微型计算机的基本工作原理.docx

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微型计算机的基本工作原理

微型计算机的基本工作原理

课题

微型计算机基本工作原理

学时

一课时（45分钟）

教学形式

讲授法

教学准备

教材、教案、多媒体课件

教学目的与要求

1.熟悉微型计算机系统组成及作用

2.简单描述计算机系统的工作原理

3．绘制冯·诺依曼结构图（计算机基本结构图）

教学内容、方法和过程

附记

【组织教学】

检查考勤

稳定学生情绪，集中学生注意力

【复习与导入】

在上一讲的课程中，我们学习了计算机的历史，知道世界上第一台计算机是1946年由美国研制的ENIAC，之后经过了四代的发展，到现在计算机已经有了很多的种类，，根据用途的不同，我们可以简单地将其分为超级计算机、大中小型计算机、微型计算机三大类。

我们这门课程主要学习的就是微型计算机，这一节课我们就来一起认识下微型计算机的基本工作原理。

【课程讲述】

§1.2微型计算机的基本工作原理

一、冯·诺依曼理论

计算机问世５０年来，虽然现在的计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域和价格等方面与当时的计算机有很大的差别，但基本体系结构没有变，都属于冯·诺依曼计算机冯·诺依曼理论，主要思想有三点：

1、采用二进制表示数据或指令。

我们都知道计算机是“数字化”的，最早提出计算机应采用数字化的就是冯·诺依曼，而计算机中的数字化一

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此处配合书写板书，板书设计见本教案最末页

教学内容、方法和过程

附记

般就是指在计算机内部，各种信息都是采用二进制编码进行传送、存储和处理的。

2、计算机的结构由输入设备、存储器、运算器、控制器和输出设备5大部件组成。

3、计算机应采用“存储程序”和“程序控制”的方式工作。

解释如下：

向计算机提供有关的控制命令信息，指挥计算机工作的命令称为指令，程序是为了解决某一问题而设计的操作指令的有序集合。

而程序是要用某种语言来编制的，编制程序的过程称为程序设计。

这些用以编制程序的计算机语言也就是程序设计语言。

存储程序就是把解决问题的程序和需要加工的处理的原始数据存入存储器中。

计算机工作时，控制器从存储器中按程序设计的顺序逐条读出指令，并发出于各条指令相对应的控制信号，指挥和控制计算机各个部分协调工作，使整个信息处理过程在程序控制下自动实现。

迄今，计算机还是采用这个工作原理。

二、计算机系统组成

一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分组成。

硬件系统是计算机的实体部分，由电子的、

教学内容、方法和过程

附记

磁性的、机械的、光的元器件组成，换句话说就是这些看的到摸得着的电子的或机械的部件称为硬件。

软件是相对于硬件而言的，是指在计算机硬件上运行的各种程序和有关文档的总称。

具体我们可以通过一个图示来表示。

图示解释如下：

硬件是计算机的身体，分为主机和外部设备。

其中主机是计算机最主要的部件，对任何计算机而言都不可缺少的是主机中的中央处理器和内存储器。

中央处理器是计算机的大脑，分为运算器和控制器两部分，运算器负责计算机所有信息的加工处理，控制器负责发出各种控制信号。

存储器是用来存放信息的地方，信息又分为临时和永久的，由于CPU的运行速度非常快，需要经常访问存储器。

但存储容量、读写速度、体积及价格不可能同时满足，为了解决上述矛盾，将急需处理的信息放在内存，内存采用

此处配合板书

教学内容、方法和过程

附记

半导体电路器件，速度快、容量小、价格高；外存采用磁性材料，容量大、价格便宜、速度慢。

外存是外部设备的一部分，除了外存外，外部设备还包括输入设备和输出设备。

输入设备是将原始的数据和人们编好的程序输入到计算机中的部件，常见的输入设备有鼠标、键盘、扫描仪、手写板、话筒和摄像头等等。

而输出设备是可以将计算机的工作结果以数字、字符、图表等形式表现出来，常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、音箱等。

