计算机基础知识教案.docx

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计算机基础知识教案

计算机基础知识教案  

课程名称

计算机应用基础

章节名称

第一部分计算机基础知识

第一节 计算机的起源 第二节 计算机中数的表示方法

教学目的

通过本次教学，使学生了解计算机的形成过程，掌握计算机发展的几个阶段中主要特征；掌握二进制数在计算机中的应用的意义，熟练掌握常用进制数之间的相互转换。

教学重点

计算机发展的几个阶段中主要特征；常用进制数之间的相互转换。

教学难点

常用进制数之间的相互转换。

教学方法

讲授

教学环境

计算机室教室

教学用具

教学过程及内容

备 注

第一部分计算机基础知识

第一节 计算机的起源

计算工具的发展：

远在古代，人们为了记数和计算发明了算筹、算盘，并不断地追求更好的计算工具。

一、计算机产生的基础

（1）技术基础

1621年，英国人威廉·奥特瑞发明了计算尺。

法国数学家布莱斯·帕斯卡于1642年发明了机械计算器。

机械计算器用纯粹机械代替了人的思考和记录，标志着人类已开始向自动计算工具领域迈进。

1822年英国人查尔斯设计了差分机和分析机。

设计的理论非常的超前，类似于百年后的电子计算机。

机械计算机在程序自动控制、系统结构、输入输出和存贮等方面为现代计算机的产生奠定了技术基础。

制造电子计算机的关键性技术是采用电子元件代替机电式计算机中的继电元件和机械设备。

进入20世纪，电子技术有了飞速的进展，1906年，美国人弗斯特发明了电子管。

电子三极管控制电流的开关速度，比电磁继电器快１万倍，而且可靠性高得多。

可以用电子管取代继电器制作计算机。

后来，把一对三极管用电路连接起来，制成电子触发器，为电子计算机的产生作了进一步的技术准备。

（2）理论基础

现代科学的发展，特别是数学的发展，为电子计算机的产生提供了理论基础。

1854年，英国逻辑学家、数学家乔治·布尔就设计了一套符号，表示逻辑理论中的基本概念，并规定了运算法则，把形式逻辑归结成一种代数运算，从而建立了逻辑代数。

应用逻辑代数可以从理论上具体解决具有两种电状态的电子管作为计算机的逻辑元件问题。

提前差不多一个世纪为现代二进制计算机铺平了道路。

1936年，英国数学家图林发表了论文《理想计算机》，给出了现代电子数字计算机的数学模型，从理论上论证了通用计算机产生的可能性。

1938年，现代信息论的著名创始人香侬（美国）在发表的论文中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现。

