第1章计算机基础知识教案

计算机文化基础教案李金波潍坊工商职业学院第一章计算机基础知识第一章计算机基础知识共19页第2页课题1．1计算机技术概述教学目的要求1．掌握计算机的起源、发展阶段及发展趋势；2．掌握计算机的分类及特点；3．掌握计算机的应用。教学重点难点1．计算机的特点；2．计算机的应用课型：新授教学方法：讲授法、练习法、讨论法教学过程组织教学课前介绍，导入新课１、自我介绍２、课程介绍及要求（作业、上课）３、学习方法新授一、计算机的发展史及发展趋势1．计算机的起源计算机最早是作为一种先进的数值计算工具而产生的。计算工具的发展，经历了漫长的历史，而且总是与人类社会生产、经济、文化的发展相联系的。20世纪以来，产生了电子技术，并取得了迅速的发展。第二次世界大战期间，美国军方为解决计算大量军用数据的难题，在美国陆军部的赞助下成立了由宾夕法尼亚大学莫奇利（JohnWilliamMauchly）和埃克特（J·Pres－perEckert）领导的研究小组，经过三年紧张的研制工作，第一台电子数字积分机和计算机，简称ENIAC（ElectronicNumericalIntergra－torandCalculator）终于在1946年2月14日问世了，它是世界上第一台电子数字计算机。ENIAC是一个庞然大物，它使用了18000多只电子管，1500个继电器，功率140千瓦，重量30吨，占地约170平方米，运算速度达到每秒5000次。ENIAC虽然有存储数据的存储器，然而由指令组成的程序则由控制盘上的布线或穿孔卡片的方式存储。运算之前，先要按照程序用手工把相应的电路接通或由读卡机读卡以执行各个指令，既费时又费力，无法发挥它的运算速度。这一问题引起了在美国工作的匈牙利数学家冯·诺依曼（VonNeumann）的注意，他与宾夕法尼亚大学摩尔电机系小组合作发展了“存储程序”的概念，提出了“冯·诺依曼原理”，确立了计算机由输入器、存储器、运算器、控制器、输出器等五个基本部件组成的结构，而且將指令也和数据一样地存储和处理。依照此原则制成的第一台存储程序、顺序控制的计算机EDSAC于1946年在英国的剑桥大学投入使用。直到今天，我们使用的计算机仍遵循此原则，称作冯·诺依曼计算机。在电子计算机产生的过程中，英国科学家图灵（AlanMathisonTuring）在计算机理论方面，做了许多开创性的工作。2．计算机的发展简史自世界上第一台电子计算机问世至今，不过短短的几十年，已经走过了四代的历程，堪称世界上发展最快的高新技术之一。通常，各代产品是以构成电子计算机的物理器件的变化划分的，同时，也伴随着计算机软件的发展和变化。１）第一代：电子管时代(1946年～1957年)当时的电子计算机采用电子管作为基本的电子元件，体积大、功耗大、价格昂贵，而且可靠性不高、维修复杂、运行速度为每秒执行加法运算一千次到一万次。程序设计使用机器语言和符号语言。２）第二代：晶体管时代(1958年～1964年)第一章计算机基础知识第一章计算机基础知识共19页第3页这一时期的电子计算机采用晶体管作为基本电子元件。机器的体积减小、功耗减少、可靠性增高、价格降低、运算速度加快，每秒可执行加法运算达十万次到一百万次。程序设计主要使用高级语言。３）第三代：集成电路时代(1965年～1970年)这时的电子计算机采用中、小规模集成电路作为基本电子元件。集成电路是利用光刻技术將许多逻辑电路集中在体积很小的半导体芯片上，每块芯片上可容纳成千上万个晶体管。采用集成电路不仅大大缩短了电子线路，减小了体积和质量，而且大大减少了功耗、增强了可靠性，节约了信息传递的时间，提高了运算速度，达到每秒可执行加法运算一百万次到一千万次。出现了操作系统，程序设计主要使用高级语言。４）第四代：大规模、超大规模集成电路时代(1970年～现在)第四代电子计算机的显著特点是大规模或超大规模集成电路技术的运用。一般来说，每个芯片的集成度达１０万个晶体管，为大规模集成电路；１０万到１０００万个晶体管，即为超大规模集成电路。