计算机的基本结构及工作原理

七年级信息技术教案：计算机的基本结构及工作原理一、教学目标知识与技能1.了解计算机的基本结构和工作原理；2.掌握计算机硬件组成和软件应用；3.熟悉计算机的基本操作。

过程与方法通过本节课的教学，学生将能够：1.观察、分析和了解计算机的基本结构和工作原理；2.巩固学习，提高思维能力，培养创新意识；3.掌握计算机基本操作，培养实际应用能力。

情感、态度和价值观通过本节课的教学，学生将：1.培养对计算机的喜爱和兴趣；2.提高对计算机技术的认知；3.培养好奇心，增强学习动力。

二、教学过程1. 导入环节1.1 教师以计算机和手机为例，引导学生猜测它们有哪些相似之处。

1.2 通过与学生交流，带出计算机的概念，准确了解计算机的基本概念、分类和应用。

2. 计算机的基本结构2.1 展示计算机的外形和硬件结构，并通过图片向学生介绍计算机主机的基本组成部分。

2.2 介绍计算机的输入设备：键盘、鼠标、摄像头等，并演示其使用方法。

2.3 介绍计算机的输出设备：显示器、打印机等，通过图片等形式进行展示和讲解。

2.4 了解计算机的存储设备：硬盘、光驱、磁盘等，并了解它们的基本原理和应用。

3. 计算机的工作原理3.1 介绍计算机的工作原理：输入、处理、输出和存储，并通过实例分析，讲解计算机处理过程。

3.2 了解计算机的软件组成：操作系统、应用软件等，并讲解它们的基本原理和使用方法。

4. 计算机的基本操作4.1 针对计算机的基本操作，进行演示和讲解，并逐项让学生跟随操作。

4.2 通过练习，让学生巩固计算机的基本操作技能，提高实际应用能力。

5. 总结与评价5.1 让学生回顾本节课的重点内容，完成回顾总结。

5.2 进行问答环节，解答学生的困惑和疑问。

5.3 老师进行评价，鼓励学生并给予肯定。

三、教学方法1.讲授与演示相结合。

让学生了解计算机的基本概念和工作原理，通过图片、实物、视频等方式进行展示。

2.情景教学。

通过模拟生活中的计算机使用场景，让学生掌握计算机的基本操作技能。

计算机硬件系统组成及工作原理一、计算机硬件系统组成任何一台计算机，都是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件组成，其结构框图如网1—1所示。

1．运算器运算器是对数据进行运算的部件，它能够快速地对数据进行加、减、乘、除等基本算术运算及“与”、“或”、“非“等逻辑运算。

在运算过程中，运算器不断得到由存储器提供的数据，运算后把结果(包括中问结果)送回存储器保存起来。

整个运算过程是在控制器统一指挥下，按程序中绢诽的操作次序进行的。

运算器主要由算术逻辑单元(A小hme小L08ic Un入简称Aeu)、寄存器以及一些控制数据传送的电路组成。

算术逻辑单元是运算器中实现算术和逻辑运算的电路；寄存器是运算器中的数据暂存器，在运算器中往往设置多个寄存器，每个寄存器能够保存一个数据。

寄存器可以直接为算术逻辑单元提供参加运算的数据，运算的中间结果也可以保存在寄存器中。

这样，一个简单的运算过程就可以在运算器内部完成，避免了频繁地与存储器打交道的工作，从而提高了运算速度。

Atmel代理运算器中还设有标志寄存器，它用来存放运算结果的特征．如进位标志(c)、零标志(Z)、符号标志(s)等。

在不同的机器中，标志寄存器的标志位有不同的规定。

2．控制器控制器是计算机的控制中心，计算机的工作就是在控制器的控制下有条不亲地协调工作。

控制器通过地址访问内存储器，逐条取出选中单元的指令，分析指令，并根据指令码产生相应的控制信号作用于其他各个部件，控制这些部件完成指令要求的操作。

上述过程周而复始，保证了计算机能自动、连续地工作。

控制器主要由指令计数器(又称程序计数器)、指令寄存器、指令译码器、时序电路及操作控制器等电路组成。

当计算机执行程序时，指令计数器中保存的是耍执行的下一条指令的地址，控制器根据这个地址，从内存中取出指令并送人指令寄存器。

指令译码器对指令寄存器中的指令代码进行分析后，发出各种相应的操作命令，指挥计算机的有关部件进行工作，比如一次内存读／写操作，一个算术／逻辑运算操作，或一个输入／输出操作等。

