教案：袁春风编著《13015 计算机系统原理》第1章 计算机系...

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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

1. 知识目标：

1. 学生能够理解计算机系统的基本概念和组成。

2. 掌握冯·诺依曼结构及其在现代计算机中的应用。

3. 了解计算机硬件系统的基本组成部件及其功能。

4. 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。

2. 能力目标：

1. 培养学生分析计算机系统结构的能力。

2. 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。

3. 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。

3. 素质目标：

1. 激发学生对计算机科学的兴趣，培养探索未知领域的热情。

2. 培养学生的自主学习能力和团队合作精神。

3. 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

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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