

3、运算方法和运算器

4、存储系统

5、指令系统

6、中央处理器

7、计算机的输入/输出系统

8、计算机的外部设备

三、教学目标

1、了解计算机组成各部分

2、认识计算机系统的硬件部分

3、认识计算机系统的软件部分

4、了解计算机处理信息的过程

5、了解计算机系统的工作原理

7、培养学生自主学习、自主探索、合作学习、观察、以及总结归纳的能力

8、培养学生的动手实践能力，实现概念和实物的对接

9、培养使用计算机的良好道德

四、教学重点和难点

1、计算机中的数据表示（数据编码）

2、指令系统

3、中央处理器

4、存储系统

五、教学方法

1、课件演示、板书及相关的计算机设备实体

2、师生交流：

教师应注意课堂中的互动

3、学生学习方法：

自主学习（学生个人为学习主体）

小组（团队协作）学习（将学生分为小组，互相协作学习）

互助交流学习

4、人机交流：

通过实际的计算机操作，强化学生的识记

六、教学流程图

七、教学过程

1、创设情境，导入课程。

同学们,计算机这个词对于我们来说已经不再陌生了,它已经渗透到我们生活中的每个环节中去了。

那么你们知道哪些有关计算机的名词呢?

（根据学生的回答,教师作出相应的小结）。

同学们,你们所说的这些名词有的是计算机的硬件,有的是计算机的软件,还有一些则是计算机的应用,今天我们就要学习计算机的组成,和基本原理。

希望通过本课的学习，同学们可以对计算机有比较全面的了解，并且能认识和简单的说明各部分的名称及其功能（作用）。

也希望，各位同学能通过本课的学习，培养对于计算机的兴趣，并且在以后的学习过程中乃至以后的人生能在计算机方面有所作为。

2.授课

在这里，我们以台式机为例进行讲解。

计算机，顾名思义就是用于计算的工具。

计算机从总体上可分为两大类：

电子模拟计算机和电子数字计算机。

今天我们所讲的计算机都是指电子数字计算机，因此计算机的一个比较确切的定义是：

计算机是一种以电子器件为基础，不需要人工直接干预，能够自动、高速、准确地对各种信息进行存储和处理的工具，是一种有硬件和软件构成的复杂的自动化设备。

正如大家刚才讲的各种计算机的名词，其实也就可以分为硬件和软件两大类。

首先，在进入课程之前，让我们来简单的回顾计算机的诞生和发展。

那么在这里，我想问大家一个问题，谁知道世界上第一台计算机是什么时候诞生的？

（人类历史上的第一台计算机产生于1946年2月，美国宾夕法尼亚大学摩尔学院与美国军方阿伯丁弹道实验室试制成功一台电子数字积分和计算机（ElectronicNumericaolIntergratorAndCalculator,ENIAC））。