微电子技术以每两年集成度翻两番的速度前进，集成度已达几千万单元。第四代计算机在语言和操作系统方面发展很快，形成了软件工程。在应用方面，全面建立计算机网络，将相互独立的计算机、终端群和外部设备，通过通信线路的联接，构成计算机网，实现了计算机之间的实时信息交流。3．计算机的发展趋势目前，正在研究的智能计算机是一种具有类似人的思维能力，能“说”、“看”、“听”、“想”、“做”；能替代人的一些体力劳动和脑力劳动。不久的将来，还会出现速度更快、功能更强、更接近于人脑的光子计算机和生物计算机。总而言之，现代计算机的发展正朝着巨型化、微型化的方向发展，计算机的传输和应用正朝着网络化、智能化的方向发展，并越来越广泛地应用于我们的工作、生活、学习中，对社会和生活起到不可估量的影响。二、计算机的分类及特点1．计算机可以从不同的角度进行分类，如课本图1-2所示。2．计算机的特点计算机的主要特点表现在以下几个方面计算机的运算速度快、计算精度高、存储功能强、具有逻辑判断能力和自动运行能力等。1）运算速度快运算速度是计算机的一个重要性能指标。计算机的运算速度通常用每秒钟执行定点加法的次数或平均每秒钟执行指令的条数来衡量。运算速度快是计算机的一个突出特点。计算机的运算速度已由早期的每秒几千次（如ENIAC机每秒钟仅可完成5000次定点加法）发展到现在的最高可达每秒几千亿次乃至万亿次。这样的运算速度是何等的惊人！计算机高速运算的能力极大地提高了工作效率，把人们从浩繁的脑力劳动中解放出来。过去用人工旷日持久才能完成的计算，而计算机在“瞬间”即可完成。曾有许多数学问题，由于计算量太大，数学家们终其毕生也无法完成，使用计算机则可轻易地解决。2）计算精度高在科学研究和工程设计中，对计算的结果精度有很高的要求。一般的计算工具只能达到几位有效数字（如过去常用的四位数学用表、八位数学用表等），而计算机对数据的结果精度可达到十几位、几十位有效数字，根据需要甚至可达到任意的精度。3）存储容量大计算机的存储器可以存储大量数据，这使计算机具有了“记忆”功能。目前计算机的存储容量越来越大，已高达千兆数量级的容量。计算机具有“记忆”功能，是与传统计算工具的一个重要区别。4）具有逻辑判断功能计算机的运算器除了能够完成基本的算术运算外，还具有进行比较、判断等逻辑运算的功能。这种能力是计算机处理逻辑推理问题的前提。5）自动化程度高，通用性强第一章计算机基础知识第一章计算机基础知识共19页第4页由于计算机的工作方式是将程序和数据先存放在机内，工作时按程序规定的操作，一步一步地自动完成，一般无须人工干预，因而自动化程度高。这一特点是一般计算工具所不具备的。三、计算机的应用1．科学计算和数据处理1）科学计算科学计算是计算机的重要应用领域之一。其特点是计算量大和数值变化范围大。主要应用领域是天文学、量子化学、空气动力学和核物理学等领域，此外在其他学科和工程设计方面也都得到了广泛的应用。2）数据处理数据处理是计算机应用最广泛的领域。是利用计算机对大量的数据、文字、图像等信息进行收集、存储、分类、检索、排序、汇总、统计等处理。它的特点是数据量大而计算并不复杂。主要应用在企业管理中的财务管理、人事管理、仓储管理、图书检索以及银行业务等方面。2．工业控制和实时控制计算机实时控制过程就是计算机及时收信、检测和分析被控对象的有差数据，按照某种最佳的控制规律进行高速运算并根据计算结果发出控制信号，进行自动控制的过程。主要用于工业生产和现代化军事领域中。3、网络技术的应用：电子商务、网络教育、敏捷制造4．虚拟现实5．办公自动化和管理信息系统6．CAD/CAM/CIMS7．多媒体技术小结这节课学习了计算机的起源、发展阶段及发展趋势；计算机的分类及特点；计算机的应用。作业P25习题1、2教后记板书设计第一章计算机基础知识第一章计算机基础知识共19页第5页课题1．2数制及其转换教学目的要求1．掌握计算机中为什么采用二进制；2．掌握数制的概念3．掌握常用的二进制、十进制、八进制、十六进制之间的转换。