大学计算机基础（第6版）（微课版）第01讲教案 计算机与计算思维（一）

课时内容计算机与计算思维（一）授课时间课时2教学目标认识计算机的发展历程计算机的应用领域计算机的组成及各部分的功能教学重点计算机的特点、应用和分类教学难点计算机的组成及各部分的功能教学设计教学思路：（1）讲解计算机的发展史，包括计算机的诞生、发展以及发展趋势，并认识计算机的特点、应用和分类；（2）讲解计算机的基本构成和计算机的组成部件。教学手段：（1）通过演示讲解基础知识，讲解结束后通过课后练习巩固所学知识；（2）对于重点内容着重讲解。教学资料及要求：除教材中的实例外，可以补充讲解软件硬件的讲解，加深学员的知识面。特别是计算机发展中一些名人事迹介绍。教学内容讨论问题：1.微型计算机系统由哪几部分组成？2.计算机更新换代的主要技术指标是什么？内容大纲：具体可结合本章的PPT课件进行配合讲解。任务一认识计算机的发展和应用领域任务要求：了解计算机的发展和应用领域任务实现： 了解计算机的诞生及发展过程 1.电子计算机的产生1946年2月，电子数字积分计算机（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学研制成功，它是世界上第一台通用电子计算机。这台计算机共使用了18000多只电子管，1500个继电器，耗电150kW，占地面积约167m2，重30t，每秒能完成5000次加法运算或400次乘法运算。2.电子计算机的发展介绍几个名人：诺依曼查尔斯•巴贝奇霍华德•艾肯艾伦•图灵（1）第一代计算机（1946—1959年），其主要特点是：逻辑元件采用电子管，功耗大，易损坏；主存储器（主存）采用汞延迟线或静电储存管，容量很小；外存储器（外存或辅存）使用了磁鼓；输入/输出装置主要采用穿孔卡；采用机器语言编程，即用“0”和“1”来表示指令和数据；运算速度每秒仅为数千至数万次。（2）第二代计算机（1960—1964年），其主要特点是：逻辑元件采用晶体管，与电子管相比，其体积小、耗电少、速度快、价格低、寿命长；主存储器采用磁芯；外存储器采用磁盘、磁带，存储器容量有较大提高；软件方面产生了监控程序（Monitor），提出了操作系统的概念，编程语言有了很大的发展，先用汇编语言（AssembleLanguage）代替了机器语言，接着又出现了高级编程语言，如FORTRAN、COBOL、ALGOL等；计算机应用开始进入实时过程控制和数据处理领域，运算速度达到每秒数百万次。（3）IC），IC的体积更小，耗电更少，寿命更长；之前主存储器以磁芯为主，从此时开始使用半导体存储器，存储容量大幅度提升；系统软件与应用软件迅速发展，出现了分时操作系统和会话式语言；程序设计采用了结构化、模块化的设计方法，运算速度达到每秒千万次以上。（4）第四代计算机（1970年至今），其主要特点是：逻辑元件采用了超大规模集成电路（VeryLargeScaleIntegration，VLSI）；主存储器采用半导体存储器，容量已达第三代计算机外存储器的水平；作为外存的软盘和硬盘的容量成百倍增加，并开始使用光盘；输入设备出现了光字符阅读器、触摸输入设备和语音输入设备等，操作更加简洁、灵活；输出设备已逐步以激光打印机为主，字符和图形输出更加逼真、高效。（5）新一代计算机（FutureGenerationComputerSystem，FGCS），即未来计算机，其目标是要具有智能特性，具有知识表达和推理能力，能模拟人的分析、决策、计划和其他智能活动，具有人机自然通信能力。3.微型计算机的发展（3）第三代（1978—1984年）是16位微处理器时代。（4）第四代（1985—1992年）是32位微处理器时代。4.计算机的发展趋势（1）多极化（2）网络化多媒体化（4）智能化5.计算机的应用领域（1）科学计算。（2）信息处理。（3）实时控制。（4）计算机辅助工程。（5）办公自动化。（6）数据通信。（7）智能应用。任务二计算机系统的基本构成任务要求：了解现代计算机系统的基本构成。相关知识：了解冯诺依曼计算机的结构和现代计算机系统的构成图图冯·诺依曼计算机的基本结构1.冯诺依曼计算机（1）冯·诺依曼计算机的基本特征①采用二进制数表示程序和数据。②能存储程序和数据，并能由程序控制计算机的运行。具备运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个基本部分（2）冯·诺依曼计算机的基本部件和工作过程计算机工作时，操作人员首先通过输入设备将程序和数据送入存储器中。