第一单元 任务1-1 计算机的发展、特点及性能指标（教案）-《计算机软件与硬件基础》（高等教育出版社）同步精品课堂

《计算机软件与硬件基础》教案 课 题 《第一单元 任务1-1 计算机的发展、特点及性能指标》 课 型 讲授 课 时 2 授课班级 计算机专业学生 授课时间 授课教师 教材分析 本课程采用的教材是高等教育出版社出版的《计算机软件与硬件基础》，是浙江省中职计算机高考的指定教材。本节为第一单元“计算机概述”的任务1“初识计算机”中的第一小节，主要内容为计算机的诞生与发展、计算机的特点、计算机的性能指标等。在教学过程中，要着重介绍我国计算机的发展和未来计算机的发展方向，让学生了解我国在计算机领域的起步与进步，知晓未来计算机的类型与特性，激发学生对于学习计算机的兴趣。 学情分析 本课的授课对象是中职计算机专业的学生，在学习基础方面，他们对计算机基础知识有一定的了解，但系统性的学习较少；在学习兴趣方面，学生对趣味性、贴近生活的知识内容会更有兴趣，对于枯燥的理论知识的兴趣相对偏低；在学习动机方面，大部分学生要参加对口高考，有一定的学习积极性，但容易产生倦怠情绪。因此在教学上需要多联系实际生活，帮助学生理解，课堂上加强互动，强化学生学习兴趣，增强学生的学习信心与学习自主性。通过本节的学习，学生能够对计算机有初步的了解，激发对计算机专业理论知识的学习兴趣，为后续的学习夯实基础。 学习目标 了解计算机的发展历程，了解我国计算机的发展，理解计算机的特点和性能指标。 学习重难点 重点：计算机的特点、计算机的性能指标 难点：理解计算机性能指标的实际意义 教学方法 讲授法、任务驱动法 课前准备 教学课件、思维导图、相关图片和视频资料 教学媒体 PPT 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 分别展示ENIAC、109丙计算机、量子计算机等的图片，提问学生：计算机自出现以来发展迅速，你是否了解计算机的历史？你是否了解中国计算机的历史？你是否了解未来计算机的发展方向？ 观察图片。 思考、讨论并回答教师提问。 问题导入，启发学生思考，激发学生学习兴趣。 活动二： 调动思维 探究新知 子任务一：计算机的发展 1、 计算机的诞生 · 名称：电子数字积分计算机（简称ENIAC） · 诞生时间和地点：1946年2月，美国宾夕法尼亚大学 · 开发者：莫克利和埃克特 · 特点：重30余吨，占地约170平方米，使用了18000多个电子管，另外还有大量的电阻、电容、继电器、开关等，运算速度为每秒5000次加法运算。 2、 计算机的四个发展阶段 根据物理器件的发展，一般将电子计算机的发展分为如下4个阶段： ①第一代电子管计算机（1946-1957） · 系统结构：电子管，输入输出使用穿孔卡片和纸带 · 运算速度：每秒几千次至几万次 · 软件：机器语言、汇编语言 · 应用领域：科学计算 ②第二代晶体管计算机（1957-1964） · 系统结构：晶体管，存储技术有了一定发展。 · 运算速度：每秒几十万次 · 软件：开始出现高级语言，批处理系统开始出现 · 应用领域：科学计算、数据处理、事务处理、工业控制 ③第三代集成电路计算机（1964-1970） · 系统结构：中、小规模集成电路，出现半导体存储器；显示器和键盘等终端开始普及 · 运算速度：每秒几十万次到几百万次 · 软件：高级语言有了很大发展，分时系统开始普及。 · 应用领域：开始广泛应用在各个领域 ④第四代大规模集成电路计算机（1971至今） · 系统结构：大规模、超大规模集成电路；发展了并行处理技术，多核处理器逐渐流行。 · 运算速度：每秒千万次以上 · 软件：发展了数据库系统、软件工程标准化系统；出现了图形用户界面操作系统、网络系统、分布式系统 · 应用领域：得到普及，进入各行各业，走进千家万户 探究：展示ENIAC、晶体管计算机、台式计算机、Macbook air等的图片，从体积变化来看，计算机的发展有什么特点（体积微型化）。那么为什么计算机能变得越来越小呢？ 电子元件的发展，尤其是晶体管的诞生对计算机发展起到了重要作用。 展示电子管、晶体管和集成电路的外观和特点，让学生进行直观的比较。 目前的计算机： 处于多元变革的阶段，超级计算机、移动计算、云计算、边缘计算、人工智能等。 3、 我国计算机的发展 我国计算机的发展历程经历了从无到有、从弱到强的跨越式发展。这一历程展现了从仿制跟踪到自主创新的跨越，核心器件国产化率从零提升至100%，在国防、科研等领域发挥了关键作用。 ①‌奠基阶段（1950年代） 1958年，我国第一台电子管计算机“DJS-103”由中科院计算所研制成功，运算速度每秒30次，标志着我国计算机事业的开端。 ②‌自主突破（1960-1970年代） 1965年，中科院计算所研制成功第一台大型晶体管计算机“109乙”。1967年，对“109乙”加以改进，推出“109丙”，“109丙”为两弹试验中发挥了重要作用，被称为“功勋机” 1973年，由北京大学、北京有线电厂等单位共同设计每秒100万次的集成电路电子计算机“DJS-150”，首次配备自主操作系统 ③‌产业化与超算时代（1970后） 1983年，国防科技大学研制成功运算速度每秒上亿次的银河-I巨型机，标志着我国成为继美国、日本之后第三个能独立设计和制造超级计算机的国家。 2002年龙芯一号CPU问世，结束我国无自主芯片历史。 