教学重点难点进制之间的转换课型：新授教学方法：讲授法、练习法、讨论法教学过程组织教学复习提问，导入新课1．计算机的发展经历了哪四个阶段；2．计算机的应用体现在哪几个方面？3．计算机具有哪些特点？新授一、为什么计算机采用二进制1、采用二进制在物理上容易实现，可靠性强。计算机作为一种电子计算工具，是由大量的电子器件组成的，电子元器件大都具有两种稳定的状态：电压的高和低；晶体管的导通和截止；电容的充电和放电等。这两种状态正好用来表示二进制数的两个数码0和1。两种状态分明，工作可靠，抗干扰能力强。2、二进制的运算法则简单，通用性强，如二进制数乘法运算规则有3种：1×0＝0×1＝0；0×0＝0；1×1＝1。若用十进制的运算法则，有55种。同样，也便于逻辑量“真”和“假”的表示和运算。二、数制1．数制数制也称进位计数制，简称进制，是用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。常用的数制有十进制、二进制、八进制和十六进制。数码：数制中表示基本数值大小的不同数字符号。如，十进制有10个数码：0、1、2、……7、8、9。3基数：在某种进位计数制中，每个数位上所能使用的数码的个数。如，二进制基数为2。位权：数制中某一位上的1所表示数值的大小。一般，对于N进制数，整数部分第i位的位权为Ni-1，小数部分第j位的位权为N-j。如十进制数12．3，1的位权是101，2的位权是100，3的位权是10-1。2．常用的几种进位计数制二进制、八进制、十进制与十六进制对照表进位制二进制八进制十进制十六进制规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一基数281016数码0，10，1，2……70，1，2……90，1，2……9，A，B，C，D，E，F位权2i8i10i16i表示BODH不同的数制有共同的特点：1)采用进位计数制方式，每一种数制都有固定的基本符号，即“数码”；2)使用位置表示法，既处于不同位置的数码所代表的值不同，与它所在的位置的“权”值有关。例如十进制数中，数码的位置不同，所表示的值就不相同。3、书写规则在书写时，一般用以下两种数制表示方法：1）在括号外面加数字下标。第一章计算机基础知识第一章计算机基础知识共19页第6页把一串数用括号括起来，再加这种数制的下标，其中十进制可以省略。如（11001）2、（56）8、（97）10、（A7）16。2）在数字后面加写相应的英文字母作为标识。用进位制的字母符号B（二进制）、O（八进制）、D（十进制）、H（十六进制）来表示，其中十进制可以省略。如是11001B、56O、97D、A7H。1．2．3数制转换1．其它进制转换为十进制方法是：将其它进制按权位展开，然后各项相加，就得到相应的十进制数。【例1】将二进制数（10110．101）2转换为二进制数，采用按“按权展开”展开的方法：（10110．101）2=1*24+0*23+1*22+1*21+0*20+1*2-1+0*2-2+1*2-3=16+4+2+0．5+0．125=（22．625）10即（10110．101）2=（22．625）102．将十进制转换成其它进制方法是：分两部分进行的——即整数部分和小数部分，整数、小数分别转换。1）整数部分：（基数除法）把要转换的数除以新的进制的基数，把余数作为新进制的最低位；把上一次得的商再除以新的进制基数，把余数作为新进制的次低位；继续上一步，直到最后的商为零，这时的余数就是新进制的最高位，即逆序排列余数。2）小数部分：（基数乘法）把要转换数的小数部分乘以新进制的基数，把得到的整数部分作为新进制小数部分的最高位；把上一步得的小数部分再乘以新进制的基数，把整数部分作为新进制小数部分的次高位；继续上一步，直到小数部分变成零为止，或者达到预定的要求也可以，然后顺序排列每次乘积的整数部分。【例2】将十进制整数（226）10转换为二进制整数，采用“除2倒取余”的方法：所以，（226）10＝（11100010）2【例3】将十进制小数（0．125