第1章 1.1～1.3 计算机的产生发展、分类及系统组成（课件）-《计算机组装与维修》（电工版第四版）【上好课】

计算机的产生发展、分类及系统组成 计算机组装与维修 -第1课时- 电工版第四版 学习目标 了解计算工具发展、计算机产生发展、分类及系统软硬件组成。 理解不同类型计算机差异，能分析计算机系统结构。 培养对计算机技术发展的认知和探索精神 1 2 3 知识目标 能力目标 素养目标 目录 教学引入 知识讲授 师生互动 课堂练习 课堂小结 基础知识认知 让我们一起开启单片机的学习之旅。 教学引入 不同类型的计算机在各行业有怎样的应用？ 从金融高频交易到医疗影像分析，从工业自动化控制到日常办公娱乐，计算机形态各异， 应用场景千差万别。 接下来，我们将深入探讨不同类型的计算机如何赋能各个垂直领域。 金融与商业智能 医疗与生命科学 工业与智能制造 知识讲授 电子计算机 采用电子技术，按程序自动运行的计算设备。其核心特征在于利用电子元件实现高速运算，并能根据预设指令自动执行任务。 冯·诺依曼体系结构 由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成的计算机结构，确立了现代计算机的基本框架。 知识讲授 计算机的产生发展、分类及系统组成 01 计算机的产生与发展 02 计算机的分类 03 计算机系统的组成 计算机的产生与发展 第一部分 知识讲授 计算机的产生与发展 知识讲授 计算工具演变 算盘 (Abacus) 人类历史上最古老的计算工具之一，起源于中国。通过手动拨动算珠进行加减乘除运算，体现了位值制思想。 对数计算尺 (Slide Rule) 17世纪基于对数原理发明，能快速进行乘除、开方等复杂运算，是工程师的必备工具，使用长达300年。 帕斯卡加法机 (Pascaline) 1642年由帕斯卡发明，是世界上第一台机械式加法计算机，利用齿轮传动实现自动进位，开启了计算自动化时代。 知识讲授 第一台电子计算机 ENIAC 的诞生 (1946年) 世界上第一台通用电子计算机 ENIAC 于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学诞生，标志着人类进入电子计算机时代。 早期计算机特点 ENIAC 体积庞大，占地约170平方米；耗电量极高，功率约150千瓦；且运算速度在今天看来相对较慢。 知识讲授 第一代计算机：电子管时代 历史背景与应用 以ENIAC为代表的第一代计算机，核心元件为电子管。这一时期的计算机主要服务于军事领域，例如计算炮弹弹道轨迹，是国防科技的重要支撑。 性能局限与挑战 运算速度低 每秒仅能完成数千次运算，远不及现代计算机。 体积庞大 ENIAC占地约170平方米，重量超过30吨，移动困难。 可靠性差且成本高 电子管发热量大，容易损坏，维护成本极高。 第一代电子管计算机代表机型 知识讲授 第二代计算机：晶体管时代 第二代晶体管计算机代表机型 核心特征与应用 第二代计算机以晶体管为核心元件，成功取代了笨重的电子管。其应用领域也从单纯的科学计算扩展到了工业控制和数据处理等领域。 性能显著提升 体积小、重量轻 可靠性大幅提高 运算速度更快 功耗降低 知识讲授 第三代计算机：集成电路时代 发展概况 集成电路（IC）的出现，将大量晶体管集成在硅片上，标志着计算机进入第三代。应用领域从科研进一步扩大到商业和服务业。 性能核心提升 运算速度更快：晶体管集成度提高，处理能力大幅跃升。 体积显著减小：元件微型化，为个人计算机奠定基础。 功耗大幅降低：集成工艺减少了电路损耗，更加节能高效。 成本更加低廉：生产效率提高，使得计算机价格平民化。 知识讲授 第四代计算机：大规模集成电路 核心特征与应用 以大规模集成电路（LSI）为核心，计算机体积更小、速度更快、价格更低。这一时期个人计算机（PC）普及，应用深入社会生活的方方面面。 三大发展趋势 微型化 (Miniaturization) 从台式机到笔记本、智能手机，计算设备越来越便携。 网络化 (Networking) 互联网与物联网技术发展，实现全球信息高速互联。 智能化 (Intelligence) 人工智能算法融入硬件，赋予计算机学习与推理能力。 背诵记忆 序号 名称 核心说明与记忆要点 1 计算工具演变 从算盘到机械机，记顺序 2 关键发明 算盘、计算尺、加法机，记名称 3 第一台电子计算机 1946 年 ENIAC，记时间 4 特点 体积大、耗电高，记特征 5 第一代计算机 电子管，军事用，记时代 6 性能局限 速度低、成本高，记不足 7 第二代计算机 晶体管，工业用，记进步 8 优势体现 体积小、可靠高，记优点 9 第三代计算机 集成电路，应用广，记变化 10 性能提升 速度快、体积小，记提升 11 第四代计算机 大规模集成，各领域，记范围 12 发展趋势 微型、网络、智能，记方向 课堂练习 单选题 1、第二代计算机采用的逻辑元件是（ ）。 A. 电子管 B. 晶体管 C. 中小规模集成电路 D. 大规模、超大规模集成电路 【答案】B 【解析】第二代计算机是晶体管计算机，采用晶体管作为逻辑元件。 课堂练习 单选题 2、第一台通用电子计算机于（ ）在美国宾夕法尼亚大学制成。 