二、第一台真正意义上的数字电子计算机（ENIAC）

1946年2月14日交付使用，运算速度：

5000次加法/秒，体重28吨，占地170m2，使用了18800只电子管和1500个继电器，功率150KW。

三、计算机发展的几个阶段

第一代：

（1946—1956）电子管，5千—4万（次/秒）。

   电子管的缺点：

体积大；耗能高、散热量大。

第二代：

（1957—1964）晶体管，几十万—百万（次/秒）。

   晶体管的优点：

体积小；耗能低；性能稳定。

第三代：

（1965—1970）集成电路，百万—几百万（次/秒）。

   将电脑浓缩在一颗芯片上。

第四代：

（1971—至今）大规模、超大规模集成电路，几百万—几亿（次/秒）。

   摩尔定律：

每18个月芯片能力增长一倍（计算机第一定律）。

四、计算机的商用化

Lyons公司参与部分投资，威尔克斯参考冯·诺依曼理论研制EDSAC，第一台程序存储式计算机于1949年交付使用，进入社会用于商业管理，开启办公自动化理念。

利用多媒体教学设备和教学课件，在讲授中实时播放重点内容和相应图片。

第二节 计算机中数的表示方法

一、进位计数制

数制是人们为了处理数字所做的一种进位规定。

人们日常习惯使用十进制数，实际上也经常使用其它进制数。

如60秒为１分，60分为１小时；两只鞋为一双；中国旧制秤16两为１斤等。

计算机中应用的逻辑电子器件具有通、断两种稳定状态，与二进制数的１、０对应。

因而在计算机中利用一系列的0、1来表示数字、图形、符号、语音等信息，这种二进制组合称为二进制编码。

计算机识别处理代表信息的二进制编码，相对来说就很容易了。

计算机中常用进位计数制的数码

数制     数码

二进制    01

八进制    01234567

十进制    0123456789

十六进制  0123456789ABCDEF

基数：

数码的个数

进位计数制：

“逢基数进位”的计数制，称为进位计数制。

二、不同进制数的转换

助记符：

B代表二进制数 O代表八进制数 D代表十进制数 H代表十六进制数

1、r进制转化成十进制

方法：

按位权展开，计算多项式之和。

2、十进制转化成r进制

整数部分：

除以r取余数，直到商为0，余数从下到上排列。

小数部分：

乘以r取整数，直到纯小数部分为0或达到一定精度，整数从上到下排列。

说明：

十进制小数转化成r进制小数时，多数数无法使纯小数部分为零，只能根据要求某一精度。

3、二进制数与八进制数的转换

三位二进制数，最小值为0，最大值为7，即：

 000——0   001——1   100——4   010——2

 101——5   110——6   011——3   111——7

由此可见：

每3位二进制数可代表1位8进制数。

3位二进制数：

最高位的1相当于4，次高位的1相当于2，最低位的1相当于1，4、2、1的关系可以很方便地实现2进制数与8进制数的转换。

以小数点为分界，整数部分：

自右向左，位数不够，在最左侧补0；小数部分：

自左向右，位数不够，在最右侧补0。

注意：

转换计算中，小数部分最右侧一定要补0。

4、二进制数与16进制数的转换

四位二进制数，最小值为0，最大值为15，即：

0000—0    0100—4    1000—8    1100—C

0001—1    0101—5    1001—9    1101—D

0010—2    0110—6    1010—A    1110—E

0011—3    0111—7    1011—B    1111—F

由此可见：

每4位二进制数可代表1位16进制数。

4位二进制数：

最高位的1相当于8，次高位的1相当于4，第三位的1相当于2，最低位的1相当于1。

8、4、2、1的关系可以很方便地实现2进制数与16进制数的转换。

以小数点为分界，整数部分：

自右向左，位数不够，在最左侧补0；小数部分：

自左向右，位数不够，在最右侧补0。

注意：

转换计算中，小数部分最右侧一定要补0。

三、计算机编码

计算机编码：

由若干位组成的二进制数代表一个符号，符号集内的每一个符号与一个唯一的二进制数对应。

1、ASCII码

ASCII码是美国标准信息交换代码的简称，用于给字符编码。

由七位二进制数组合而成，可以表示128种字符，目前在国际上广泛流行。

2、汉字编码

计算机在处理汉字时，必须先对汉字进行编码。

（1）国标区位码：

一种数字编码，即用数字串代表汉字。

（2）机内码：

汉字机内码是汉字在设备或信息处理系统内部最基本的形式。

一般用两个字节存放汉字的机内码。

每个字节的最高位置为“1”。

（3）机外码：

又称为输入码，用以将汉字输入到计算机内。

常用的机外码有拼音码、五笔字型等。

四、信息的存储单位

位（Bit）：

度量数据的最小单位（一个二进制数位）。

字节（Byte）：

最常用的基本单位（8位二进制数）。

K字节：

1K=1024byte     M（兆）字节：

1M=1024K

G（吉）字节：

1G=1024M   T（太）字节：

1T=1024G

本部分数制转换例题参阅教学课件。

教案中不再表述。

课程

作业

通读教学相关内容，总结本次课知识重点。

完成方式

书面版（ ）

电子版（ ）

提交时间

讨论

练习

课程名称

计算机应用基础

章节名称

第一部分计算机基础知识

第三节 计算机系统及其工作原理   第四节 微机及其硬件组成

教学目的

通过本次教学，使学生掌握计算机系统组成的基本概念、基本知识和简单工作原理，了解微机的发展过程，认识微机的具体组成部件。

教学重点

计算机系统组成的基本概念、基本知识和简单工作原理，微机部件的认识。

教学难点

计算机的工作原理。

教学方法

讲授

教学环境

多媒体教室

教学用具

教学过程及内容

备 注

第一部分计算机基础知识

第三节 计算机系统及其工作原理

一个完整的微型计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。

（计算机系统示意构图，见教学课件。

）

一、计算机硬件基本组成

1、存储程序工作原理

计算机的两个基本能力：

一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。

计算机利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。

存储程序原理是由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年提出的，把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式储存。

冯·诺依曼和同事们依据此原理设计出了一个完整的现代计算机雏形，并确定了存储程序计算机的五大组成部分和基本工作方法。

冯·诺依曼的这一设计思想被誉为计算机发展史上的里程碑，标志着计算机时代的真正开始。

虽然计算机技术发展很快，但“存储程序原理”至今仍然是计算机内在的基本工作原理。

自计算机诞生的那一天起，这一原理就决定了人们使用计算机的主要方式——编写程序和运行程序。

科学家们一直致力于提高程序设计的自动化水平，改进用户的操作界面，提供各种开发工具、环境与平台，其目的都是为了让人们更加方便地使用计算机，可以少编程甚至不编程来使用计算机，因为计算机编程毕竟是一项复杂的脑力劳动。

