单元二任务四五 总线系统和输入输出系统（教案）-《计算机组装与维护》（江苏凤凰教育出版社）同步精品课堂

《计算机组装与维护》教案 课 题 总线系统和输入输出系统 课 型 课 时 授课班级 XXX 授课时间 授课教师 教材分析 总线是计算机各功能部件（CPU、内存、I/O设备）之间传送信息的公共通信干线。它实现了系统内部的结构化、标准化互连，是理解计算机如何作为一个整体协同工作的关键。I/O系统是计算机五大功能部件之一，是实现“输入”与“输出”功能的物理基础。它使得计算机不再是一个封闭的计算器，而成为能与人类及物理世界交互的通用信息处理工具。 学情分析 学生已先学习了CPU、存储系统、总线等核心部件，为理解I/O的控制与数据传输奠定了基础。能因前序内容的复杂性（如Cache映射、流水线）产生一定疲劳感，对I/O系统存在“不过就是键盘鼠标”的轻视或“流程太复杂”的畏难情绪。 学习目标 1.掌握总线的概念 2.了解微机中常见的总线结构 3.了解I/O/设备的信息交换方式 4.掌握中段的概念及中断响应过程 5.了解DMA方式 学习重难点 1.了解微机中常见的总线结构 2.了解I/O/设备的信息交换方式 3.掌握中段的概念及中断响应过程 教学方法 讲授法 讨论法 小组讨论法 课前准备 精心制作PPT课件，检查多媒体设备功能，提前准备预设问题。 教学媒体 多媒体教学 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 情景预设： 大家有没有见过电脑主机上有几根颜色比较鲜艳的线？ 他们主要是链接电脑的主机和显示屏的。 不止电脑主机和显示屏需要连接线，还有哪里需要呢？ 是的，还有计算机的各个部件中，也是需要的。 在计算机里，各个功能部件之间不可能采用全互联模式，因此就需要有公共的信息通道，这就是总线。 学生思考并回答问题，产生疑惑和兴趣。 由问题切入知识点，让学生有参与感。 活动二： 调动思维 探究新知 总线的产生 典型的冯-诺依曼计算机结构是以运算器为中心的结构，内部连线十分复杂，当I/O与存储器交换信息时需要经过运算器，致使运算器停止运算，严重影响CPU的工作效率。 为了弥补这个缺陷，连接计算机各个部件和装置的线路应运而生。 现代的总线和结构、CPU、技术等无关。 跟着教师的思路走，去理解总线的构成。 通过讲授法，让学生系统的理解总线在计算机系统中的作用。 活动三： 调动思维 探究新知 常见的总线结构 1.单总线结构： 单总线结构是使用一条单一的系统总线来连接CPU、内存和I/O设备等计算机的各大功能部件。优点是各个部件都是相互独立的，便于系统部件的扩充；缺点是系统效率和连接到总线上的各个设备的利用率不高。 2.双总线结构 为了克服单总线结构的缺点，在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线。用于CPU、内存、通道之间进行数据传输。这样既保留了单总线的优点，又能使CPU通过专用总线与储存器高速交换信息，但是也增加了一定的硬件的代价。 3.多总线结构 将速度不同的I/O设备进行分类，然后将他们分别连接在不同的通道上，以提高计算机的性能，由此发展成多总线结构。 总线的分类 根据信息传输方式的不同，总线可以分为并行传输总线和串行传输总线 根据连接部件的不同，总线可分为片内总线、系统总线、数据总线三类。 跟着教师的思路走，去理解总线诞生的原因以及总线的分类。 通过讲授法，让学生系统的理解总线的功能。 活动四： 调动思维 探究新知 输入输出系统简介 I/O设备分为I/O软件和I/O硬件。 I/O软件有驱动程序，用户程序，管理程序，升级补丁程序等。 I/O硬件有外设、设备控制系、设备总线等。 外设的信息交换方式： （1）程序查询方式 （2）程序中断方式 （3）直接内存访问方式（DMA） （4）通道方式 （5）外围处理机方式（PPU） 程序查询方式和程序中断方式适用于数据传输率比较低的外围设备，而DMA方式、通道方式和PPU方式适用于传输效率比较高的设备。 程序中断方式和DMA方式多用于微型机，通道方式和PPU方式用于中、大型计算机中。 程序中断方式： 处理突发事件是是以CPU执行中段处理程序的方式进行的，因此这种控制方式称为程序中断方式。 中断有两个重要特征：程序切换和随机性。 中段的处理过程分为： （1） 中断请求 （2） 中断响应 （3） 中断处理 （4） 中断返回 DMA方式：在内存与设备之间开辟一条直接数据传送通路，并把传送过程交给DMA控制器进行管理，形成以存储器为中心的体系结构。 DMA的特点是响应随机请求的方式，实现内存与I/O设备之间的快速数据传送。 DMA方式的基本操作： （1） 向设发布DMA请求 （2） CPU响应请求，把CPU工作改为DMA操作方式。 （3） 由DMA控制器对内存寻址。 （4） 向CPU报告DMA操作的结束 跟着教师的思路走，去理解存储器的层次结构。 通过讲授法，让学生系统的理解存储器的层次结构。 活动五： 巩固练习 素质提升 展示一款现代主板结构图，引导学生识别图中的不同总线： 内存与CPU之间的专用总线（前端总线） PCI-E插槽（显卡专用总线） SATA接口（硬盘总线） USB接口（外部设备总线） 华为鸿蒙系统，大家是否听说过？这是一款面向万物智联的开源操作系统，可以跨平台运行在手机、电视、手表等各种智能设备中，实现无缝连接和协同办公。 小组讨论，根据实际运行情况，提出解决方案。 通过小组讨论，分析实际情况，选出最终答案，令学生印象深刻。 课堂小结 作业布置 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 $