1、計算機(jī)組成與基本原理 hello-shanPAGE PAGE 23計算機(jī)組成與基本原理 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc256925255 計算機(jī)組成與基本原理 PAGEREF _Toc256925255 h 1 HYPERLINK l _Toc256925256 一、教學(xué)課題及說明 PAGEREF _Toc256925256 h 1 HYPERLINK l _Toc256925257 二、教學(xué)內(nèi)容 PAGEREF _Toc256925257 h 1 HYPERLINK l _Toc256925258 三、教學(xué)目標(biāo) PAGEREF _Toc256925258 h

2、 2 HYPERLINK l _Toc256925259 四、教學(xué)重點和難點 PAGEREF _Toc256925259 h 2 HYPERLINK l _Toc256925260 五、教學(xué)方法 PAGEREF _Toc256925260 h 2 HYPERLINK l _Toc256925261 六、教學(xué)流程圖 PAGEREF _Toc256925261 h 2 HYPERLINK l _Toc256925262 七、教學(xué)過程 PAGEREF _Toc256925262 h 3 HYPERLINK l _Toc256925263 八、教學(xué)總結(jié) PAGEREF _Toc256925263 h

3、11教學(xué)課題及說明課題：計算機(jī)組成與基本原理說明：本教案充分考慮以下情況安排教學(xué)內(nèi)容1、學(xué)生狀況2、本專業(yè)的課程設(shè)置情況3、本課程實驗、實踐教學(xué)4、前期和后期課程的關(guān)系5、計算機(jī)發(fā)展技術(shù)6、本課程的學(xué)時數(shù) 7、本課程的教學(xué)部分內(nèi)容可根據(jù)具體情況進(jìn)行一定增刪教學(xué)內(nèi)容計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示運(yùn)算方法和運(yùn)算器存儲系統(tǒng)指令系統(tǒng)中央處理器計算機(jī)的輸入/輸出系統(tǒng)計算機(jī)的外部設(shè)備教學(xué)目標(biāo)1、了解計算機(jī)組成各部分 2、認(rèn)識計算機(jī)系統(tǒng)的硬件部分3、認(rèn)識計算機(jī)系統(tǒng)的軟件部分4、了解計算機(jī)處理信息的過程5、了解計算機(jī)系統(tǒng)的工作原理7、培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探索、合作學(xué)習(xí)、觀察、以及總結(jié)歸納的能力8、培養(yǎng)學(xué)生

4、的動手實踐能力，實現(xiàn)概念和實物的對接9、培養(yǎng)使用計算機(jī)的良好道德教學(xué)重點和難點計算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示（數(shù)據(jù)編碼）指令系統(tǒng)中央處理器存儲系統(tǒng)教學(xué)方法課件演示、板書及相關(guān)的計算機(jī)設(shè)備實體師生交流： 教師應(yīng)注意課堂中的互動學(xué)生學(xué)習(xí)方法： 自主學(xué)習(xí)（學(xué)生個人為學(xué)習(xí)主體） 小組（團(tuán)隊協(xié)作）學(xué)習(xí)（將學(xué)生分為小組，互相協(xié)作學(xué)習(xí)） 互助交流學(xué)習(xí)人機(jī)交流： 通過實際的計算機(jī)操作，強(qiáng)化學(xué)生的識記教學(xué)流程圖教學(xué)過程創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入課程。 同學(xué)們,計算機(jī)這個詞對于我們來說已經(jīng)不再陌生了,它已經(jīng)滲透到我們生活中的每個環(huán)節(jié)中去了。那么你們知道哪些有關(guān)計算機(jī)的名詞呢?(根據(jù)學(xué)生的回答,教師作出相應(yīng)的小結(jié))。同學(xué)們,你們所說的這些