启动运行后，计算机从存储器顺序取出指令，送往控制器进行分析并根据指令的功能向各有关部件发出各种操作控制信号，最终的运算结果要送到输出设备输出。2.现代计算机系统的构成一个完整的现代计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分，微机系统也是如此。硬件包括了计算机的基本部件和各种具有实体的计算机相关设备；软件则包括了用各种计算机语言编写的计算机程序、数据和应用说明文档等。（1）硬件系统图微型计算机的硬件系统结构示意图在微机系统中，主板由微处理器、存储器、输入/输出（Input/Output，I/O）接口、总线电路和基板组成。（2）软件系统在计算机系统中，硬件是软件运行的物质基础，软件是硬件功能的扩充与完善，没有软件的支持，硬件的功能不可能得到充分的发挥，因此软件是使用者与计算机之间的桥梁。软件可分为系统软件和应用软件两大部分。任务三计算机的组成部件任务要求：了解现代计算机系统的组成部件。相关知识：1.认识CPU的分类及技术指标2.了解存储器的分类和组织结构3.掌握常见的总线标准4.认识常用的输入及输出设备任务实现：（一）CPU简介国外主要有Intel公司的Pentium系列、DEC公司的Alpha系列、IBM和Apple公司的PowerPC系列等。Intel公司的X86产品占有较大的优势，主要的产品已经从80486、Pentium、PentiumPRO、Pentium4、IntelPentiumD（即奔腾系列）、IntelCore2Duo，发展到了IntelCorei7等。国产CPU芯片如飞腾、龙芯、鲲鹏等也实现了群体性突破，为多元化的计算提供了新的选择。CPU也从单核、双核，发展到了4核、8核、16核、32核、64核。CPU中除了包括运算器和控制器外，还集成有寄存器组和高速缓冲存储器。（二）存储器的组织结构和分类1．存储器的组织结构微机系统均采用了分层次的存储器结构。一般可将存储器分为三层：主存储器（Memory）、辅助存储器（Storage）和高速缓冲存储器（Cache）。2.主存储器主存储器又称内存，CPU可以直接访问它。其容量一般为4GB～8GB，存取速度可达6ns（1ns=10−9s），主要存放将要运行的程序和数据。3．辅助存储器辅助存储器属于外部设备，也称为外存，常用的有磁盘、光盘、磁带等。磁盘分为软磁盘和硬磁盘两种（简称软盘和硬盘）。常用总线标准数据总线的位数决定了计算机一次能传送的数据量。在相同的时钟频率下，64位数据总线的数据传送能力是8位数据总线的8倍。控制总线的位数和所采用的CPU与总线标准有关。其传送的信息一般为CPU向内存和外设发出的控制信息、外设向CPU发送的应答和请求服务信号。（1）ISA总线。工业标准结构（IndustrialStandardArchitecture，ISA）总线。（2）EISA总线。EISA（ExtendISA，扩展ISA）总线。（3）总线。（4）PCI总线。外部设备互连（PeripheralControllerInterface，PCI）总线。（四）常用的输入/输出设备输入/输出设备又称外部设备或外围设备，简称外设。外设种类繁多，常用的外设有键盘、显示器、打印机、鼠标、绘图机、扫描仪、光学字符识别装置、传真机、智能书写终端设备等。其中，键盘、显示器、鼠标、打印机是目前用得较多的常规设备。1．键盘2．显示器3．鼠标4．打印机5．标准并行和串行接口6．通用串行接口任务四课程思政以“中国十大最快的计算机”（/top/415666.html）为题，特别是“神威太湖之光”，安装了40960个中国自主研发的神威26010众核处理器，该众核处理器采用64位自主申威指令系统，峰值性能3,168万亿次每秒。全球超级计算机500强榜单中，中国计算机的排名情况：2017年6月19日，全球超级计算机500强榜单公布，中国“神威·太湖之光”和“天河二号”第三次携手夺得冠亚军。2019年11月19日，新一期全球超级计算机500强榜单面世，中国超算“神威·太湖之光”和“天河二号”分列三、四位。2020年，中国超级计算机系统“神威·太湖之光”和“天河二号”分列榜单第四、第五位。中国入围的超级计算机数量为226台，占总体份额超过45%，位列世界第一。课后练习 查询相关资料，了解下述计算机的发展。世界上第一