第一单元 第二节 计算机系统的组成及工作原理（课件）-《中职计算机高级教程》（浙江大学出版社）同步精品课堂

1.2.1计算机系统的组成 与工作原理 中职计算机高级教程 同步精品课堂 浙江大学出版社 任务一 计算机系统的组成 任务二 冯.诺依曼原理 任务三 计算机工作过程 掌握国家标准《机械制图》中有关图幅、比例、字体图线等基本规定。 教学目标 一 1、了解计算机的基本结构 2、理解计算机的工作原理 3、掌握计算机系统的基本组成 教学重难点 二 教学重点： 掌握计算机系统的基本组成 教学难点： 理解计算机的工作原理 导入新课 三 思考问题： 1、这些计算机分别属于什么用途的计算机？ 2、请尝试描述这些计算机的工作流程是什么样子的？ 工控机 ATM机 笔记本 任务一 计算机系统的组成 新知讲授 四 一个完整的计算机系统是由计算机硬件系统和计算机软件系统两部分组成的。 新知讲授 四 1、硬件系统 定义：硬件系统是计算机系统中的各种物理装置，是由各种实在的器件组成的。 作用：快速运行并保证运算结果的精度。 组成：控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。 新知讲授 四 2、软件系统 定义：软件是用户与硬件之间的接口界面，指计算机系统中的程序及文档。 作用：管理、维护、使用好计算机 包括：系统软件、应用软件 如何区分系统软件和应用软件？ 新知讲授 四 系统软件为其他软件提供运行环境（如操作系统、磁盘工具、编译器等），是计算机运行的基础。 应用软件为用户解决具体需求（如办公、娱乐、学习等），根据用户的需求进行安装。 系统软件是“舞台”，应用软件是“演员”。应用软件是在系统软件的支持下工作的，应用软件的使用决定了计算机发挥的作用。 新知讲授 四 系统软件和应用软件的区分技巧： ‌特性 系统软件 应用软件 ‌定义‌ 管理和控制计算机硬件及其他软件，为应用软件提供运行环境。 为完成特定任务或解决特定问题而设计的软件。 主要功能‌ 操作系统、设备驱动、实用工具等，确保计算机正常运行。 满足用户需求，如办公、娱乐、设计等。 ‌用户交互‌ 通常不与用户直接交互，主要在后台运行。 直接与用户交互，提供友好的界面和功能。 ‌依赖性‌ 应用软件依赖于系统软件运行。 依赖于系统软件提供的环境和资源。 ‌示例‌ Windows、Linux、macOS、设备驱动程序等。 Microsoft Office、Photoshop、浏览器等。 安装与卸载‌ 通常预装在计算机中，用户较少主动安装或卸载。 用户根据需要安装或卸载。 ‌更新频率‌ 更新频率较低，主要针对安全性和稳定性。 更新频率较高，增加新功能或修复问题。 ‌目标用户‌ 面向计算机系统管理员和开发者。 面向普通用户和特定领域的专业人士。 操作系统、程序设计语言、编译系统、应用数据库管理软件、Visual Basic、Windows7、Word 、磁盘扫描程序、Red Hat Linux、DOS 7.0、Office 2010、Windows 7 新知讲授 四 小试牛刀：请在下列软件中选出应用软件 操作系统、程序设计语言、编译系统、应用数据库管理软件、Visual Basic、Windows7、Word 、磁盘扫描程序、Red Hat Linux、DOS 7.0、Office 2010、Windows 7 硬件系统是软件发挥作用的物质基础 新知讲授 四 3、两者关系 相辅相成，缺一不可 硬件系统是软件发挥作用的物质基础 软件系统是硬件发挥作用的唯一途径。 任务二 冯.诺依曼原理 新知讲授 四 约翰·冯·诺依曼（John von Neumann，1903年12月28日-1957年2月8日），美籍匈牙利数学家、计算机科学家、物理学家，是20世纪最重要的数学家之一。冯·诺依曼是罗兰大学数学博士，是现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等领域内的科学全才之一，被后人称为“现代计算机之父”、“博弈论之父”。 新知讲授 四 早期的计算机是由各种门电路组成的，这些门电路通过组装出一个固定的电路板，来执行一个特定的程序，一旦需要修改程序功能，就要重新组装电路板，程序在硬件层面是“写死”的。所以早期的程序是硬件化的。 例如 早年“Plugboard”这种插线板计算机，在板子上不同的插头或者接口的位置插入线路实现不同功能。这样的计算机“可编程”，但编写好的程序不能存储下来供下一次加载使用，不得不每次要用到和当前不同的“程序”的时候，重新插板子，重新“编程”。 编写好的程序不能存储下来供下一次加载使用，不得不每次要用到和当前不同的“程序”的时候，重新插板子，重新“编程”。 新知讲授 四 这样的编程有何弊端？ 编写好的程序不能存储下来供下一次加载使用，不得不每次要用到和当前不同的“程序”的时候，重新插板子，重新“编程”。 效率低下。 为了效率，有了“存储程序计算机”。冯诺依曼在秘密开发的EDVAC写了一篇报告First Draft of a Report on the EDVAC，描述了一台计算机什么样。 新知讲授 四 冯诺依曼体系结构如何提高计算机效率 1.