5、名詞有的是計算機(jī)的硬件,有的是計算機(jī)的軟件,還有一些則是計算機(jī)的應(yīng)用,今天我們就要學(xué)習(xí)計算機(jī)的組成,和基本原理。希望通過本課的學(xué)習(xí) ，同學(xué)們可以對計算機(jī)有比較全面的了解，并且能認(rèn)識和簡單的說明各部分的名稱及其功能（作用）。也希望，各位同學(xué)能通過本課的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)對于計算機(jī)的興趣，并且在以后的學(xué)習(xí)過程中乃至以后的人生能在計算機(jī)方面有所作為。授課在這里，我們以臺式機(jī)為例進(jìn)行講解。計算機(jī)，顧名思義就是用于計算的工具。計算機(jī)從總體上可分為兩大類：電子模擬計算機(jī)和電子數(shù)字計算機(jī)。今天我們所講的計算機(jī)都是指電子數(shù)字計算機(jī)，因此計算機(jī)的一個比較確切的定義是：計算機(jī)是一種以電子器件為基礎(chǔ)，不需要人工直接干預(yù)，能

6、夠自動、高速、準(zhǔn)確地對各種信息進(jìn)行存儲和處理的工具，是一種有硬件和軟件構(gòu)成的復(fù)雜的自動化設(shè)備。正如大家剛才講的各種計算機(jī)的名詞，其實也就可以分為硬件和軟件兩大類。首先，在進(jìn)入課程之前，讓我們來簡單的回顧計算機(jī)的誕生和發(fā)展。那么在這里，我想問大家一個問題，誰知道世界上第一臺計算機(jī)是什么時候誕生的？（人類歷史上的第一臺計算機(jī)產(chǎn)生于1946年2月，美國賓夕法尼亞大學(xué)摩爾學(xué)院與美國軍方阿伯丁彈道實驗室試制成功一臺電子數(shù)字積分和計算機(jī)（Electronic Numericaol Intergrator And Calculator , ENIAC）。自從世界上第一臺計算機(jī)誕生以來，已經(jīng)過去了六十四年。在

7、這期間，計算機(jī)已經(jīng)發(fā)展到了第五代，即新一代計算機(jī)。所謂新一代計算機(jī)，是指采用了巨大規(guī)模集成電路，計算機(jī)從數(shù)值過度到以知識推理為主，并允許用戶使用自然，運(yùn)算速度提高到每秒幾億次以上。（第一代計算機(jī)1946-1957年，電子管計算機(jī)。第二代計算機(jī)1958-1964年，晶體管計算機(jī)。第三代計算機(jī)1965-1973年，集成電路計算機(jī)。第四代計算機(jī)1974-1985年，超大規(guī)模集成電路計算機(jī)。第五代計算機(jī)1986至今，巨大規(guī)模計算機(jī)）。好，現(xiàn)在我們開始來學(xué)習(xí)計算機(jī)的組成和基本原理。提到計算機(jī)，就得提到一個人，這個人是誰呢？他就是，馮諾依曼，他的以“以二進(jìn)制計數(shù)制、存儲程序和程序控制”為核心的設(shè)計思想是目

8、前計算機(jī)設(shè)計的理論基礎(chǔ)。下面我們來簡單了解一下馮諾依曼型計算機(jī)的特點：1、采用二進(jìn)制表示指令和數(shù)據(jù)；2、存儲程序控制。計算機(jī)硬件系統(tǒng)好了，剛才我們將計算機(jī)有硬件和軟件兩大部分組成?，F(xiàn)在，我們先來學(xué)習(xí)計算機(jī)的硬件系統(tǒng) 。計算機(jī)的硬件是指計算機(jī)中的電子線路好物理裝置。它們是看得見、摸得著的實體，是計算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)。馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計算機(jī)硬件系統(tǒng)由存儲器、運(yùn)算器、控制器、輸入設(shè)備和和輸出設(shè)備五大部分組成，它們之間通過系統(tǒng)總線連接在一起。計算機(jī)硬件系統(tǒng)：存儲器：存儲器是計算機(jī)操作的依據(jù)，數(shù)據(jù)時計算機(jī)和操作的對象。而存儲器正是計算機(jī)中存放程序和數(shù)據(jù)的部件，它是計算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)“存儲程序控制”的基礎(chǔ)。運(yùn)算

