1.1 微型计算机概述（教案）-《计算机原理》(电工版第五版) 同步精品课堂

《计算机原理》(电工版第五版) 教案 课 题 微型计算机概述 课 型 理论 课 时 2 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 内容为《计算机原理》核心基础章节，系统阐述微型计算机的特点（体积小、价格低、可靠性高、应用广）、发展历程（从 4 位到 64 位微处理单元的技术演进）及分类标准（按字长划分）。教材采用 “特点→发展→分类” 递进结构，通过技术参数对比（如 8 位寻址 64KB、32 位用于卫星控制）与典型产品实例（Intel 4004、Pentium 系列、iPhone A8），强化技术逻辑与应用场景的关联。作为计算机硬件知识体系的开篇，本节为后续学习计算机组成原理、嵌入式系统等课程奠定技术背景，培养学生 “技术演进→性能提升→应用拓展” 的工程思维，是构建硬件认知框架的关键环节。 学情分析 学生已掌握计算机基础操作，但对微型计算机的技术特征（体积小、集成度高）、发展脉络（4 位到 64 位微处理单元的演进）及分类标准（按字长划分）认知较浅。部分学生易混淆不同位数微处理单元的应用场景（如 8 位用于工业控制、64 位用于高端移动设备），对 “集成度提升→体积缩小→性能增强” 的技术逻辑理解模糊。此外，学生对微处理单元的发展时间线（1971 年 Intel 4004 到 2014 年 iPhone A8）缺乏系统认知，需结合实物与典型案例，通过 “历史演进→技术对比→应用关联” 的引导，帮助学生建立微型计算机的系统性认知，突破抽象概念的理解瓶颈。 学习目标 知识目标： 1. 了解微型计算机的特点、分类及发展历程 2. 了解微型计算机的特点、分类及发展历程 技能目标： 3. 掌握微型算计的特性 情感目标： 塑造坚韧乐观的心理品质，在压力环境中保持情绪稳定并高效解决问题。 学习重难点 重点： 1. 微型计算机的特点 2. 微型计算机按微处理单元字长的分类 难点： 1. 不同字长微处理单元的特点和发展 教学方法 案例分析、讲授法、小组讨论法 课前准备 1.查找相应网站资料，课堂演示使用。 2.学生课前预习。 教学媒体 电子课件、多媒体视频 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 【课程导入】 生活中数字设备广泛源于计算机，引出学习微型计算机相关知识。强调计算机数字化特性的两点内容：计算机是数字设备且有独特特点；数字设备中 0 和 1 是基本元素，与、或、非是基本运算，组合和时序电路是基本表现形式。 【新知识传授】 · 微型计算机概述 微型计算机诞生于 20 世纪 70 年代初期，其标志性事件是 1971 年 Intel 公司推出世界首款微处理器 Intel 4004。 如今，从工业自动化生产线的控制单元，到医疗领域的便携式检测仪，再到消费电子中的智能穿戴设备，几乎所有数字设备都脱胎于微型计算机技术。 (1) 特点 · 体积小，质量轻：采用大规模和超大规模集成电路，器件数目减少，体积缩小，如今几十片集成电路的微型计算机可实现过去占地百平、耗电百千瓦计算机的功能。 · 价格低廉：价格不断下降，性能迅速提高，已进入家庭。 · 可靠性高，结构简单：内部元器件数目和连线少。 · 应用面广：占领小型机领域，广泛应用于过程控制、测量仪器、教学、医疗、家电等新领域。 (2) 发展 · 早期，计算机多为体积庞大、价格昂贵的大型机，仅能应用于科研机构、大型企业； · 自 20 世纪 70 年代初第一个微处理单元诞生，性能和集成度几乎每两年提高一倍，价格降低一半，近 50 年发展后已遍布社会各层面。不仅大幅降低了成本和体积，更让计算机从 “专业设备” 走向 “大众产品”。 (3) 微型计算机的分类 - 分类角度 · 按机器组成分类：位片式、单片式和多片式。 · 按制造工艺分类： · MOS 型：采用金属 - 氧化物 - 半导体（MOS）工艺制造，功耗低、集成度高，是目前主流类型（如大部分家用电脑的 CPU）；​ · 双极型：采用双极型晶体管工艺，开关速度快，但功耗高、集成度低，仅用于对速度要求极高的特殊场景（如高速信号处理设备）。 · 按微处理单元字长分类：这是最常用、最能反映微型计算机性能的分类标准。 2.引导学生带着问题去课本寻找答案，明确本节课的学习内容。 3.展示本讲学习目标。 1. 接收并查看本节课堂任务书。 2. 了解学习目标，带着目标进行学习。 3. 观察生活中常见的多媒体信息形式，思考其背后的技术支撑。 4. 针对教师给出的问题，初步发表个人见解。 5. 目标明确：跟随教师引导，明确本节课学习目标。 1.以提问的方式导入课程，让学生带着问题有针对性的进行学习。 2.通过任务实施，调动学生积极性。 活动二： 调动思维 探究新知 【新知识传授】 · 微型计算机按微处理单元字长分类 (1) 4 位微处理单元 4 位微处理单元是微型计算机的 “初代产品”，诞生于 20 世纪 70 年代初，典型代表为 Intel 4004（1971 年推出）及其改进版 Intel 4040。 (2) 8 位微处理单元 8 位微处理单元诞生于 20 世纪 70 年代中期，标志着微型计算机技术进入成熟阶段，其核心优势在于 “通用性” 和 “配套性”： (3) 16 位微处理单元 16 位微处理单元诞生于 20 世纪 70 年代末，在集成度、处理速度和数据总线宽度上实现了质的飞跃，其性能已可媲美 20 世纪 70 年代的中档小型计算机：​ (4) 32 位微处理单元 32 位微处理单元诞生于 20 世纪 80 年代初，标志着微型计算机进入 “高性能时代”，其核心特点是 “全面提升的运算能力和多任务处理能力”： (5) 64 位微处理单元 64 位微处理单元是目前主流的技术形态，CPU GPRs（通用寄存器）的数据宽度为 64 位，64 位指令集运行 64 位数据。 2. 教师操作演示 3. 引导学生带着问题去课本寻找答案，明确本节课的学习内容。 1. 阅读探究：阅读课本相关内容，探究多媒体技术的产生背景。 2. 概念理解：理解多媒体、多媒体技术和多媒体系统的定义，并尝试用自己的话复述。 3. 要点记录：记录多媒体技术强调的要点，加深理解。 1. 了解学生现有知识储备。 2. 巩固练习。 活动三： 调动思维 探究新知 【新知识传授】 · 微处理单元发展历程 (1) 早期发展（1971 - 1977 年） · 1971 年 Intel 公司生产第一个微处理单元 Intel 4004， · 1973 - 1977 年多家厂家生产多种型号，设计成功、应用广泛的有 Intel 公司的 8080/8085、Zilog 公司的 Z80、Motorola 公司的 6800/6802 和 Rockwell 公司的 6502， · 此时期设计和生产技术成熟，配套器件齐全，微处理单元多方面得到发展。 (2) 16 位微处理单元阶段（1978 - 1979 年） · 一些厂家推出性能可与过去中档小型计算机相比的 16 位微处理单元，代表性芯片有 Intel 的 8086/8088、Zilog 的 Z8000 和 Motorola 的 MC68000，被称为超大规模集成电路的微处理单元。 · 这一阶段是微处理单元的 “性能跃升” 期，核心突破是 “从 8 位到 16 位，比肩小型机”： (3) 高性能 16 位和 32 位阶段（1980 - 1983 年以后） · 1980 年以后出现 Intel 80286、Motorola 68010 等高性能 16 位微处理单元， · 1983 年以后生产出 Intel 80386 和 Motorola 68020 等 32 位微处理单元。 · 这一阶段是微处理单元的 “性能迭代加速期”，核心特征是 “16 位机性能升级，32 位机正式登场”： (4) Pentium 系列阶段（1993 年起） · 1993 年 Intel 公司推出 Pentium 微处理单元，后续有 Pentium MMX、Pentium Pro、Pentium Ⅱ、Pentium Ⅲ、Pentium IV 相继问世，Pentium Ⅲ 主频可达 450MHz 以上，增加多种功能，Pentium IV 主频达 1.7GHz 以上。这一阶段是微处理单元的 “性能爆发期”，核心特征是 “主频快速提升，功能全面升级”，Intel 的 Pentium 系列成为行业标杆： (5) 20 世纪末新高峰 · 20 世纪末至 21 世纪初，微处理单元进入 “多元化发展期”，核心特征是 “按场景细分产品线，多核技术萌芽”： · 有 3.0GHz 以上的 Pentium IV 处理单元，还有面对网络服务器的 “至强” 处理单元，多核心的 “酷睿”“安腾” 系列处理单元及适合笔记本计算机省电的 “凌动” 处理单元，微处理单元速度加快，接口多样，核心数和线程数提升，未来会融入更多新技术。 2. 教师操作演示 3. 引导学生带着问题去课本寻找答案，明确本节课的学习内容。 1. 应用列举 2. 影响分析 3. 创新思考 1. 引导学生主动思考，发散思维，参与课堂。 2. 培养学生发现问题，解决问题的能力。 3. 了解相关知识。 4. 辩论形式让学生参与并归纳总结。 活动四： 巩固练习 素质提升 【随堂检测】 1　 微型计算机按制造工艺可分为哪几类？ 2　 8 位微处理单元构成的微型计算机系统在寻址能力方面有什么特点？ 3　 16 位微处理单元中具有代表性且使后续高档微型计算机设计需与之兼容的芯片是哪个？ 4　 32 位微处理单元的典型产品主频率和平均指令执行时间分别是多少？ 5　 64 位微处理单元的定义是什么？ 6　 微型计算机具有哪些特点？ 7　 早期发展阶段设计最成功、应用最广泛的微处理单元型号有哪些（列举至少两个）？ 8　 Pentium Ⅲ 微处理单元增加了哪些功能？ 【分组讨论】 讨论微处理单元未来发展可能融入的新技术及对社会各领域的影响。探讨量子计算、人工智能、新材料应用等新技术在微处理单元设计生产中的可能性及带来的变革。 1. 答案交流 2. 话题讨论 3. 效率分析 4. 挑战探讨 5. 总结汇报 知识检测与巩固 课堂小结 作业布置 课堂小结 作业布置 复习本节课内容，预习下节课内容。 板书设计 1. 微型计算机概述 2. 微型计算机按微处理单元字长分类 3. 微处理单元发展历程 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 $