但不管用户的开发与使用界面如何演变，“存储程序原理”没有变，它仍然是我们理解计算机系统功能与特征的基础。

　　EDSAC于1949年5月建成，它是世界上第一台真正实现内部存储程序的电子计算机，其中凝集着冯·诺依曼等人设想，也是后来所有电脑的真正原型和范本。

2、程序和指令

指令是对计算机进行程序控制的最小单位。

所有的指令的集合称为计算机的指令系统。

程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列。

计算机按照程序规定的流程依次执行一条条的指令，最终完成程序所要实现的目标。

3、计算机硬件系统

计算机硬件表现为各种物理部件按一定结构组成的实体，包括由总线连结起来的中央处理器、内存储器以及若干外部设备（如硬盘、软盘、键盘、显示器、打印机等）。

硬件是计算机进行工作的物质基础。

（1）运算器也称为算术逻辑单元ALU（ArithmeticLogicUnit），其功能是进行算术运算和逻辑运算。

（2）控制器用于是控制计算机各个部件有条不紊地协同工作，基本功能就是从内存取指令和执行指令。

    运算器与控制器合在一起称为中央处理单元，即CPU（CentralProcessingUnit）。

    CPU是计算机的核心部件。

（3）存储器

存储器是计算机存储数据和程序的地方。

存储器分为内存储器（内存）与外存储器（外存）。

内存：

由半导体器件构成，计算机可以直接从中存取信息。

内存分为ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）两种形式。

ROM：

只能从中读取信息，不能写入信息（固化指令）；

RAM：

既可以从中读取信息，也能写入信息。

通常所说的内存主要是指RAM。

如果断电，RAM中的信息会自动消失，不会重现。

在计算机系统组成中，存储器特指内存，CPU和内存构成主机。

外存储器（外存、辅助存储器）:

用来长期存放程序和数据；外存上的信息主要由操作系统来管理；外存一般只和内存进行信息交换。

计算机处理完成的结果可以存放到外存，计算机也可以通过内存将数据、指令信息从外存调入主机。

因而，外存既是输出设备，也是输入设备。

常见的外部存储器:

软盘（FloppyDisk）、硬盘（harddisk）、磁带（tape）、光盘（compactdisc）、闪存盘（flash memory）

（4）输入设备

输入设备用于接受用户输入的数据和程序，并将它们转换成计算机能接受的形式（二进制数）存放到内存中。

常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。

（5）输出设备

输出设备用于将存放在内存中的计算机处理结果输出给用户。

常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。

4、计算机软件系统

计算机软件是指在硬件设备上运行的各种程序、数据以及有关的资料，包括系统软件和应用软件。

计算机之所以能够完成各种有意义的工作，都是在软件的控制下进行的。

计算机硬件是支撑软件工作的基础。

（1）系统软件

系统软件是指面向计算机管理的，支持应用软件开发和运行的软件。

系统软件的通用性很强。

一般是由计算机生产厂家提供，其目的是最大限度地发挥计算机的作用，充分利用计算机资源，便于用户使用和维护计算机。

主要包括：

（1）操作系统软件

（2）服务性程序（3）语言处理程序

（2）应用软件

一般指用户在各自的应用领域中为解决各种实际问题而开发编制的程序。

例如：

财务管理程序、人事档案管理程序、工资管理程序、银行业务管理程序、图书资料检索程序等。

还有一些专业公司开发的通用成品应用软件，如微软公司的办公自动化（Office）软件等。

5、计算机语言

计算机语言也称为程序设计语言。

用以编制解决实际问题的各类计算机程序。

程序（程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列）

计算机语言一般分为三大类：

机器语言、汇编语言和高级语言。

（1）机器语言

计算机只能直接接收和识别由0和1组成的指令代码，这种指令称为机器指令，机器指令的集合称为机器语言。

用机器语言编写的程序称为手编程序，手编程序能在计算机上直接执行，所以又称为目的程序。

使用机器语言编写程序，计算机能够直接识别、运行速度快、占用内存少，但难编、难读、难修改；而且机器语言因机种的不同而有所不同，用机器语言编写的程序不具有通用性。

（2）汇编语言

用一些助记符号来表示机器指令，就是汇编语言。

用汇编语言编写的程序称为汇编源程序。

汇编语言简单直观、便于记忆，用汇编语言编写的程序，比用机器语言编写的程序好写、好读、好修改。

但计算机不能直接识别汇编语言，必须经过一个事先放在计算机内存中的翻译程序来翻译。

把汇编语言翻译成机器语言的的过程称为汇编，这个翻译程序称作汇编程序。

汇编语言仍是面向机器的语言，通用性不强；而且对于使用者来说，仍嫌晦涩。

（3）高级语言

高级语言近乎人类的自然语言（如英语和数学语言），易于学习和掌握，是面向过程的语言或面向对象的语言。

用高级语言编写程序，具有易学、易懂、易修改的特点，同时具有很好的通用性。

常用的高级语言有BASIC、FORTRAN、DELPHI、C、C++、JAVA等。

用高级语言编制的程序（称为高级语言源程序）也需要翻译，计算机才能识别执行。

这个过程可有两种方式：

编译方式与解释方式，编译方式通篇翻译，整体执行；解释方式是翻译一句执行一句。

解释方式虽然交互性好，但比编译方式速度要慢，不适用于大的程序。

利用多媒体教学设备和教学课件，在讲授中实时播放重点内容和相应图片。

第四节 微机及其硬件组成

一、微处理器

微机的出现是以微处理器的产生为标志的，微型计算机的简史实际就是微处理器的简史。

在第四代电子计算机中，主要的一个特征是利用大规模集成电路和超大规模集成电路技术，制作并使用了独立的微处理器（即CPU）芯片，提高了器件的集成度、可靠性，从而提高了计算机的性能。

微处理器：

CPU是计算机的核心部件，是计算机的中枢，对计算机的所有控制都是由CPU完成的。

CPU性能是计算机的主要性能指标。

70年代初期，大规模集成电路投入市场，以大规模集成电路为主要器件的微型计算机应运而生。

短短的二十几年，微型计算机或者说微处理器已经历了五个阶段，大约每三四年或更短的时间就推出一代新产品。

第一代微处理器是Intel公司1971年推出。

以4004（4位微处理器）、4040（4位微处理器）、8008（8位微处理器）为典型代表。

采用PMOS工艺。

集成度达到2000晶体管／片。

第二代微处理器是1974年推出。

典型代表是8080、M6800和Z80（均为８位微处理器）。

它们采用NMOS工艺。

集成度达到9000个晶体管／片。

第三代微处理器出现在上个世纪70年代后期，由于超大规模集成电路投入使用，进一步推动微处理器向更高层次发展，以8086/8088，M68000和Z8000为典型的产品相继问世，它们采用HMOS高密度工艺，集成度达到了29000个晶体管/片，是16位微处理器，运算速度比8位机快2倍─5倍。

80年代以来，微处理器进入第四代产品，向系列化方向发展，性能更好、功能更强的高级16位微处理器80186和80286相继推出。

1985年Intel公司又率先推出了32位微处理器80386。

1989年又推出了将80386与协处理器80387集成在同一芯片中的32位微处理器80486。

1993年Pentium（音译为“奔腾”，即80586）问世，为第五代微处理器芯片。

1995年以来，CPU发展更为迅速，性能显著提高，并采用许多新技术、新工艺，更新的、性能更好的PentiumPro、PentiumMMX、PentiumII、PentiumIII、PentiumIV芯片相继投入市场。

PentiumIV是目前微机的主流处理器。

二、微型计算机与PC机

能够存储程序和数据，并且自动执行程序对各种数字化信息进行处理的电子设备，称为电子计算机。

利用微处理器作为主要逻辑部件的电子计算机称为微型计算机。

在上个世纪70年代，微处理器不断发展，但微型计算机并没有成型的产品。

最初的微处理器（4004）用于布什内尔发明的游戏机上。

1974年，罗伯茨利用8080微处理器组装了名为“阿尔泰”的计算机，勉强可称为世界上第一台微型电脑。

“阿尔泰”并未引起计算机企业的兴趣，却吸引了一批大学生，他们自发组织了一个微型电脑“协会”，自行组装“阿尔泰”，为它编制程序。

比尔·盖茨为“阿尔泰”编写过BASIC程序，进而开创了Microsoft公司（微软），专门研制销售计算机软件。

乔布斯开创了苹果（Apple）公司，专营“苹果”微电脑。

当微电脑引起了“蓝色巨人”美国国际商用机器公司（IBM）的注意后，在1981年8月推出了采用Intel公司8088微处理器作为CPU的16位个人计算机──即PC（PersonalComputer）。