9、器：是對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算的部件，主要由算術(shù)邏輯部件（ALU）、累加器和通用寄存器組及內(nèi)部總線等組成?？刂破鳎嚎刂破魇钦麄€計算機(jī)的指揮控制中心，它根據(jù)指令的要求向計算機(jī)各個部件發(fā)出微操作控制信號，控制運(yùn)算器、存儲器以及輸入輸出設(shè)備自動、有序、協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作。輸入/輸出設(shè)備：輸入設(shè)備是將各種形式的輸入信息轉(zhuǎn)換為機(jī)器可以識別的編碼形式的設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)等。 輸出設(shè)備是將計算機(jī)的輸出信息轉(zhuǎn)換為人可接受的信息形式的設(shè)備，如顯示器、打印機(jī)等。教學(xué)方法：結(jié)合課件及各種圖片和視頻資料，為學(xué)生展示各種計算機(jī)硬件，并簡單的說明它們的名稱和基本功能師生互動：讓學(xué)生根據(jù)圖片說出各個部件的名稱計算機(jī)軟件系統(tǒng)一個完整

10、的計算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件是計算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件是計算機(jī)的靈魂，解決任何實際問題都必須依靠相應(yīng)的軟件。沒有軟件的計算機(jī)成為“裸機(jī)”。所謂“軟件”是指計算機(jī)系統(tǒng)使用的各種程序和文檔資料的總稱，軟件的主體是程序。計算機(jī)軟件一般來說可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng) 語言處理程序應(yīng)用軟件師生互動：教師讓學(xué)生說出自己知道的各種計算機(jī)的軟件 教師進(jìn)行總結(jié)評價 計算機(jī)的分類：通用計算機(jī)和專用計算機(jī)（結(jié)合課件，用圖片或視頻進(jìn)行展示） 通用計算：巨型機(jī) 大型機(jī) 中型機(jī) 小型機(jī) 微型機(jī) 計算機(jī)的主要性能指標(biāo): 1.字長：字長是指CPU同時處理參與算術(shù)或邏輯運(yùn)算的二進(jìn)制操作數(shù)

11、的位數(shù)。字長的實質(zhì)是指CPU內(nèi)部寄存器、運(yùn)算器、內(nèi)部數(shù)據(jù)總線等部件的寬度。 2.運(yùn)算速度：運(yùn)算速度是指計算機(jī)每秒鐘執(zhí)行指令的條數(shù)。運(yùn)算速度的單位是MIPS（百萬條每秒）。 3.主頻：主頻又稱時鐘頻率，是指CPU每秒產(chǎn)生的時鐘脈沖數(shù)，以MHZ（兆赫茲）為單位。 4.存儲容量：存儲容量主要包括主存儲器的容量和外存儲器的容量。 5.存取周期：存儲器完成一次數(shù)據(jù)的讀取或?qū)懘娌僮魉枰臅r間稱為存儲器的存取時間，存儲器執(zhí)行一次完整的讀寫操作所需要的實踐稱為存取周期。 6.系統(tǒng)總線和傳輸速率：系統(tǒng)總線傳輸速率指單位時間內(nèi)通過系統(tǒng)總線輸入/輸出數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，它取決于系統(tǒng)總線中數(shù)據(jù)線寬度和總線周期。 7.配置

12、的軟件及外圍設(shè)備的種類：一般情況下，系統(tǒng)配置的軟件越多，軟件功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的性能越高。 8.可靠性、可用性和可維修性：可靠性用故障平均間隔時間MTBF來衡量，MTBF等于計算機(jī)系統(tǒng)有效使用時間（時間）除以故障次數(shù)?？捎眯允侵赣嬎銠C(jī)系統(tǒng)有效使用時間按除以有效使用時間加上故障修復(fù)時間之和?？删S修性用故障修復(fù)的平均時間來衡量。 教學(xué)方法：教師通過演示，如何在計算機(jī)上查看計算機(jī)的各項性能參數(shù)計算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示：1、數(shù)據(jù)是對事實、概念或指令的一種特殊表達(dá)形式，這種特殊的表達(dá)形式可以用人工的方式或自動化的裝置進(jìn)行通信、翻譯轉(zhuǎn)換或者進(jìn)行加工處理。 2、十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制及之間的相互轉(zhuǎn)換 3、數(shù)

