第二节计算机的基本组成及工作原理

第二节计算机的基本组成及工作原理[教学目的]（1）认知目标：使学生认识、了解计算机系统的组成及简单工作原理。（2）技能目标：培养学生独立思考和寻求知识的能力。（3）能力目标：培养和激发学生学习信息技术的兴趣，促进其个性发展。[教学重点和难点]（1）教学重点：计算机的组成；冯·诺依曼结构。（2）教学难点：改变观念，让学生充分认识到自己是本学科学习过程中的主体。[教学准备]播放教学影片[教学方法和教学手段]（1）教学方法：从感性认识到理性认识，启发学生对问题深入思考。（2）教学手段：应用网络传授教学手段和辅助教学软件辅导教和学。（3）学习方法：探究式学习方法。[教学课时]1课时[教学过程]导入新课师：同学们，我们大部分同学都使用过计算机，从外观看，计算机主要由哪几部分组成？生：显示器、主机、键盘、鼠标……。师：那么，只有大家所说的显示器、主机、键盘、鼠标组成的计算机能否可以使用了呢？生：能。（不能）师：出说不能使用的原因（计算机系统由硬件、软件两部分组成，它们共同决定计算机的工作能力，以PC机的发展过程为例说明，看课件。）讲授新课（一）计算机硬件：从外观上看，一台家用多媒体电脑可以分成主机箱、显示器、键盘、鼠标及音箱5个部分，除此之外，用户还可以根据需要配备打印机、扫描仪、调制解调器等其他设备主机显示器键盘鼠标音箱主机箱电脑的主机其实就是一台完整的电脑，里面装有软盘驱动器、光盘驱动器、主板、硬盘、CPU、内存条、显卡、声卡、和电源等部件。主板主板非常重要，是主机箱内的骨架，也是机箱里最大的一块集成电路板，上面插有其他小的板卡和一些插槽，硬盘、光驱、软盘也通过数据线连接在上面。它包含了所有重要的电子器件及接口，大多数设备都得通过它连在一起才能正常工作。CPUCPU即中央处理器(CentralProcessingUnit)，它是一块价格昂贵的集成电路块，CPU是电脑的核心部分，通过它指挥电脑各部件的协调运作。以前我们把电脑称为286、386、486，586等都是CPU的代号。CPU通过其针脚插在主板的CPU插槽上，由于CPU工作时会产生热量，而且CPU的温度不能过高，所以在它上面有散热片和小风扇给CPU散热。另外，CPU还直接影响到电脑的运行速度，其主频越高，电脑的速度就越快硬盘计算机的存储设备，它不是随机存储设备。硬盘可以存储大量的数据，比如我们使用的Windows98系统软件及各种应用软件、游戏软件等全部是存放在硬盘当中。硬盘越大，所能存放的数据也就越多。硬盘通过一条数据线接在主板的硬盘接口上，并有一组电源线(4根，分为两种电压)接在硬盘的电源接口上供电。内存内存的专业名称为随机存储器(RandomAccessMemory)，简称RAM，它由一组芯片组成，内存是电脑工作过程中存储数据信息的地方，内存越大，电脑运行得越快。由于内存是条状的，所以很多人把它称为内存条，内存插在主板上的内存插槽上。显卡显卡是一种电脑扩展卡，它是处理图形数据的设备，它插在主板上，并且它的一端接有显示器的数据线，它负责将电脑的数字信息转换为模拟信号，再把信号传送给显示器，这样我们就能从显示器的屏幕上看到信息图象了。显卡的好坏直接影响到显示器上画面的显示效果。声卡声卡的任务是将声音信号输入到电脑，或者将电脑处理过的数据输出到音箱(或扬声器)，让用户能听到。声卡的形状跟显示卡差不多，声卡也插在主板上。网卡是一种专用上网的板卡，网卡也插在主板上。光盘驱动器意思是光盘只读存储器，也就是我们平时所说的光驱。它是读取光盘上数据的设备。光驱也是通过数据线接在主板上的，并且也有电源线给它供电。在光驱上面包括：ED播放按钮、关闭／弹出按钮、强制退出孔等。光盘是一种密集存储、用激光读取、通常为单面使用的圆盘。它有极大的存储容量，一般可存储650-800MB的资料。软盘驱动器软盘驱动器就是我们平常所说的软驱，它是读取3.5英寸软盘的设备。现今最常用的是3英寸的软驱，可以读写1.44MB的3.5英寸软盘。软盘是一种可以随时取出、插入而且随身携带的磁盘。