计算机的工作原理

计算机系统及其工作原理

一、教学目标：

1、基本掌握计算机系统的基本组成

2、初步了解各硬件的作用

3、了解计算机软件的作用

二、教学重点：

计算机硬件和软件的概念

三、教学难点：

认识各硬件及了解其作用；认识软件系统在计算机中的重要性。

四、课时安排：

1课时

五、教学方法和手段：

任务驱动式、分组教学

六、教学过程：

教学内容及过程 个性发挥

（一） 引入新课：

计算机对于我们来说已经不再陌生了，而且有越来越多的同学已经拥有了计算机，可我们对计算机的了解又有多少呢？今天我们就来学习计算机系统的基本组成。首先，我们来做一个小调查，请家里有计算机的同学举手。（据初步了解每个班级中至少有30%以上的同学家中有计算机）

（二） 新授：

1、硬件系统

教师提问：下面，我们请几位同学给大家介绍一下自己所掌握的计算机系统知识好吗？

学生回答：请2-3位同学讲解，老师记录与本课有关的计算机系统所涉及的内容写在黑板上。

教师讲解：

计算机硬件，是构成计算机的各种设备或器件的总称，是实实在在的、看得见、摸得着的东西。

每一台计算机都有CPU、内存、硬盘、键盘、鼠标、显示器等（结合刚才所记载的内容，分别讲解并展示实物以加深学生的认识。）

计算机硬件包括：

1、中央处理器（CPU）：由控制器和运算器构成，它是一种超大规模的集成电路，具有运算、处理和控制的功能，是计算机的核心部件。

它是衡量计算机性能的重要指标，常以此型号来称呼计算机。如PⅢ、PⅣ计算机

2、存储器：是存储各种信息和处理结果的装置。分为主存储器和辅助存储器

存储器的容量基本单位是字节（B），常见的容量单位有KB（千字节），MB（兆字节），GB（吉字节）

1GB = 1024MB，1MB= 1024KB，1KB = 1024B

主存储器，也称内存。常用于存储计算机要执行的程序和数据，存取速度快，但存储量小，断电后其中存放的数据不能保存，再次通电后也不能恢复。内存容量常用MB表示，它是衡量计算机性能的一项重要指标，。

简述计算机的工作原理.

计算机的工作原理是指计算机进行运算和处理任务的基本原理。计算机的工作原理可以总结为四个主要步骤：输入、存储、处理和输出。

输入是指将外部数据和命令导入计算机中。一般来说，输入设备可以是键盘、鼠标、触摸屏等，用于输入各种类型的数据，而输入的指令则可以来自于软件或存储介质。

存储是指将输入的数据和程序保存在计算机的内存中，以便后续的处理。内存通常包括主存储器（RAM）和辅助存储器（例如硬盘、固态硬盘），其中主存储器具有较快的读写速度，但数据在断电时会丢失，而辅助存储器则可以长期保存数据。

处理是指计算机对输入数据进行处理和运算，通过中央处理器（CPU）执行。CPU是计算机的核心部件，它包括运算单元和控制单元，分别负责数据的运算和指令的控制。CPU根据程序中的指令和数据，进行算术运算、逻辑运算和数据传送等操作。

输出是指将处理后的数据或计算结果发送到输出设备上，以供用户查看或接收。常见的输出设备包括显示器、打印机、音频设备等。输出设备将计算机处理的结果以用户可以理解的形式呈现出来。

总的来说，计算机的工作原理就是通过输入设备接收外部数据和指令，然后将其存储于内存中，在CPU的处理下进行运算和处理，最终将结果输出到输出设备上以供用户使用。这个过程是计算机完成各种任务和功能的基础。