输入设备、存储器、运算器、控制器和输出设备5大部件共同连接在一起组成了计算机的硬件系统。

软件也称软体是指计算机系统中的程序及其文档，程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料。

程序必须装入机器内部才能工作，文档一般是给人看的，不一定装入机器。

计算机软件总体分为系统软件和应用软件两大类。

系统软件使得计算机使用者和其他软件将计算机当作一个整体而不需要顾及到底层每个硬件是如何工作的。

一般来讲，系统软件包括操作系统和一系列基本的工具（比如编译器，数据库管理，存储器格式化，文件系统管理，用户身份验证，驱动管理，网络连接等方面的工具）。

应用软件是为了某种特定的用途而被开发的软件。

比如微软的Office

教学内容、方法和过程

附记

软件，也可以是一个由众多独立程序组成的庞大的软件系统，比如数据库管理系统。

计算机的功能是通过硬件和软件共同发挥作用的。

如果我们把计算机比喻成人的话，硬件就好比是人的身体，而软件犹如计算机的灵魂，两者相辅相成、互相渗透。

三、冯·诺依曼结构图

按冯·诺依曼描述的工作原理，计算机由输入设备、存储器、运算器、控制器和输出设备5大部件组成。

那么它们之间又是如何配合来工作的呢？

下面我们就通过冯·诺依曼结构图来认识一下。

解释如下：

在图中实线为数据流，虚线为控制流，通过这个结构图我们可以更好地理解“存储程序”和“程序控制”。

输入设备在控制器控制下输入解题程序和原始数据，控制器从存储器中依次读出程序的一条条指令，经过译码分析，发出一系列操作信号以指挥运算器、存储器等到部件完成

此处配合板书

教学内容、方法和过程

附记

所规定的操作功能，最后由控制器命令输出设备以适当方式输出最后结果。

这一切工作都是由控制器控制、而控制器赖以控制的主要依据则是存放于存储器中的程序。

人们常说，现代计算机采用的是“存储程序”和“程序控制”方式工作，就是这个意思。

如果想叫计算机工作，就得先把程序编出来，然后通过输入设备送到存储器保存起来，即程序存储。

下面就是执行程序的问题。

根据冯·诺依曼的设计，计算机应能自动执行程序，执行程序完成后，我们这些用户从输出设备上得到处理的结果，这样就完成了整个的工作过程。

简单来说就是下面5步骤：

①编辑程序，通过输入设备送到存储器保存

②取出指令：

从存储器某个地址中取出要执行的指令送到CPU内部的指令寄存器暂存。

③分析指令：

把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令对应的微操作。

④执行指令：

根据指令译码，向各个部件发出相应控制信号，完成指令规定的各种操作。

⑤为执行下一条指令作好准备，即取出下一条指令地址。

计算机的五个部分就是这样来配合工作的。

教学内容、方法和过程

附记

【课程小结】

在本节课的学习中，我们学习了微型计算机的基本工作原理，主要内容有三点：

第一个知识点是冯·诺依曼的三点理论，第一，采用二进制表示数据或指令；第二，计算机的硬件由输入设备、存储器、运算器、控制器和输出设备组；第三，计算机应采用“存储程序”和“程序控制”的方式工作。

第二个知识点是计算机系统，我们将计算机比作人，硬件是身体，软件是灵魂，简单了解了计算机系统的组成。

第三个知识点是冯·诺依曼结构图，通过掌握这个结构图，能够了解计算机的组成，并掌握计算机的基本工作原理，这也是我们这节课的重点，希望大家能够掌握。

【布置作业】

1.绘制冯·诺依曼结构图，并用自己的话描述计算机系统的工作原理。

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此处配合板书

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教学内容、方法和过程

附记

【板书设计】

一、冯·诺依曼理论

1、采用二进制表示数据或指令

2、计算机的硬件由输入设备、存储器、运算器、控制器和输出设备组成

3、计算机应采用“存储程序”和“程序控制”的方式工作

二、计算机系统

三、冯·诺依曼结构图