计算机的基本结构和工作原理【学习目标】（1 ）了解计算机的工作原理，说出微型计算机的主要硬件设备的名称及各自的功能；（2 ）了解主机内部基本构成，理解硬件设备之间的连接；【重点难点】计算机系统的工作原理【自主学习】要求：结合导学案基础知识及问题导航，高效预习课本。

问题导航：计算机的基本工作原理【学法指导】1 、依据学习目标和自主学习要求，进行快速、高效预习。

2 、按照合作探究要求，积极讨论，精彩展示。

【自学提纲】计算机的工作原理教材14 页信息岛中给出了计算机工作原理图，图中的实线代表“控制信号”的流向，包括原始数据、中间数据、处理结果、程序指令等。

虚线代表“数据信号”的流向。

接下来教材对组成计算机的五大部件输入设备、存储器、运算器、控制器、输出设备作了详细的介绍。

计算机具体的工作流程学生的信息“计算机工作过程” 了解。

计算机的工作原理这一部分内容是比较抽象但又非常重要的内容。

下面介绍一个人们解决实际问题的例子，再让学生结合例子阅读教材，以小组讨论的形式得出结论。

例子剖析：首先我们先用计算机键盘将作文内容输入到word 软件中——存盘——点击“文件”菜单下的“打印”命令——放纸并将作文内容暂存到打印任务中——通过打印机打印输出。

这里的键盘就是输入设备，存盘就是将程序和数据送入存储器，也就是计算机工作过程的第一步：将程序和数据通过输入设备送入存储器；点击“文件”菜单下的“打印”命令就是让计算机分析出要完成的工作是打印，也就是计算机工作过程的第二步：启动运行后，计算机从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指令要求做什么；计算机能够将文字由硬盘上暂存到打印任务中是通过运算器来处理的，所以放纸并将作文内容暂存到打印任务中也就是计算机工作过程的第三步：控制器根据指令含义发出相应命令，将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器进行运算，再把运算结果送回到存储器指定的单元中；打印机就是输出设备，通过打印机打印输出就是计算机工作过程的第四步：当运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出。