早期的计算机设计中，程序和数据是分开的，数据放在存储器中，而程序是控制器的一部分，比如ENIAC，每一次编程都要进行大量的旋钮和接插线的位置组合，也就是程序是作为硬件存在的，这样的计算机计算效率低、灵活性差。 2.在冯·诺依曼结构中，程序是以数据的形式存在的，程序与数据一起存放在存储器中，要执行某个程序，事先把该程序及其所需的数据存入存储器，然后从存储器中依次取出指令，送入控制器执行，这样的设计将程序从硬件实现转换为软件实现，实现了硬件设计和软件设计的分离，大大促进了计算机的发展，这就是冯·诺依曼思想的核心——程序存储控制。 新知讲授 四 冯.诺依曼结构中，将程序和数据一样看待，将程序编码为数据，然后与数据一同存放在存储器中，这样计算机就可以调用存储器中的程序来处理数据了。无论什么程序，最终都是会转换为数据的形式存储在存储器中，要执行相应的程序只需要从存储器中依次取出指令、执行，冯.诺依曼结构的灵魂所在正是这里：减少了硬件的连接，这种设计思想导致了硬件和软件的分离，即硬件设计和程序设计可以分开执行。 冯.诺依曼结构消除了原始计算机体系中，只能靠硬件控制程序的状况，将程序编码存储在存储器中，实现了可编程的计算机功能，实现了硬件设计和程序设计的分离，大大促进了计算机的发展。 新知讲授 四 新知讲授 四 新知讲授 四 (1)计算机硬件设备由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成； (2)计算机内部采用二进制 (3)程序存储和程序控制。（核心思想） 控制器 存储器 输出设备 输入设备 运算器 控制信息 数据或指令 任务三 计算机工作过程 新知讲授 四 思考问题： 请大家回忆从座位起身到开水间处打完开水后，再回到教室座位上，整个过程可以分解成那些动作？ 请在草稿纸上用带箭头的流程图来画出打开水的整个动作。 新知讲授 四 拿杯子 起身 走去接水处 拧开杯盖 接水 拧回杯盖 走回教室 坐下 计算机完成某个操作所发出的命令就称为指令。 选用一条条的指令进行有序的排列，这一指令序列就称为程序。 （指令1） （指令2） （指令3） （指令4） （指令5） （指令6） （指令7） （指令8） 新知讲授 四 计算机的工作过程（以“执行2+8=10”为例）： (1)CPU访问输入/输出接口(I/O接口)。 (2)读入数据并运行。 (3)暂存结果。 (4)输出结果 CPU 访问 输入/输出接口(I/O接口) 扫描键盘 查询有无键按下 运算器 计算2+8=10 内存储器、CPU内寄存器 输出设备 输出 师生互动 五 1、计算机硬件系统和软件系统的关系是什么 2、简述冯诺依曼原理 3、叙述指令和程序的概念 答案： 1、相辅相成，缺一不可 2、计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成；计算机采用二进制；程序存储和程序控制。 3、指令是计算机完成某个操作所发出的命令；程序是指令的有序集合。 随堂练习 六 1 、下列关于计算机系统的表述，不正确的是( ) A.一个完整的计算机系统是由计算机硬件系统和计算机软件系统两部分组成 B.硬件系统是计算机系统中各种物理装置，是由各种实在的器件组成，是计算机系统的基础 C.软件系统由两部分组成：一部分是程序，另一部分是文档 D.硬件是软件发挥作用的基础，硬件正常工作是软件发挥作用的唯一途径 答案：D 解析：软件的正常工作是硬件发挥作用的唯一途径。 随堂练习 六 2 、下列软件属于应用软件的有( ) A.操作系统 B.程序设计语言 C.编译系统 D.应用数据库管理软件 答案：D 解析：应用数据库管理软件属于应用软件，是为用户的具体需求所开发的软件。 随堂练习 六 3 、在计算机软件系统中，系统检测诊断程序属于（ ） A.管理软件 B.系统软件 C.应用软件 D.办公软件 答案：B 解析：系统检测诊断程序属于系统软件。 随堂练习 六 4 、（多项选择题）下列描述正确的是（ ） A.计算机硬件设备由运算器、控制器、寄存器、存储器、输入设备和输出设备组成 B.计算机内部采用二进制 C.程序存储与程序控制 D.匈牙利籍美国科学家冯·诺依曼被人们称为“现代电子计算机之父” 答案：BC 解析：A选项：寄存器是存储器的一种，删去“寄存器” D选项：美籍匈牙利科学家冯诺依曼。 随堂练习 六 5 、(是非选择题)存放在计算机上的各类文档也是计算机软件系统之一。 A.正确 B.错误 答案：A 解析：计算机软件系统由程序和文档组成。 随堂练习 六 6 、(是非选择题)系统软件的使用决定了计算机发挥的作用，因而，目前应用软件正向标准化、模块化方向发展。 A.正确 B.错误 答案：B 解析：是应用软件的使用决定了计算机发挥的作用。 随堂练习 六 7、(是非选择题)随着计算机技术的不断发展，部分计算机在体系结构上已经不属于最初的冯·诺依曼体系。 A.正确 B.错误 答案：B 解析：现在的所有计算机在体系结构上均属于冯诺依曼体系。 随堂练习 六 8、冯·诺依曼提出的计算机体系设计的核心思想是 。 答案：程序存储和程序控制 解析：冯诺依曼体系结构的核心思想是程序存储和程序控制，大大地提高了计算机的运行效率。 课堂小结 七 谢谢 $$