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标题: 《13015 计算机系统原理》第1章计算机系统概述 [打印本页]

作者: chinasll 时间: 2024-10-17 23:23
标题: 《13015 计算机系统原理》第1章计算机系统概述
教案：袁春风编著《13015 计算机系统原理》第1章计算机系统概述一、教学目标

知识目标：
- 学生能够理解计算机系统的基本概念和组成。
- 掌握冯·诺依曼结构及其在现代计算机中的应用。
- 了解计算机硬件系统的基本组成部件及其功能。
- 理解计算机指令的执行过程及程序在计算机中的运行方式。
能力目标：

培养学生分析计算机系统结构的能力。
提高学生将理论知识应用于实际问题的能力，如理解程序执行过程中的硬件和软件交互。
增强学生的系统思维能力，能够从整体角度看待计算机系统的运行。

素质目标：

激发学生对计算机科学的兴趣，培养探索未知领域的热情。
培养学生的自主学习能力和团队合作精神。
提升学生的逻辑思维能力和问题解决能力。

二、教学内容1. 计算机系统概述

定义与分类：介绍计算机系统的基本概念，包括计算机的分类（如超级计算机、个人计算机、嵌入式系统等）及其应用领域（如科学计算、自动控制、信息处理等）。
计算机的特点：阐述计算机自动性、高速性、记忆性和精确性等基本特点。

2. 冯·诺依曼结构

历史背景：介绍冯·诺依曼在计算机科学领域的贡献，特别是他提出的“存储程序”计算机结构。
基本思想：详细讲解冯·诺依曼结构的主要思想，包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件及其功能。
现代应用：说明现代计算机大多采用冯·诺依曼结构，并解释其在实际应用中的优势。

3. 计算机硬件系统

主要组成部件：详细介绍计算机硬件系统的各个组成部件，包括CPU（中央处理器）、存储器（内存和外存）、输入设备和输出设备等。
部件功能：阐述各部件的具体功能及其在计算机系统中的作用，如CPU的运算和控制功能、存储器的数据存储功能等。

4. 计算机指令与程序执行

指令系统：介绍计算机指令的基本概念和组成（操作码和地址码），以及指令的执行过程。
程序执行：讲解程序在计算机中的执行流程，包括取指令、指令译码、执行指令等步骤。
程序计数器（PC）：解释PC在程序执行过程中的作用，即存储将要执行的下一条指令的地址。

5. 计算机系统层次结构

层次结构概述：介绍计算机系统的层次结构，包括硬件层、ISA（指令集体系结构）层、操作系统层和应用层等。
各层功能：阐述各层次在计算机系统中的作用和相互关系，特别是ISA层对硬件的抽象和操作系统的功能。

三、教学方法

讲授法：通过教师讲解，系统介绍计算机系统的基本概念、组成和原理。
演示法：利用多媒体教学手段，展示计算机硬件系统的实物图片或视频，帮助学生直观理解。
讨论法：组织学生进行小组讨论，针对计算机系统的某个问题进行深入探讨，培养学生的合作精神和批判性思维。
案例分析法：通过具体案例（如C语言程序的执行过程），分析程序在计算机中的运行方式，加深学生对理论知识的理解。
实践法：安排实验课程，让学生亲自动手操作计算机硬件和软件，增强实践能力。

四、教学步骤1. 导入新课（5分钟）

通过一个有趣的计算机应用实例（如智能机器人、自动驾驶汽车等），引出计算机系统的重要性，激发学生的学习兴趣。

2. 讲授新知（30分钟）

计算机系统概述：介绍计算机系统的基本概念、分类和特点。
冯·诺依曼结构：详细讲解冯·诺依曼结构的基本思想和现代应用。
计算机硬件系统：介绍计算机硬件系统的各个组成部件及其功能。
计算机指令与程序执行：讲解计算机指令的基本概念和程序执行流程。
计算机系统层次结构：介绍计算机系统的层次结构及各层功能。

3. 案例分析（15分钟）

以一个C语言程序为例，分析程序在计算机中的执行过程，包括取指令、指令译码、执行指令等步骤，加深学生对程序执行流程的理解。

4. 小组讨论（15分钟）

组织学生进行小组讨论，针对计算机系统的某个问题进行深入探讨（如“为什么现代计算机大多采用冯·诺依曼结构？”），鼓励学生发表自己的观点和看法。

5. 总结归纳（10分钟）

教师对本节课的重点内容进行总结归纳，强调冯·诺依曼结构、计算机硬件系统、指令执行流程和系统

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