自从世界上第一台计算机诞生以来，已经过去了六十四年。

在这期间，计算机已经发展到了第五代，即新一代计算机。

所谓新一代计算机，是指采用了巨大规模集成电路，计算机从数值过度到以知识推理为主，并允许用户使用自然，运算速度提高到每秒几亿次以上。

（第一代计算机1946-1957年，电子管计算机。

第二代计算机1958-1964年，晶体管计算机。

第三代计算机1965-1973年，集成电路计算机。

第四代计算机1974-1985年，超大规模集成电路计算机。

第五代计算机1986至今，巨大规模计算机）。

好，现在我们开始来学习计算机的组成和基本原理。

提到计算机，就得提到一个人，这个人是谁呢？

他就是，冯·诺依曼，他的以“以二进制计数制、存储程序和程序控制”为核心的设计思想是目前计算机设计的理论基础。

下面我们来简单了解一下冯·诺依曼型计算机的特点：

1、采用二进制表示指令和数据；2、存储程序控制。

①计算机硬件系统

好了，刚才我们将计算机有硬件和软件两大部分组成。

现在，我们先来学习计算机的硬件系统。

计算机的硬件是指计算机中的电子线路好物理装置。

它们是看得见、摸得着的实体，是计算机的物质基础。

冯·诺依曼体系结构的计算机硬件系统由存储器、运算器、控制器、输入设备和和输出设备五大部分组成，它们之间通过系统总线连接在一起。

计算机硬件系统：

存储器：

存储器是计算机操作的依据，数据时计算机和操作的对象。

而存储器正是计算机中存放程序和数据的部件，它是计算机能够实现“存储程序控制”的基础。

运算器：

是对数据进行处理和运算的部件，主要由算术逻辑部件（ALU）、累加器和通用寄存器组及内部总线等组成。

控制器：

控制器是整个计算机的指挥控制中心，它根据指令的要求向计算机各个部件发出微操作控制信号，控制运算器、存储器以及输入输出设备自动、有序、协调地进行工作。

输入/输出设备：

输入设备是将各种形式的输入信息转换为机器可以识别的编码形式的设备，如键盘、鼠标等。

输出设备是将计算机的输出信息转换为人可接受的信息形式的设备，如显示器、打印机等。

教学方法：

结合课件及各种图片和视频资料，为学生展示各种计算机硬件，并简单的说明它们的名称和基本功能

师生互动：

让学生根据图片说出各个部件的名称

②计算机软件系统

一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成。

硬件是计算机系统的物质基础，软件是计算机的灵魂，解决任何实际问题都必须依靠相应的软件。

没有软件的计算机成为“裸机”。

所谓“软件”是指计算机系统使用的各种程序和文档资料的总称，软件的主体是程序。

计算机软件一般来说可分为系统软件和应用软件两大类。

系统软件：

操作系统

语言处理程序

应用软件

师生互动：

教师让学生说出自己知道的各种计算机的软件

教师进行总结评价

③计算机的分类：

通用计算机和专用计算机（结合课件，用图片或视频进行展示）

通用计算：

巨型机

大型机

中型机

小型机

微型机

④计算机的主要性能指标:

1.字长：

字长是指CPU同时处理参与算术或逻辑运算的二进制操作数的位数。

字长的实质是指CPU内部寄存器、运算器、内部数据总线等部件的宽度。

2.运算速度：

运算速度是指计算机每秒钟执行指令的条数。

运算速度的单位是MIPS（百万条每秒）。

3.主频：

主频又称时钟频率，是指CPU每秒产生的时钟脉冲数，以MHZ（兆赫兹）为单位。

4.存储容量：

存储容量主要包括主存储器的容量和外存储器的容量。

5.存取周期：

存储器完成一次数据的读取或写存操作所需要的时间称为存储器的存取时间，存储器执行一次完整的读写操作所需要的实践称为存取周期。

6.系统总线和传输速率：

系统总线传输速率指单位时间内通过系统总线输入/输出数据的字节数，它取决于系统总线中数据线宽度和总线周期。

7.配置的软件及外围设备的种类：

一般情况下，系统配置的软件越多，软件功能越强，系统的性能越高。

8.可靠性、可用性和可维修性：

可靠性用故障平均间隔时间MTBF来衡量，MTBF等于计算机系统有效使用时间（时间）除以故障次数。

可用性是指计算机系统有效使用时间按除以有效使用时间加上故障修复时间之和。

可维修性用故障修复的平均时间来衡量。

教学方法：

教师通过演示，如何在计算机上查看计算机的各项性能参数

⑤计算机中的数据表示：

1、数据是对事实、概念或指令的一种特殊表达形式，这种特殊的表达形式可以用人工的方式或自动化的装置进行通信、翻译转换或者进行加工处理。

2、十进制、二进制、八进制和十六进制及之间的相互转换

3、数据校验：

奇偶校验、海明码校验、循环冗余校验（CRC）

4、非数值数据的表示：

字符和字符串的表示：

ASCLL码

汉字的表示：

汉字国标码

汉字区位码

汉字机内码

⑥运算方法和运算器：

1、原码、反码、补码和移码的运算

2、逻辑运算：

逻辑非、逻辑或、逻辑与

师生互动：

教师可以出一些简单的题目，让学生来做

⑦存储系统：

存储器的基本概念：

1、存储元：

存储器最小组成单元

2、存储单元：

是CPU访问存储器的基本单位

3、存储单元地址：

在存储器中用以表示存储单元的唯一编号

4、存储体：

许多存储单元的集合

5、字存储单元：

存放一个字的存储单元（字地址）

6、字节存储单元：

存放一个字节的存储单元（字节地址）

7、按字寻址计算机：

可编址的最小单位是字存储单元的计算机

8、按字节寻址计算机：

可编址的最小单位是字节的计算机

存储器的分类：

按存储介质分：

磁芯存储器、半导体存储器、磁表面存储器和光盘存储器

按信息存取方式分：

随即存取存储器、只读存取存储器、顺序存取存储器、直接存取存储器

按在计算机系统中的作用分：

主存储器、高速缓存存储器、辅助存储器

虚拟存储系统：

段式虚拟存储器

页式虚拟存储器

段页式虚拟存储器

⑧指令系统：

基本概念：

一台计算机所能执行的全部指令的集合称为指令系统，或称为指令集。

指令系统的要求：

1、完备性

2、有效性

3、规整性

4、兼容性

指令的基本格式：

1、零地址指令格式

2、一地址指令格式

3、二地址指令格式

4、三地址指令格式

5、多地址指令格式

指令的寻址方式：

1、顺序寻址方式

2、跳跃寻址方式

操作数寻址方式：

1、立即寻址方式

2、直接寻址方式

3、间接寻址方式

4、变址和基址寻址方式

5、相对寻址方式

6、寄存器寻址方式

指令类型：

1、数据传送指令

2、算术运算指令

3、逻辑运算与移位指令

4、程序控制指令

5、输入/输出类指令

6、字符串处理指令

7、处理器控制指令

8、特权指令

指令系统：

1、80x86的指令系统

2、SPARC的指令系统

⑨中央处理器：

CPU的功能：

1、指令控制

2、操作规程控制

3、时间控制

4、数据加工

CPU的组成：

1、运算器

2、控制器

CPU中的主要寄存器：

1、指令寄存器（IR）

2、程序计数器（PC）

3、地址寄存器（AR）

4、数据缓冲寄存器（DR）

5、累加寄存器（ACC）

6、状态条件寄存器

CPU主要技术参数：

1、字长

2、内部工作频率

3、外部工作频率

4、片内Cache的容量和速率

5、工作电压

6、地址总线宽度

7、制造工艺

CPU新技术：

1、并行处理技术

2、流水线

3、精简指令系统

师生互动：

让学生以组为单位，讨论如果购买CPU，应该买什么样的配置，各个参数如何？

教师进行总结评价

教师通过操作计算机演示如何查看计算机的性能参数

之后，也可让学生上台自行操作，加深其印象

⑩计算机的输入/输出系统：

主机与外部设备之间的连接模式：

1、总线型

2、辐射性

3、通道型

4、IOP方式

计算机总线分类：

按连接部件：

1、内部总线

2、系统总线

3、通信总线

按数据传送格式：

1、并行总线

2、穿行总线

总线举例：

1、ISA

2、PCI

3、PCI-E

4、USB

5、SCSI

输入输出接口：

接口是指中央处理器和内存、外部设

备，两种外部设备间或两种机器之间通过总线连接的逻辑部件。

接口的功能：

1、数据转换

2、数据缓冲与时序配合

3、提供外部设备好自己按的通信联络控制

4、电平匹配和负载匹配

5、程序中断

6、提供外部设备和接口的状态

接口的组成：

1、数据缓冲寄存器

2、控制寄存器

3、状态寄存器

4、内部定时与控制逻辑

接口的分类：

1、按照数据传输宽度分：

并行接口和穿行接口

2、按照操作的节拍分类：

同步接口和异步接口

3、按信息传送的控制方式分类：

程序控制的输入输出接口、程序中断的输入输出接口和直接存储器存取接口

外设的识别与I/O端口的编制方式：

1、统一编址

2、I/O独立编址

CPU与外设之间数据的传送方式：

1、程序查询传递方式

2、程序中断方式

3、直接存储器访问方式

4、通道方式

5、I/O处理机方式

11、计算机的其他设备：

外部设备的分类：

1、输入/输出设备

2、辅助存储器

3、终端设备

4、过程控制设备

外部设备的作用：

1、实现人机交互

2、完成数据格式变换

3、存储数据资源

4、拓展计算机应用领域

输入设备：

1、键盘

2、鼠标

3、触摸屏

4、扫描仪等

输出设备：

1、显示设备：

CRT、PD、LED、LCD

2、打印设备：

喷墨打印、针式打印机、激光打印机

磁介质存储设备：

磁盘阵列（RAID）

光盘存储器：

1、CD-ROM

2、CD-R

3、CD-RW

4、DVD

新型辅助存储器：

大容量可移动存储器：

1、磁盘

2、磁光盘

3、磁带

闪存卡和USB电子盘

师生互动：

让学生说出自己见过的各种外设

让学生以组为单位讨论如果需要购买外设

应考虑什么样的指标？

教师进行总结评价

3、归纳总结：

本节课只是给同学们讲解计算机的组成和基本原理中的概念和一些简单的原理，也给大家讲解了计算机的各种软硬件和性能指标。

当然，这些只是比较简单的东西，虽然有些内容确实是比较的难。

但是，我相信通过各位同学的努力，你们都会掌握的。

至于计算机的组成和基本原理的更深层次的内容，我们将会在以后的课程中进一步地去学习。

4、复习、布置作业：

1、简单回顾本节课所讲的内容，让学生记忆更加深刻；

也可以通过提问的方式，让学生回忆通过本课程学到的知识；

2、布置作业：

①让学生对本节课内容进行整理；

②让学生在课后搜索相关的计算机资料，进行自学；

③让学生能够说出计算机的各个组成部分的名称和功能；

④让学生做好预习工作。

八、教学总结

本课程教学特点：

第一、教学流程设计上符合认知规律

第二、鼓励学生动手操作

通过参与，学生对计算机的硬件特别是主机部分的设备有一个更直观的认识

第三、结合课件讲解

这样做的好处是使枯燥的知识易于理解、掌握而且直观，通过实物与教学课件的有机结合，使学生对计算机有了更为系统的认识

总结：

计算机理论的讲授是比较枯燥的过程，学生在学习过程中容易产生厌学情绪。

为了激发学生的学习兴趣，教学过程应符合学生的认知规律，教学方法和策略应根据学生的实际情况来制定，要一切从实际出发。

在教学过程中，不可一味的讲授理论知识，应结合课件和多中视频图片进行教学，激发学生的学习兴趣。

并且要注重和学生的互动，鼓励学生主动的参与到教学中，使学生更好的进行学习。

教学方法上，将学生分为小组进行学习，可以培养学生的团队协作精神，能在团队中充分的发挥自己的水平，在合作中潜移默化的学习本课程的知识。

在课后，还要让学生自己试着去搜索计算机的相关资料进行自学，并且能够说出计算机各个组成部分的名称和其基本功能。

同时，也利于在以后的课程中的学习。

单兴喜220705005

2010年3月21日