《13015 计算机系统原理》第4章 可执行文件的生成与加载执行

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教案设计：《13015 计算机系统原理》第4章 可执行文件的生成与加载执行一、教学目标

• 知识目标：
  
  • 理解可执行文件的概念及其在计算机系统中的作用。
  • 掌握编译、链接过程及其生成可执行文件的具体步骤。
  • 熟悉操作系统如何加载和执行可执行文件。
  • 了解动态链接库（DLL）和静态链接库的区别与应用。
    
• 技能目标：
  

• 能够使用编译器和链接器生成可执行文件。
• 能够分析可执行文件的格式和内容。
• 能够理解并解释操作系统加载和执行可执行文件的过程。
  

• 态度目标：
  

• 培养学生的系统思维能力和问题解决能力。
• 激发学生对计算机系统底层工作原理的兴趣和探索欲。
• 增强学生的团队协作能力和自主学习能力。
  

二、教学内容1. 可执行文件概述

• 定义与作用：介绍可执行文件的概念，解释其在计算机系统中的核心作用。
• 文件类型：概述不同操作系统中可执行文件的扩展名和特点。
• 文件结构：简述可执行文件的基本结构，包括头部信息、代码段、数据段等。
  

2. 编译与链接过程

• 编译过程：详细讲解编译器如何将源代码文件（如C/C++文件）转换成目标代码（机器语言代码）文件的过程。
• 链接过程：介绍链接器如何将多个目标代码文件、库文件等链接成一个可执行文件的过程，包括静态链接和动态链接的区别。
• 库文件：讲解静态链接库（.lib或.a）和动态链接库（.dll或.so）的概念、作用及其在应用程序开发中的使用场景。
  

3. 可执行文件的加载与执行

• 加载过程：详细阐述操作系统如何加载可执行文件到内存的过程，包括文件读取、地址空间分配、代码和数据段的布局等。
• 执行过程：介绍操作系统如何启动可执行文件的执行，包括设置程序计数器（PC）的初始值、创建进程环境等。
• 环境变量与命令行参数：讲解环境变量和命令行参数在可执行文件执行过程中的作用及其传递方式。
  

4. 案例分析

• 选取一个具体的可执行文件生成与加载执行的案例，引导学生逐步分析编译、链接、加载和执行的全过程。
• 通过案例分析，加深学生对可执行文件生成与加载执行机制的理解。
  

三、教学方法

• 讲授法：通过教师讲解，系统介绍可执行文件的概念、编译与链接过程、加载与执行机制等相关知识。
• 演示法：利用实际编程工具和操作系统环境，演示可执行文件的生成与加载执行过程，展示相关工具的使用方法和输出结果。
• 讨论法：组织学生进行小组讨论，分享对可执行文件生成与加载执行机制的理解，探讨相关问题。
• 案例分析法：通过具体案例分析，引导学生深入理解可执行文件生成与加载执行的全过程。
• 实践操作法：安排学生动手编写简单程序，并使用编译器和链接器生成可执行文件，观察并理解其生成过程和执行机制。
  

四、教学步骤1. 导入新课（5分钟）

• 通过提问或展示相关实例，引导学生回顾上一章节内容，并引出本节课的主题——可执行文件的生成与加载执行。
  

2. 讲授新知（30分钟）

• 可执行文件概述（10分钟）：
  

• 介绍可执行文件的概念、文件类型及基本结构。
  

• 编译与链接过程（10分钟）：
  

• 详细讲解编译和链接的概念、过程及其生成可执行文件的具体步骤。
• 讲解静态链接库和动态链接库的区别与应用。
  

• 可执行文件的加载与执行（10分钟）：
  

• 阐述操作系统加载和执行可执行文件的过程。
• 介绍环境变量和命令行参数在程序执行中的作用。
  

3. 案例分析（20分钟）

• 选取一个具体的可执行文件生成与加载执行的案例，引导学生逐步分析编译、链接、加载和执行的全过程。
• 通过案例分析，加深学生对可执行文件生成与加载执行机制的理解。
  

4. 实践操作（30分钟）

• 任务布置：
  

• 分发包含简单源代码的示例文件，要求学生使用编译器和链接器生成可执行文件。
• 要求学生观察并分析生成的可执行文件的格式和内容。
• 布置一个或多个小问题，要求学生通过调试和观察，理解可执行文件的加载和执行过程。
  

• 学生操作：
  

• 学生分组或独立操作，按照任务要求完成编译、链接和生成可执行文件的过程。
• 学生使用调试工具或系统监控工具观察可执行文件在内存中的加载和执行情况，记录关键信息。
• 学生分析环境变量和命令行参数对程序执行的影响，尝试修改并观察结果变化。
  

5. 讨论与总结（20分钟）

• 小组讨论：
  

• 学生分组讨论在实践操作中遇到的问题、解决方案及收获。
• 分享各自观察到的可执行文件加载和执行过程中的细节和现象。
  

• 全班总结：
  
  • 教师引导学生总结本节课的重点内容，包括可执行文件的概念、编译与链接过程、加载与执行机制等。
  • 强调静态链接库与动态链接库的区别、环境变量和命令行参数的重要性。
  • 解答学生在实践操作中遇到的疑问，澄清可能存在的误解。
    

6. 布置作业（5分钟）

• 书面作业：
  
  • 要求学生撰写一篇短文，总结本节课学习的内容，包括可执行文件的生成与加载执行的全过程，以及自己的理解和体会。
  • 布置几道思考题，如“静态链接与动态链接的优缺点比较”、“环境变量在程序执行中的作用及设置方法”等，要求学生结合所学知识进行回答。
    
• 实践作业：
  

• 要求学生编写一个简单的C/C++程序，包含多个源文件和一个静态或动态链接库，通过编译和链接生成可执行文件。
• 要求学生使用调试工具观察并记录可执行文件的加载和执行过程，分析并解释观察到的现象。
  

五、教学评估1. 课堂表现评估

• 观察学生在课堂上的参与度，包括听讲、提问、讨论等环节的表现。
• 评估学生对知识点的理解和掌握程度，通过提问和互动了解学生的学习情况。
  

2. 实践操作评估

• 检查学生提交的实践操作结果，包括编译生成的可执行文件、调试记录和分析报告等。
• 评估学生在实践操作中的动手能力和问题解决能力，看其是否能够独立完成任务并准确分析现象。
  

3. 书面作业评估

• 批改学生提交的书面作业，包括短文和思考题答案。
• 评估学生对知识点的掌握程度、理解深度和表达能力，看其是否能够准确、清晰地阐述所学内容。
  

4. 自我评价与同伴评价

• 鼓励学生进行自我评价，反思自己在学习过程中的表现和不足。
• 组织学生进行同伴评价，通过互评促进相互学习和交流，提高评价的客观性和全面性。
  

通过以上教学评估环节，教师可以全面了解学生的学习情况，及时调整教学策略和方法，确保教学质量和效果。同时，学生也能够通过评估反馈了解自己的学习成果和不足之处，有针对性地进行改进和提高。