13、據(jù)校驗：奇偶校驗、海明碼校驗、循環(huán)冗余校驗（CRC） 4、非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示：字符和字符串的表示：ASCLL碼 漢字的表示：漢字國標(biāo)碼 漢字區(qū)位碼 漢字機(jī)內(nèi)碼 運(yùn)算方法和運(yùn)算器：1、原碼、反碼、補(bǔ)碼和移碼的運(yùn)算 2、邏輯運(yùn)算：邏輯非、邏輯或、邏輯與 師生互動：教師可以出一些簡單的題目，讓學(xué)生來做 存儲系統(tǒng)：存儲器的基本概念：1、存儲元：存儲器最小組成單元 2、存儲單元：是CPU訪問存儲器的基本單位 3、存儲單元地址：在存儲器中用以表示存儲單元的唯一編號 4、存儲體：許多存儲單元的集合 5、字存儲單元：存放一個字的存儲單元（字地址） 6、字節(jié)存儲單元：存放一個字節(jié)的存儲單元（字節(jié)地址） 7、按字尋

14、址計算機(jī)：可編址的最小單位是字存儲單元的計算機(jī) 8、按字節(jié)尋址計算機(jī)：可編址的最小單位是字節(jié)的計算機(jī) 存儲器的分類：按存儲介質(zhì)分：磁芯存儲器、半導(dǎo)體存儲器、磁表面存儲器和光盤存儲器 按信息存取方式分：隨即存取存儲器、只讀存取存儲器、順序存取存儲器、直接存取存儲器 按在計算機(jī)系統(tǒng)中的作用分：主存儲器、高速緩存存儲器、輔助存儲器 虛擬存儲系統(tǒng)：段式虛擬存儲器 頁式虛擬存儲器 段頁式虛擬存儲器 指令系統(tǒng)：基本概念：一臺計算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令的集合稱為指令系統(tǒng)，或稱為指令集。 指令系統(tǒng)的要求：1、完備性 2、有效性 3、規(guī)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、

15、二地址指令格式 4、三地址指令格式 5、多地址指令格式 指令的尋址方式：1、順序?qū)ぶ贩绞?2、跳躍尋址方式 操作數(shù)尋址方式：1、立即尋址方式 2、直接尋址方式 3、間接尋址方式 4、變址和基址尋址方式 5、相對尋址方式 6、寄存器尋址方式 指令類型：1、數(shù)據(jù)傳送指令 2、算術(shù)運(yùn)算指令 3、邏輯運(yùn)算與移位指令 4、程序控制指令 5、輸入/輸出類指令 6、字符串處理指令 7、處理器控制指令 8、特權(quán)指令 指令系統(tǒng)：1、80 x86的指令系統(tǒng) 2、SPARC的指令系統(tǒng) 中央處理器：CPU的功能：1、指令控制 2、操作規(guī)程控制 3、時間控制 4、數(shù)據(jù)加工 CPU的組成：1、運(yùn)算器 2、控制器 CPU中

16、的主要寄存器：1、指令寄存器(IR) 2、程序計數(shù)器(PC) 3、地址寄存器(AR) 4、數(shù)據(jù)緩沖寄存器(DR) 5、累加寄存器（ACC） 6、狀態(tài)條件寄存器 CPU主要技術(shù)參數(shù)：1、字長 2、內(nèi)部工作頻率 3、外部工作頻率 4、片內(nèi)Cache的容量和速率 5、工作電壓 6、地址總線寬度 7、制造工藝 CPU新技術(shù)：1、并行處理技術(shù) 2、流水線 3、精簡指令系統(tǒng) 師生互動：讓學(xué)生以組為單位，討論如果購買CPU，應(yīng)該買什么樣的配置，各個參數(shù)如何？ 教師進(jìn)行總結(jié)評價 教師通過操作計算機(jī)演示如何查看計算機(jī)的性能參數(shù) 之后，也可讓學(xué)生上臺自行操作，加深其印象 計算機(jī)的輸入/輸出系統(tǒng)：主機(jī)與外部設(shè)備之間