常用的3.5英寸软盘容量为1.44M，虽然它的存储量小，存取速度也慢，但是使用它能方便地在计算机间交换数据。可移动磁盘USB移动存储器一般不需要驱动器，无外接电源，即插即用，带电插拔，存取速度快。打印机把计算机输出的结果打印出来。扫描仪把外面的文件存入到计算机中。数码照相机可以把相片直接输入到计算机中存储器内存储器外存储器输入设备输出设备（二）计算机软件：计算机软件是计算机使用的程序、供程序用的数据以及相关文档资料的集合。用户通过软件来指挥计算机做什么和怎么做。种类多，常用可分为系统软件和应用软件两大类。系统软件：直接控制和协调计算机及其外部分设备的运用。如：Doswindowslinxunix。应用软件：直接用于完成某种具体应用而无需用户编程的软件，应用范围广、种多。（教学、办公、管理、游戏等）(三)计算机系统的组成（四）计算机系统的工作原理：1、数据的存储单位（1）数制：二进制、八进制、十六进制等（2）二进制数：有两个分别是0、1，计数的基本规则是逢二进一。（3）位：计算机存储信息的最小单位是“位”，指二进制数中的一个数位，其值为“0”或“1”我们称之为比特（bit）。（4）字节：（Byte,简称B）是计算机中存储容量的基本单位。一个字节由八个二进制位组成，其值最小为“0”，最大为（11111111），另外存储容量的单位还有千字节（KB）、兆字节（MB）及千兆字节（GB），它们之间的关系如下：1KB＝1024B1MB＝1024KB1KB＝1024MB（5）字长：计算机一次存储、加工和传递的数据长度是由一个字节或若干个字节组成，这个长度称为字长。2、冯．诺依曼计算机的工作原理（2）冯．诺依曼计算机的基本结构：美籍著名数学家冯．诺依曼明确指出计算机的硬件由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备等五部分组成。如下图：硬件微型计算机系统组成外存储器:磁盘输出设备:显示器.打印机等输入设备:键盘.鼠标.扫描仪等外部设备主机运算器控制器中央处理器（CPU）ROMRAM内存储器软件系统软件（如DOS、WONDOWS等）应用软件通用软件（如电子表格、文字处理）专用软件（如财会软件、ZHIFA软件）（五）小结1、本课设计运用了“双主”教学模式。让学生在一个个典型“问题”的驱动下展开学习活动，引导学生由简到繁，由易到难，由单一任务到综合问题，循序渐进地了解一系列“问题”。思路清晰，过渡自然，层次清楚，方法得当。在这节课中，由于本节课为理论课，内容比较多，而且还需要一节课完成，所以，以课件的形式提出若干个“问题”，由于设计和安排合理，提高了信息技术课的教学效果。2、调动了学生的学习积极性。教师对教材进行二次加工。3、“问题”的设计符合学生特点，满足了学生的求知欲和成就感。教师充分考虑到学生的认知能力、年龄和兴趣特点，遵循由浅入深、循序渐进等原则，把教学的知识点安排在“课件”中，学生通过自己的努力完成学习后，教师给予了表扬，不但激发了学生的兴趣，而且还满足了其成就感，这为本学科做了一个良好的开端。[课外资料]20世纪即将过去，21世纪就要到来。我们站在世纪之交的大门槛，回顾20世纪科学技术的辉煌发展时，不能不提及20世纪最杰出的数学家之一的冯·诺依曼.众所周知，1946年发明的电子计算机，大大促进了科学技术的进步，大大促进了社会生活的进步。鉴于冯·诺依曼在发明电子计算机中所起到关键性作用，他被西方人誉为计算机之父。约翰·冯·诺依曼(JohnVonNouma，1903-1957)，美藉匈牙利人，1903年12月28日生于匈牙利的布达佩斯，父亲是一个银行家，家境富裕，十分注意对孩子的教育。冯·诺依曼从小聪颖过人，兴趣广泛，读书过目不忘。据说他6岁时就能用古希腊语同父亲闲谈，一生掌握了七种语言。最擅德语，可在他用德语思考种种设想时，又能以阅读的速度译成英语。他对读过的书籍和论文。能很快一句不差地将内容复述出来，而且若干年之后，仍可如此。1911年一1921年，冯·诺依曼在布达佩斯的卢瑟伦中学读书期间，就崭露头角而深受老师的器重。在费克特老师的个别指导下并合作发表了第一篇数学论文，此时冯·诺依曼还不到18岁。