第二节 计算机的基本组成及工作原理

第一册模块二 计算机基础第二节 计算机的基本组成及工作原理

教学目标：

1、基本掌握计算机系统的基本组成

2、初步了解各硬件的作用

3、了解计算机软件的作用

重点难点：

1、计算机硬件和软件的概念

2、认识各硬件及了解其作用；认识软件系统在计算机中的重要性。

德育目标：在教学过程中，培养学生的爱国主义精神及同学间的互助交流能力 教学准备：一台完整计算机硬件（再准备一个已安装操作系统的硬盘）

课 时：第1课时

处理方法：在大多数教材中都是采用直接告诉学生，计算机系统是由硬件系统和软件系统两部分组成的，这种处理方式有些空洞，让很多学生无法真正理解。而现在计算机已经很普及了，越来越多的学生家庭购买了计算机，这就为“计算机系统的组成及工作原理”这一节课提供了一个很好的素材。我采用了让家里有计算机、接触计算机较多的学生来讲解和实物展示，并通过学生之间的充分交流和讨论，来达到教学目的。本课分两课时完成，第1课时为掌握计算机系统的基本组成。第2课时了解计算机的工作原理和计算机的分类，根据所掌握的知识互评讨论配置一台适合自己使用的计算机，以巩固所学知识。

教学过程：

一、导入

计算机对于我们来说已经不再陌生了，而且有越来越多的同学已经拥有了计算机，可我们对计算机的了解又有多少呢？今天我们就来学习计算机系统的基本组成。首先，我们来做一个小调查，请家里有计算机的同学举手。（据初步了解每个班级中至少有60%以上的同学家中有计算机）

二、新授

1、硬件系统

教师提问：下面，我们请几位同学给大家介绍一下自己所掌握的计算机系统知识好吗？

学生回答：请2-3位同学讲解，老师记录与本课有关的计算机系统所涉及的内容写在黑板上。

教师讲解：

计算机硬件，是构成计算机的各种设备或器件的总称，是实实在在的、看得见、摸得着的东西。

每一台计算机都有CPU、内存、硬盘、键盘、鼠标、显示器等（结合刚才所记载的内容，分别讲解并展示实物以加深学生的认识。）

第一章 计算机系统概论

1、基本概念

硬件：是指可以看得见、摸得着的物理设备（部件）实体，一般讲硬件还应包括将各种硬件设备有机组织起来的体系结构。

软件：程序（代码）+ 数据 + 文档。由两部分组成，一是使计算机硬件能完成运算和控制功能的有关计算机指令和数据定义的组合，即机器可执行的程序及有关数据；二是机器不可执行的，与软件开发、过程管理、运行、维护、使用和培训等有关的文档资料。

固件：将软件写入只读存储器ROM中，称为固化。只读存储器及其写入的软件称为固件。固件是介于硬件和软件之间的一种形态，从物理形态上看是硬件，而从运行机制上看是软件。

响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量。

处理机字长：常称机器字长，指处理机运算中一次能够完成二进制运算的位数，如32位机、64位机。

CPI：执行一条指令所需要的平均时钟周期数，可用下式计算

CPI=执行某段程序所需的CPU时钟周期数/该程序包含的指令条数。

MIPS：平均每秒执行多少百万条定点指令数，用下式计算

MIPS=指令条数 /（程序执行时间 × 106） FLOPS：平均每秒执行浮点操作的次数，用来衡量机器浮点操作的性能，FLOPS=程序中的浮点操作次数/程序执行时间（秒）

指令流：在取指周期中从内存中读出的信息流称为指令流，它通过总线、CPU内部数据通路流向控制器。

数据流：在执行周期中从内存中读出的信息流称为数据流，它通过总线、CPU内部数据通路流向运算器。

2、冯·诺依曼计算机

（1）主要设计思想

由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分构成计算机硬件系统概念结构；

采用二进制代码表示数据和指令；

采用存储程序控制方式（指令驱动）。

（2）主要组成部分及结构

要求：能简要描述清楚其工作过程。

3、计算机如何区分指令和数据？

从时间上来说，取指令事件发生在取指周期（取指令阶段），取数据事件发生在执行周期（执行指令阶段）；