《13015 计算机系统原理》第1章 计算机系统概述

chinasll

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