2016年"神威·太湖之光"以每秒9.3亿亿次运算登顶全球超算榜首 2025年祖冲之3号量子计算机实现百万比特级运算，速度超经典计算机千万亿倍 布置任务：根据所学的知识，用时间坐标轴的形式将我国计算机的发展历程在时间轴上表示出来。 4、 未来计算机 未来计算机或新型计算机，是指超越了传统计算机架构，或者能够应用于特定应用场景的计算设备，往往具有超高速的运算能力以及更加高级的特性。 ①量子计算机：遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算，为解决传统计算机难以处理的复杂问题提供了新的可能性。 ②DNA计算机：利用DNA分子的化学和生物学特性来进行计算，信息以DNA序列的形式存储，具有极高的存储密度，通过生化反应来执行运算。 ③光学计算机：利用光子而非电子作为信息载体，通过光信号进行编码，通过光学元件和光学效应执行运算，具有高速度、低能耗、高带宽的优势。 ④神经形态计算机：模仿人脑神经元网络进行输入、计算、输出，能够处理复杂的信息，以及强大的学习和适应能力。 ⑤超导计算机：利用超导材料在低温下电阻消失、电流可以无损失流动的现象，实现低功耗、低散热、高速度的计算。 学习关于ENIAC的知识 听教师的讲解和演示，了解计算机发展的四个阶段。 思考计算机在发展过程中，体积有什么样的变化。思考为什么计算机的体积能做到越来越小。 观察电子管、晶体管和集成电路的外观，尝试总结其特点。 听教师介绍我国计算机的发展，记录相关笔记。 在练习本上用时间坐标轴的形式绘制我国计算机的发展历程。 观察未来计算机的图片，听教师介绍未来计算机的类型和特性。 展示各阶段计算机的电子器件图片，帮助学生直观地理解相关知识。 展示从之前到现在的计算机图片，尤其是现在的超薄办公笔记本，能让学生直观感受到计算机体积上的变化，引导学生思考计算机体积与电子元件的关系。 在讲解我国计算机的发展时，对具有里程碑意义的计算机研制进行着重介绍，引导学生理解自主研发的重要性，提升学生的思政素养。 通过绘制计算机发展历程的时间轴，学生能加深对计算机发展历程的理解。 活动三： 调动思维 探究新知 子任务二：计算机的特点 ①、高速、精准的运算能力（算得快） 计算机的运算速度已由早期的每秒几千次发展到现在的百亿亿次。运算精度方面一般可以提供十几位十进制有效数字，如果运用计算技巧，可以实现任何精度要求。 ②、准确的逻辑判断能力（判得准） 通过编程，计算机可以根据预设的条件和规则进行逻辑运算、逻辑推理，并作出相应的决策。 ③、强大的存储能力（存得多） 由于存储技术的发展和存储设备价格的下降，目前计算机配置的存储容量越来越大，能满足大容量信息的存储要求。 ④、自动运行的能力（自动化） 电子计算机内部操作运算是根据人们事先编制的程序自动控制进行工作的，不需要人工干预，因而自动化程度高。 ⑤、网络和通信功能（能共享） 共享资源、传播知识、交流文化，还能进行设备连接，实现高效与智能化的管理。 练习：将对应的特点描述与具体的特点进行连线。 听教师讲解关于计算机的特点相关知识。 将计算机的特点和具体的例子相对应。 完成连线练习。 用三字短语帮助学生理解和记忆计算机的特点 活动四： 调动思维 探究新知 子任务三：计算机的性能指标 ①字长：指计算机能够直接处理二进制数的位数；单位为bit（是计算机中最小的数据单位，简写成b）；标志着计算机的运算精度。 探究：字长对计算机的重要性 · 决定了在一次运算中能够同时处理的二进制位数。 · 决定了运算数据的精度。 · 决定了在计算机各个部件之间一次能够同时传输多少位二进制数。 · CPU字长与整个计算机字长的关系：早期CPU字长为8位，后发展到16位、32位、64位。整个计算机的字长不仅受CPU字长影响，还受数据总线、操作系统等因素的影响。 ②主频：指CPU的工作时钟频率；单位为吉赫兹(GHz)；在很大程度上决定了计算机的运算速度。 ③运算速度：指中央处理器在每秒内所能完成基本指令数目的平均速度，其中平均速度用加权平均法来求得；单位为MIPS(每秒百万条指令)； ④内存储器容量：指内存储器中所能存储信息的最大数量；单位为字节(Byte) 探究：存储单位的换算 1TB=1024GB=1024×1024MB=1024×1024×1024KB=1024×1024×1024×1024B 探究：计算存储器可以存放的信息量 分别计算中文小说、《四库全书》、电影等所占的存储量。 ⑤存取周期：连续启动两次独立的“读”或“写”操作所需的最短时间；单位为纳秒(ns) 思考字长对计算机的重要性 思考主频与运算速度的关系 理解存取周期与访问时间的区别 明晰CPU字长与计算机字长的区别与联系 用跑步的例子帮助学生理解主频与运算速度的关系（迈腿的频率） 用绘图的形式帮助学生理解访问时间与存取周期的区别 活动五： 巩固练习 素质提升 思考： 1、 简述我国计算机的发展历程。 2、 未来计算机由哪些类型 3、 计算机有哪些性能指标 思考并回答教师提问，回顾本堂课所学知识点 回顾所学，巩固知识点 课堂小结 作业布置 课堂小结：讲解思考题，引导学生回顾本节所学知识。 作业：1、完成课后习题 2、完成思维导图的绘制。 板书设计 教学反思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$