笔录本电脑的整机构造笔录本电脑的整体设计特别紧凑，它将 LCD(液晶显示屏 ) 、键盘、触摸板以及主机部分所有集成在了一同。

图 3-1 为典型笔录本电脑的构造表示图。

从整体上看 t 键盘、触摸板以及电源开关和状态指示灯都位于主机的表可，LCD和主机部分采纳翻盖式设计，使得整个电脑仿佛一本书同样能够任意“睁开，，和“闭合”。

键盘和触摸板的下边就是笔录本电脑的主机部分，主板、 CPU、内存、硬盘、光驱、软驱等所有的计算机组件基本上都集成在了主机中。

图 3-2 为笔录车电脑的底部构造图。

能够看到，在笔录本电脑的底部设有CPU及散热系统护盖、内存护盖以及硬盘护盖。

这些护盖都有螺钉固定，卸掉相应护盖的螺钉，就能够看到相应的设施。

这是笔录本电脑为方便用户对硬件进行升级或洁净保护而设计的。

因为笔录本电脑能够采纳市电供电和电池供电两种方式，所以．笔录本电脑不单供给有与市电连结的电源插口，并且还供给有电池仓用以安装电池。

往常，电池仓位于笔录本电脑的底部，电池经过电池锁锁紧在电池仓内。

一重点提示—笔录本电脑的品牌、型号不一样，其内部组件的地点也不尽井日同，故底部护盖所对应的设施会有所不一样，护盖的地点也会随对应组件地点的变化而变化。

所以，图 3-2 中所示的硬件及对应护盖的地点也不是独一的，需依据实质机型进行剖析。

往常，整机构造及组件散布在笔录本电脑附加的说明书中都可找到。

3—3 所示笔本的面构。

能够看到，光、、接口、音接口及其余展接口都置在笔本的面。

只管笔本自己的集成度很高 ( 无需接其余即可独立工作 ) ，但了使笔本的整体功能更为完，笔本附有不一样格的接口用以接不一样的。

例如·阿接口能够接阿， USB接口能够接、鼠以及其余 USB，示器接口能够外接示器等。

别的，了使笔本能保持优秀的散，在笔本的周围和底部都有散通孔。

一重点提示一不一样笔本的接口布局各有不一样，接口数目和接口型也不固定。

多新式笔本都已不再附存容量小、速度慢的及接口，比如、串行接口甚至并行接口等。

一、系统概述（一）计算机发展历程（二）计算机系统层次结构1.计算机硬件的基本组成2.计算机软件的分类3.计算机的工作过程（三）性能指标1.吞吐量对网络、设备、端口、虚电路或其他设施，单位时间内成功地传送数据的数量(以比特、字节、分组等测量)。

2.响应时间3.CPU时钟周期（Clock Cycle）：又称节拍没冲或T周期，是处理操作的最基本单位，是计算机中最基本的、最小的时间单位。

主频的倒数4.主频: 即CPU内核工作的时钟频率（CPU ClockSpeed）。

CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力并没有直接关系。

5.CPI （Clock cycle Per Instruction）表示每条计算机指令执行所需的时钟周期。

6.CPU执行时间7.MIPS(Million Instruction per second)每秒执行百万条指令某机器每秒执行300万条指令，则记作3 MIPS8.MFLOPS (Million Floationg-point Operations perSecond，每秒百万个浮点操作)衡量计算机系统的主要技术指标之一。

对于一给定的程序，MFLOPS的定义为：MFLOPS=操作浮点数/（执行时间*10E6）（10E6位10的6次方）。

1.指令周期：执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成，是从取指令、分析指令到执行完所需的全部时间。

2.机器周期：（又称cpu周期）在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一项工作。

例如，取指令、存储器读、存储器写等，这每一项工作称为一个基本操作。

完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。

通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定因而又称总线周期3.在电子技术中，脉冲信号是一个按一定电压幅度，一定时间间隔连续发出的脉冲信号。