1921年一1923年在苏黎世大学学习。很快又在1926年以优异的成绩获得了布达佩斯大学数学博士学位，此时冯·诺依曼年仅22岁。1927年一1929年冯·诺依曼相继在柏林大学和汉堡大学担任数学讲师。1930年接受了普林斯顿大学客座教授的职位，西渡美国。1931年成为该校终身教授。1933年转到该校的高级研究所，成为最初六位教授之一，并在那里工作了一生。冯·诺依曼是普林斯顿大学、宾夕法尼亚大学、哈佛大学、伊斯坦堡大学、马里兰大学、哥伦比亚大学和慕尼黑高等技术学院等校的荣誉博士。他是美国国家科学院、秘鲁国立自然科学院和意大利国立林且学院等院的院土。1954年他任美国原子能委员会委员；1951年至1953年任美国数学会主席。1954年夏，冯·诺依曼被使现患有癌症，1957年2月8日，在华盛顿去世，终年54岁。冯·诺依曼在数学的诸多领域都进行了开创性工作，并作出了重大贡献。在第二次世界大战前，他主要从事算子理论、鼻子理论、集合论等方面的研究。1923年关于集合论中超限序数的论文，显示了冯·诺依曼处理集合论问题所特有的方式和风格。他把集会论加以公理化，他的公理化体系奠定了公理集合论的基础。他从公理出发，用代数方法导出了集合论中许多重要概念、基本运算、重要定理等。特别在1925年的一篇论文中，冯·诺依曼就指出了任何一种公理化系统中都存在着无法判定的命题。1933年，冯·诺依曼解决了希尔伯特第5问题，即证明了局部欧几里得紧群是李群。1934年他又把紧群理论与波尔的殆周期函数理论统一起来。他还对一般拓扑群的结构有深刻的认识，弄清了它的代数结构和拓扑结构与实数是一致的。他对其子代数进行了开创性工作，并莫定了它的理论基础，从而建立了算子代数这门新的数学分支。这个分支在当代的有关数学文献中均称为冯·诺依曼代数。这是有限维空间中矩阵代数的自然推广。冯·诺依曼还创立了博奕论这一现代数学的又一重要分支。1944年发表了奠基性的重要论文《博奕论与经济行为》。论文中包含博奕论的纯粹数学形式的阐述以及对于实际博奕应用的详细说明。文中还包含了诸如统计理论等教学思想。冯·诺依曼在格论、连续几何、理论物理、动力学、连续介质力学、气象计算、原子能和经济学等领域都作过重要的工作。冯·诺依曼对人类的最大贡献是对计算机科学、计算机技术和数值分析的开拓性工作。现在一般认为ENIAC机是世界第一台电子计算机，它是由美国科学家研制的，于1946年2月14日在费城开始运行。其实由汤米、费劳尔斯等英国科学家研制的科洛萨斯计算机比ENIAC机问世早两年多，于1944年1月10日在布莱奇利园区开始运行。ENIAC机证明电子真空技术可以大大地提高计算技术，不过，ENIAC机本身存在两大缺点：(1)没有存储器；(2)它用布线接板进行控制，甚至要搭接见天，计算速度也就被这一工作抵消了。ENIAC机研制组的莫克利和埃克特显然是感到了这一点，他们也想尽快着手研制另一台计算机，以便改进。冯·诺依曼由ENIAC机研制组的戈尔德斯廷中尉介绍参加ENIAC机研制小组后，便带领这批富有创新精神的年轻科技人员，向着更高的目标进军。1945年，他们在共同讨论的基础上，发表了一个全新的存储程序通用电子计算机方案--EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticCompUter的缩写)。在这过程中，冯·诺依曼显示出他雄厚的数理基础知识，充分发挥了他的顾问作用及探索问题和综合分析的能力。EDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成，包括：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备，并描述了这五部分的职能和相互关系。EDVAC机还有两个非常重大的改进，即：(1)采用了二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二进制；(2建立了存储程序，指令和数据便可一起放在存储器里，并作同样处理。简化了计算机的