IBM－PC推出以后，IBM公司又利用不断更新的微处理器，相继推出IBM－PC／XT、IBM－PC／AT等换代机型，从而形成了IBM－PC系列。

三、PC机与兼容机、组装机

随着IBM－PC的兴盛，其他一些公司也纷纷仿效，相应生产了DELL（戴尔）、Compaq（康柏）、AST（宏志）、HP（惠普）等品牌的个人计算机。

这些计算机以IBM－PC为参照标准，在结构设计、器件选用上与IBM－PC不尽一致，在性能上和软件应用上与IBM－PC没有很大的差异，某些方面甚至优于PC，故一般相对IBM－PC而言称之为兼容机。

购置计算机器件自行组装的计算机称为组装机。

四、微机硬件组成

微机硬件组成遵循主机+外设的基本原则

主机箱部分：

主板、CPU、内存、硬盘、软盘驱动器、光盘驱动器、各种适配卡、电源。

外部部件：

鼠标、键盘、扫描仪、显示器、打印机、绘图仪、音箱等。

微机（个人计算机）外观；微机外部部件连接。

（参见课件中的图片）

（1）主机

主机是计算机的核心部件。

从原理角度看,只包括CPU和内存；

从组装角度讲，主要由主机板、CPU、内存条、扩充槽、电源等部分组成，一般放在主机箱内。

主机箱部件：

主机板（MainBoard主板）又称系统板或母板,是微机的核心连接部件。

系统总线是主板上各个部件建立相互关联的地址线、数据线和控制线等信号线的统称。

地址总线用于传送主存储器地址码或外围设备码。

数据总线用于传送程序或数据。

控制总线用于传送各种控制信息。

ISA：

即工业标准体系结构总线，又称AT总线。

（已基本淘汰）

PCI：

外围部件互联总线，是高性能的通用局部总线，支持多个外设，许多外部设备通过PCI总线连接。

AGP：

图形加速端口，是显示信号输出的专用接口。

ROMBIOS：

一般用来存储机器的基本输入/输出程序，这些程序有：

加电自检程序POST、装入引导程序、外部设备驱动程序和时钟控制程序。

CMOSRAM（CMOS：

表面互补金属氧化物半导体）：

CMOSRAM是一种耗电较少的存储器，用来存储日期、时间、软硬盘规格等信息。

CMOS中有一个设置程序，可以设置修改上述信息。

如果CMOS中的内容丢失，机器就不能正常启动。

控制芯片组：

主要有两个芯片构成，北桥（沟通、连接CPU和内存）；南桥（连接、管理输入/输出接口）。

（2）外部设备

外设由输入设备、输出设备及外存组成。

键盘、鼠标和打印机等属于外部设备；

磁盘驱动器、扬声器虽然放在主机箱内，但它们也属于外部设备；

有些外部设备不是必须的，可以根据用户的需要来配置。

随着计算机技术的发展，外部设备有所扩充，比如数码相机也可认为是计算机的外部设备。

五、微机性能指标、选购与维护

（1）微机的性能指标

微处理器性能（主频、机器字长）、扩展槽个数与位数、存储器容量性能、显示器性能等。

（2）微机的购置与维护

购置微机：

主要考虑机器性能与购置成本之比，即通常所说的“性能价格比”。

微机性能价格比越高，配置越合理。

微机的维护：

同其它机器设备一样，合理使用和维护，可以提高微机的使用效率，延长微机寿命。

利用多媒体教学设备和教学课件，在讲授中实时播放重点内容和相应图片。

（本节以认识微机部件为主）

课程作业

通读教学相关内容，总结本次课知识重点。

完成方式

书面版（ ）

电子版（ ）

提交时间

课程名称

计算机应用基础

章节名称

第一部分计算机基础知识

   第五节 计算机的应用及其发展趋势 第六节 计算机文化概述

   第七节 计算机病毒及其防治

教学目的

通过本次教学，使学生了解计算机的应用领域和发展趋势；了解计算机文化的形成和基本概念；灌输计算机道德教育；掌握计算机病毒的基本知识，并学会防治病毒，了解常用的病毒防治软件。

教学重点

计算机病毒的基本知识；防治病毒。

教学方法

讲授

教学环境

多媒体教室

教学用具

教学过程及内容

备 注

第一部分计算机基础知识

第五节 计算机的应用及其发展趋势

1、计算机的应用

  科学计算、信息处理、辅助设计、自动控制、辅助系统。

2、计算机的发展趋势

微型化：

计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器，普及到人类生活