第一单元 任务2-1 计算机系统的组成及中央处理器（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2-1 计算机系统的组成及中央处理器》 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2“计算机系统”中的第一小节，主要内容为计算机系统的组成、中央处理器、CPU与GPU的区别等。其中，中央处理器是本课的重点部分，穿插着探究步骤1“探究CPU的组成”的学习，帮助学生理解和掌握相关知识。 学情分析 本课的授课对象是中职计算机专业的学生，在学习本课之前，学生已经学习了计算机的分类、计算机的应用及计算机的工作原理等知识，认识和了解了冯诺依曼原理，为本课的学习做了知识铺垫。通过本节的学习，学生能够对计算机有进一步的了解，能够理解计算机的组成，掌握计算机的各组成部分，尤其是中央处理器的相关知识，为后续的学习打好学习基础。 学习目标 了解计算机系统的组成；掌握中央处理器的功能与组成部分；理解CPU与GPU的区别。 学习重难点 重点：中央处理器的组成；CPU与GPU的区别 难点：中央处理器的组成 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 展示不同性能、不同用途的计算机图片，引导学生思考这些不同类型的计算机，它们的系统组成是什么样子的。 提问：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组成？ 观看计算机图片，回忆上节课所学知识，回答这些计算机分别属于什么类型的计算机。 联系已学知识，问题引导，驱动思考。 活动二： 调动思维 探究新知 子任务一：计算机系统的组成 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。 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 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 · 系统软件和应用软件的判断技巧： 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。 提出问题：根据判断技巧，请举例几个常用的系统软件和应用软件。 ‌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。 【组织学生上台对若干软件进行分类，区分系统软件和应用软件。】 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。 听教师讲解，思考并理解硬件系统和软件系统的关系。 学习系统软件和应用软件的判断技巧。 思考并回答提问。 用“舞台”和“演员”的关系，帮助学生直观形象地理解系统软件和应用软件的区别。 活动三： 调动思维 探究新知 子任务二：中央处理器 1、介绍CPU的概念、英文缩写及其在计算机中的作用：中央处理器的英文缩写是CPU（Central Processing Unit），是一块集成度非常高、功能非常强大的芯片，在微型计算机中也称为微处理器。中央处理器是计算机的大脑，计算机的运算、控制都是由它来完成的。 2、运算器：是对数据进行算术运算和逻辑运算的部件。 具体功能包括：(1)实现对数据的算术和逻辑运算；(2)暂时存放参与运算的数据和某些中间运算结果；(3)挑选参加运算的数据，选中被执行的运算功能，并把运算结果输送到所要求的部件中。 运算器的组成：①算术逻辑部件：完成加、减、乘、除等算术运算，与、或、非等逻辑运算，以及移位、求补等操作。②累加器：暂存被操作的数和中间运算结果。③通用寄存器组：暂存操作数和数据地址。④状态寄存器：存放运算中产生的状态信息。 描述运算器各部件的协同作用，请学生根据文字描述，画出各部件的连接示意图。 3、控制器：实现计算机本身运算过程的自动化，控制整个计算机的工作。 具体功能：取指令、解释指令以及完成指令的执行。 控制器的组成：①指令指针寄存器：产生及存放下一条待取指令的地址。②指令寄存器：存放正在执行的指令，指令从内存取出后放入指令寄存器，在指令执行完成前指令寄存器中一直保存着该指令。③控制逻辑电路：产生执行微操作所需要的控制信号。④时钟控制电路：产生指令执行过程中所需要的时间控制信号，要与控制逻辑电路配合才能使指令正确执行。 【用指南针的例子解释指令指针寄存器的作用】 4、寄存器：CPU 内部的临时存储单元，用于存储运算中的数据、中间结果、地址和状态信息等。 讲解为什么随着寄存器数量的增多，CPU运行速度会先上升后下降。 寄存器的类型：数据寄存器、存放地址的寄存器、存放控制信息的寄存器、存放状态信息的寄存器和其他寄存器。 听教师的讲解，思考“CPU对于计算机”与“人脑对于人”的类比关系，思考CPU所起的作用，记录相关笔记。 听教师讲解，理解运算器的具体功能和作用，掌握运算器各组成部件的作用与关系。 听教师讲解，思考控制器的作用，理解指令寄存器和指令指针寄存器的区别。 思考寄存器数量与CPU运行速度的关系。 用形象化的例子帮助学生理解抽象的CPU专业知识。 让学生动手绘制运算器部件连接图，引导学生投入思考，加深印象。 用指南针的例子，帮助学生更好地理解概念。 掌握寄存器的作用，联系前面所学运算器和控制器的知识 活动四： 调动思维 探究新知 子任务三：CPU与GPU GPU又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种浮点性能强大的通用并行处理器件，专门用于处理图形和视频相关任务。NVIDIA公司在1999年8月发布GeForce256图形处理芯片时，首先提出GPU的概念。 区别 CPU GPU 设计目的 是计算机的核心，设计用于复杂的逻辑控制、通用计算和协调系统各部分工作，能处理多种不同类型任务，像运行操作系统、执行程序指令、进行数据处理等，追求高单线程性能和复杂指令集处理能力 最初为处理图形数据、渲染图像而设计，擅长对大量数据进行并行处理，如3D图形渲染中的顶点计算、像素填充等，在 深度学习 等领域也因并行计算优势得到广泛应用 硬件架构 有少量强大的核心，每个核心有完整的运算逻辑单元、高速缓存等，注重指令执行的完整性和顺序性，缓存层次丰富，以减少内存访问延迟，提高单核心处理效率 有大量相对简单的计算核心，组成大规模并行处理阵列，核心间协作紧密，缓存相对较小，更依赖显存带宽来快速获取数据，以支持大量并行计算 性能特点 单核心性能强，能快速处理复杂指令和任务，有高主频和复杂指令集架构，能高效进行逻辑运算、数据处理和控制操作，但多核心并行处理能力相对有限 并行计算能力卓越，可同时处理大量数据，在处理图形渲染、深度学习等数据密集型并行任务时性能远超CPU，但单个核心处理复杂指令能力弱，不适合处理复杂的串行任务 应用场景 适用于操作系统管理、程序编译、数据库管理等需要复杂逻辑处理和顺序执行的任务，是计算机系统运行的核心，协调和控制各硬件组件工作 主要用于3D游戏、 动画制作 中的图形渲染，以及深度学习的模型训练和推理、科学计算中的分子模拟等对并行计算要求高的场景，能大幅提高计算效率和处理速度 对比CPU与GPU的不同，理解GPU的概念和作用 通过表格对比CPU与GPU的不同，简洁清晰 活动五： 巩固练习 素质提升 思考： 1、 计算机硬件系统和软件系统的关系 2、 寄存器数量与CPU运行速度的关系 3、 GPU主要用于什么领域 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 $$