17、的連接模式：1、總線型 2、輻射性 3、通道型 4、IOP方式 計算機(jī)總線分類：按連接部件：1、內(nèi)部總線 2、系統(tǒng)總線 3、通信總線 按數(shù)據(jù)傳送格式：1、并行總線 2、穿行總線 總線舉例：1、ISA 2、PCI 3、PCI-E 4、USB 5、SCSI 輸入輸出接口：接口是指中央處理器和內(nèi)存、外部設(shè) 備，兩種外部設(shè)備間或兩種機(jī)器之間通過總線連接的邏輯部件。 接口的功能：1、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 2、數(shù)據(jù)緩沖與時序配合 3、提供外部設(shè)備好自己按的通信聯(lián)絡(luò)控制 4、電平匹配和負(fù)載匹配 5、程序中斷 6、提供外部設(shè)備和接口的狀態(tài) 接口的組成：1、數(shù)據(jù)緩沖寄存器 2、控制寄存器 3、狀態(tài)寄存器 4、內(nèi)部定時與控制

18、邏輯 接口的分類 ：1、按照數(shù)據(jù)傳輸寬度分：并行接口和穿行接口 2、按照操作的節(jié)拍分類：同步接口和異步接口 3、按信息傳送的控制方式分類：程序控制的輸入輸出接口、程序中斷的輸入輸出接口和直接存儲器存取接口 外設(shè)的識別與I/O端口的編制方式：1、統(tǒng)一編址 2、I/O獨立編址 CPU與外設(shè)之間數(shù)據(jù)的傳送方式：1、程序查詢傳遞方式 2、程序中斷方式 3、直接存儲器訪問方式 4、通道方式 5、I/O處理機(jī)方式 11、計算機(jī)的其他設(shè)備：外部設(shè)備的分類：1、輸入/輸出設(shè)備 2、輔助存儲器 3、終端設(shè)備 4、過程控制設(shè)備 外部設(shè)備的作用：1、實現(xiàn)人機(jī)交互 2、完成數(shù)據(jù)格式變換 3、存儲數(shù)據(jù)資源 4、拓展計算

19、機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 輸入設(shè)備：1、鍵盤 2、鼠標(biāo) 3、觸摸屏 4、掃描儀等 輸出設(shè)備：1、顯示設(shè)備：CRT、PD、LED、LCD 2、打印設(shè)備：噴墨打印、針式打印機(jī)、激光打印機(jī) 磁介質(zhì)存儲設(shè)備：磁盤陣列（RAID） 光盤存儲器：1、CD-ROM 2、CD-R 3、CD-RW 4、DVD 新型輔助存儲器：大容量可移動存儲器：1、磁盤 2、磁光盤 3、磁帶 閃存卡和USB電子盤 師生互動：讓學(xué)生說出自己見過的各種外設(shè)讓學(xué)生以組為單位討論如果需要購買外設(shè)應(yīng)考慮什么樣的指標(biāo)？ 教師進(jìn)行總結(jié)評價 3、歸納總結(jié)：本節(jié)課只是給同學(xué)們講解計算機(jī)的組成和基本原理中的概念和一些簡單的原理，也給大家講解了計算機(jī)的各種軟硬件和性能指標(biāo)。當(dāng)然，這些只是比較簡單的東西，雖然有些內(nèi)容確實是比較的難。但是，我相信通過各位同學(xué)的努力，你們都會掌握的。至于計算機(jī)的組成和基本原理的更深層次的內(nèi)容，我們將會在以后的課程中進(jìn)一步地去學(xué)習(xí)。 4、復(fù)習(xí)、布置作業(yè)：1、簡單回顧本節(jié)課所講的內(nèi)容，讓學(xué)生記憶更加深刻； 也可以通過提問的方式，讓學(xué)