A. 1942 年 B. 1946 年 C. 1958 年 D. 1965 年 【答案】B 【解析】第一台通用电子计算机于 1946 年在美国宾夕法尼亚大学制成。 计算机的分类 第二部分 知识讲授 计算机的分类 知识讲授 原理分类：数字与模拟计算机 数字电子计算机 运算速度快，处理离散数字信号 计算精度高，通用性强 目前主流的计算机类型 模拟电子计算机 直接处理连续变化的物理量 适合特定的工程和科学计算 精度和通用性相对较差 知识讲授 按设计目的分：通用与专用计算机 通用计算机 (General-Purpose) 定义：设计目的广泛，不局限于单一任务，通过安装不同软件可处理各类问题。 典型用途：办公自动化、科学计算、数据处理、游戏娱乐、软件开发等。 常见实例：个人计算机 (PC)、笔记本电脑、服务器集群等。 图示：典型的通用计算机——个人台式机 (PC) 知识讲授 专用计算机特点与用途 核心特点：针对性与高效率 设计目标专一 专为解决某一特定问题或完成某一特定任务而设计，不追求通用性。 执行效率极高 软硬件协同优化，去除冗余功能，在特定场景下比通用计算机更高效。 高可靠性与稳定性 适应工业现场等恶劣环境，运行稳定，故障率低。 典型应用场景 工业控制：数控机床、机器人控制、自动化生产线 科学计算：气象预报、石油勘探、航天航空模拟 数据处理：银行ATM机、交通信号控制系统 知识讲授 按大小分：巨型、小型、微型计算机 巨型计算机 (Supercomputer) 运算速度极快：每秒百亿亿次，解决复杂科学计算问题。 应用领域：国家高科技领域（如航天、核物理）及尖端技术研究。 小型与微型计算机 小型计算机 (Minicomputer) 体积较小，结构简单，成本较低。主要用于企事业单位的管理、工业控制等，如服务器、工作站。 微型计算机 (Microcomputer) 体积微小，价格低廉，使用方便。如个人电脑（PC）、平板电脑、智能手机等，是目前应用最广泛的类型。 知识讲授 模拟计算机与各类型应用 模拟计算机原理与应用 以模拟量进行运算，目前应用较少，主要用于一些特定的控制系统（如早期飞行模拟器）。 行业计算机应用案例 金融行业：高性能服务器 处理海量交易数据，确保高并发与低延迟。 医疗行业：专用影像设备 高精度成像与诊断，辅助医生进行疾病分析。 工业领域：工控机自动化 实时控制生产流程，保障生产线的稳定运行。 背诵记忆 序号 名称 核心说明与记忆要点 1 原理分类 数字、模拟计算机，记类型 2 数字计算机特点 速度快、精度高，记优势 3 按设计目的分 通用、专用计算机，记区别 4 通用用途 广泛解决问题，记范围 5 专用特点 针对性强、效率高，记特性 6 按用途分 科学、工业、数据机，记用途 7 按大小分 巨型、小型、微型机，记规模 8 巨型特点 速度快、数据量大，记特征 9 小型用途 科学计算、事务处理，记应用 10 微型类型 个人、笔记、掌上电脑，记种类 11 模拟计算机 模拟量运算，应用少，记特点 12 各类型应用 不同行业适用不同机，记对应 课堂练习 判断题 1、计算机硬件体系结构经典的冯・诺依曼体系结构由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备 5 个基本部分组成。（ ） 【答案】 √ 【解析】计算机硬件体系结构经典的冯・诺依曼体系结构由这 5 个基本部分组成。 2、专用计算机针对性强、效率高，结构比通用计算机复杂。（ ） 【答案】 × 【解析】专用计算机针对性强、效率高，结构比通用计算机简单，而不是复杂。 计算机系统的组成 第三部分 知识讲授 计算机系统的组成 知识讲授 计算机系统的组成 知识讲授 硬件系统 计算机硬件体系结构还是经典的冯 ·诺依曼体系结构，由运算器、控制器、存储 器、输入设备和输出设备5个基本部分组成 知识讲授 软件系统 计算机软件可以分为系统软件和应用软件两大类。 看图说话 说说以下设备分别属于计算机硬件系统的哪些组成部分 课堂练习 单选题 1、计算机软件可以分为（ ）两大类。 A. 系统软件和应用软件 B. 操作系统和语言处理程序 C. 数据库管理系统和办公软件 D. 杀毒软件和游戏软件 【答案】A 【解析】计算机软件可以分为系统软件和应用软件两大类。 师生互动 师生互动 1 在未来的科技发展中，哪种类型的计算机（如超级计算机、微型计算机、量子计算机等）将发挥更大的作用？请阐述理由。 讨论要点记录 A 观点 1： 观点 2： 观点 3： 讨论要点记录 B 观点 1： 观点 2： 观点 3： 知识拓展 思考： 问题：计算机发展面临的挑战 网络安全 随着计算机和网络的普及，数据安全和隐私保护面临严峻挑战。 能源消耗 数据中心等大型计算设施消耗大量能源，如何实现绿色计算是重要课题。 课堂小结 知识点总结 金融行业应用 利用高性能计算进行高频交易、复杂风险分析及客户信用评估，显著提升金融市场效率。 智慧医疗诊断 AI辅助医学影像诊断、加速药物研发周期，并根据患者特征制定个性化的精准治疗方案。 自动驾驶决策 车载计算机实时处理激光雷达等多传感器数据，毫秒级做出路况决策，保障自动驾驶安全。 知识小结 课后任务 布置作业： 画出计算机发展历程的时间轴（至少包含 5 个关键节点），并标注各阶段的特点和重要事件。 默写计算机发展的各个阶段的逻辑元件、特点和应用领域 谢谢观看 THANKS Lavf59.14.100 $