脉冲信号之间的时间间隔称为周期；而将在单位时间（如1秒）内所产生的脉冲个数称为频率。

冯诺依曼结构计算机的基本工作原理冯·诺依曼结构是一种广泛应用于计算机设计的基本原理。

冯·诺依曼结构的计算机包括一个中央处理器（CPU），一个存储器，一个输入设备和一个输出设备。

这个结构的基本工作原理是程序和数据被存储在同一个存储器中，并且可以通过输入输出设备进行读取和写入。

下面详细介绍冯·诺依曼结构计算机的基本工作原理。

首先，冯·诺依曼计算机结构中的存储器被划分为两个部分：数据存储器和指令存储器。

数据存储器用于存储程序的数据，指令存储器用于存储程序的指令。

这两个存储器在物理上可以是不同的，但逻辑上它们是同一个存储器。

计算机执行程序时，首先将指令从指令存储器中读取到CPU中，并依次执行这些指令。

指令可以包括各种操作，如加法、减法、乘法、除法、逻辑运算等，以及控制指令，如跳转、循环等。

执行指令的过程中可能需要读取数据，执行完毕后可能需要将结果写入数据存储器中。

指令的执行过程可以分为多个步骤，包括指令的获取、指令的解码、操作数的获取、操作的执行和结果的写回等。

这些步骤由CPU内部的控制单元负责协调和控制。

在执行指令的过程中，指令的地址被用来从指令存储器中读取指令。

指令的解码过程将指令翻译为机器语言，并确定所需的操作。

操作数的获取过程用于获取指令中的数据。

操作的执行过程根据指令所需的操作和操作数进行计算，生成结果。

结果的写回过程将结果写入数据存储器中。

除了指令和数据的操作，计算机还需要输入和输出设备来与外部环境进行交互。

输入设备用于将外部数据输入到计算机中，输出设备用于将计算结果输出给外部环境。

冯·诺依曼计算机的工作原理是基于程序的概念。

程序作为计算机负责执行的指令集合，被存储在指令存储器中。

计算机按照程序的指令依次执行，通过改变指令的地址来实现控制流程。

程序和数据被存储在同一个存储器中，这使得计算机具有灵活性和通用性。

冯·诺依曼计算机的基本工作原理可以通过下面的步骤总结：1.从指令存储器中读取指令。

计算机的计算原理计算机作为现代社会中不可或缺的工具，已经深刻地改变了人们的生活和工作方式。

它的计算能力源于其独特的计算原理。

本文将详细介绍计算机的计算原理。

一、布尔逻辑与门计算机中最基本的计算单元是逻辑门，其中最简单的逻辑门是与门（AND gate）。

与门接受两个输入，并产生一个输出。

其计算原理是：当两个输入都为1时，输出为1；否则输出为0。

通过组合多个与门，可以构建复杂的逻辑电路，从而实现更复杂的计算功能。

二、二进制数系统计算机使用二进制数系统来表示和处理信息。

在二进制系统中，只有两个数字0和1，通过不同位数的组合，可以表示任意整数和小数。

计算机通过逻辑电路实现了二进制数的加法、减法、乘法和除法等运算，从而实现了各种复杂的数值计算。

三、算术逻辑单元（ALU）算术逻辑单元（ALU）是计算机中负责执行算术和逻辑运算的核心组件。

ALU可以执行加法、减法、与门、或门等基本计算操作。

在ALU中，使用二进制补码表示负数，并通过一系列逻辑电路实现了带符号整数的运算。

四、存储器计算机的存储器用于保存和读取数据。

存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

RAM是一种易失性存储器，可以随机访问，并且数据可以被写入和读取。

ROM是一种非易失性存储器，只能读取，无法写入。

计算机使用存储器来保存指令和数据，通过读取和修改存储器中的内容，实现各种复杂的计算任务。

五、中央处理器（CPU）中央处理器（CPU）是计算机的核心部件，它负责执行指令和控制计算机的运行。

CPU包括控制单元和算术逻辑单元。

控制单元负责解析和执行指令，而算术逻辑单元执行具体的运算操作。

CPU通过时钟信号控制指令的执行速度，并与其他组件进行数据交互，实现计算和数据处理功能。

六、冯·诺伊曼体系结构冯·诺伊曼体系结构是现代计算机的基本架构，它由冯·诺伊曼于1945年提出。

该体系结构包括存储器、运算器、控制器和输入输出设备四个基本部分，通过总线连接各个部件。

冯诺依曼结构工作原理冯诺依曼结构是计算机体系结构的一种基本原理，它是由冯·诺依曼于1945年提出的，它的核心思想是将计算机的控制单元、算术逻辑单元、存储单元和输入输出设备统一起来，以存储程序方式进行运算。

冯诺依曼结构分为五个主要部分：存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备。

下面我将详细介绍每个部分的工作原理。

首先是存储器。

存储器是冯诺依曼结构的核心，它用来存储指令和数据。

它通常分为主存和辅存两部分。

主存储器是指电脑中的内存，用来存储正在运行的程序及其相关数据。

辅存储器则是指硬盘、光盘等外部存储设备，用来存储长期不需要的数据和程序。

运算器是计算机进行算术运算和逻辑运算的部分。

它由算术逻辑单元（ALU）和一组通用寄存器组成。

ALU负责执行各种算术和逻辑运算，如加法、减法、乘法、除法和逻辑与、逻辑或等。

寄存器则用来存储算术逻辑单元的操作数和运算结果。

控制器是计算机的指挥中心，负责控制和协调计算机的各个部件。

它的主要功能是根据存储器中的指令，将指令送到运算器执行，并将执行结果存储到指定位置。

控制器包括指令寄存器、程序计数器、指令译码器和时序发生器等。

输入设备和输出设备用于与外部环境进行数据交换。

输入设备将外部数据转换为计算机能够识别的形式，并传输到存储器中。

常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等。

输出设备则将计算机处理后的数据转换为人类可以理解的形式，并输出到外部环境。

常见的输出设备包括显示器、打印机、音响等。

冯诺依曼结构的工作原理可以总结为以下几个步骤：首先，计算机从输入设备接收到待处理的数据。

然后，控制器将存储器中的指令送到运算器执行。

运算器根据指令进行算术和逻辑运算，并将执行结果存储到指定位置。

最后，计算机将处理结果通过输出设备输出。

冯诺依曼结构的优点是具有程序存储器和数据存储器的统一性，能够灵活地处理不同的应用程序。

同时，由于指令和数据存储在同一个存储器中，可以实现程序的随机访问，提高计算机的运行效率。