学情分析：

学生对计算硬件的认识处于模糊阶段，对硬件的性能参数认识够，在此基础上活动的需要符合学生的基本情况。

教学目标：

（1）知道计算机系统的主要组成部分，能够描述其工作原理；

（2）了解计算机硬件系统的组成，认识其主要的性能指标；

（3）了解计算机软件系统的分类，区分各类软件的主要功能。

教学策略： 探究生成式教学策略

教学融入点：

1. 讲到计算机系统的硬件，以第一台通用电子计算机ENIAC为例，引出计算机由硬件组成。第一台电子计算机与第一台通用电子计算机的历史，ENIAC是第一台通用电子计算机，是“窃取”“ABC”计算机的成果。（知法守法，运用法律武器自我 保护和抵制违法乱纪行为！）

2. 讲到中央处理器（CPU），以国产芯片龙芯为例，介绍龙芯的优点、缺点，告诉学生科学认识国产品牌。（爱国主义教育、职业规划、国家安全、工匠精神、法律意识（知识产权））

教学过程：

一  开门见山，直接引入

【师】计算机系统处理信息的能力越来越强大，功能越来越丰富，外观越来越多样。但不管计算机系统如何发展，其基本组成没有发生变化。

思政小课堂：

你知道第一台通用电子计算机吗？

ENIAC（中文名：埃尼阿克），1946年2月14日在美国宣告诞生，它包含了17468根真空管（电子管）、7200根晶体二极管，1500 个中转，70000个电阻器，10000个电容器，1500个继电器，6000多个开关，计算速度是每秒5000次加法或400次乘法，是使用继电器运转的机电式计算机的1000倍、手工计算的20万倍。由硬件组成。

世界上的第一台电子计算机为阿塔纳索夫的贝瑞计算机（Atanasoff-Berry Computer，简称ABC。

1941年，“ENIAC”的发明者之一莫科里在阿塔纳索夫家借住5天，借此机会“盗取”了研究成果及想法，之后与埃克特一起制造了“ENIAC”并申请了专利。

阿塔纳索夫并未重视自己的重大发明“ABC”，当时并未申请专利保护，学校也没有重视此项发明，并拆掉了“ABC”。后经过美国法院判决，推翻并吊销了莫科里的专利，“现代计算机“的基本想法是来自约翰·文森特·阿塔纳索夫。

知法守法，运用法律武器自我保护和抵制违法乱纪行为！

下面我们将围绕“探究计算机系统的基本组成”项目展开学习。

（1）知道计算机系统的主要组成部分，能够描述其工作原理；

（2）了解计算机硬件系统的组成，认识其主要的性能指标；

（3）了解计算机软件系统的分类，区分各类软件的主要功能。

【师】计算机系统有哪些部分组成呢？

【师】请同学们打开身边的主机箱，一起揭开主机箱内黑匣子的秘密。

【生】说说你认识的部分。

【师】补充。

项目探究任务一：探究计算机系统的硬件组成。

二  自主实践，探究新知

（一）项目任务一：探究计算机系统的硬件组成。

活动1  匹配数据类型与输入输出设备

【师】依靠多种设备计算机系统能够将各种信息输入到计算机中，也能将不同类型的数据以不同的方式输出。根据实际经验思考数据与设备的关系，并填写下表。

【生】展示交流:输入设备和输入设备是计算硬件的组合部分。

活动2  比较内部存储器和外部存储器

【师】我们刚才说到主机箱中有这样两个设备内存条和硬盘，都具有存储功能，又有什么不同之处呢？内存条我们称为内存，硬盘叫什么？外存。和硬盘功能相似的还有移动硬盘、U盘等，这些都称为外存。内存和外存我们统称为存储器。

【师】同学们查查看，学习材料“活动2资料”，小组共同讨论将得到的资料完善到存储器参数资料表，并查找内外存的特点。 

内存的特点：

外存的特点：                         

【生】展示交流。

【师】小结：设备型号是生产厂商指定的，它是个代号；存储容量来说，内存存储容量小，外存存储容量大；存取速度上来说，内存存取速度快，外存速度要小于内存存取速度。（内存>硬盘>移动硬盘>U盘）

【过渡】存储器是计算机系统的记忆装置，那它是不是计算机的核心部件呢？不是。计算机的核心部件是CPU，中央处理器。核心部件是中央处理器，其性能在一定程度上反映了整个计算机系统的性能。

活动3  调查中央处理器的性能指标

请同学们打开学习助手“活动3资料”，找出衡量中央处理器性能的指标，填写下表（至少两项）

思政小课堂：

2002年8月10日诞生的“龙芯一号”是我国首枚拥有自主知识产权的通用高性能微处理芯片。

龙芯之父胡伟武博士说，把CPU做到世界第一。

投资人对胡伟武说，我知道投龙芯肯定得赔，但赔了也得投。

2015年3月31日发射的北斗双星就是搭载的龙芯CPU，性能以及价格都远远优于进口宇航CPU，后续的国防航宇领域都会搭载国产CPU。

2019年12月24日，龙芯3A4000/3B4000在北京发布，使用与上一代产品相同的28nm工艺，通过设计优化，实现了性能的成倍提升。龙芯坚持自主研发，芯片中的所有功能模块，包括CPU核心等在内的所有源代码均实现自主设计，所有定制模块也均为自主研发。

2021年4月龙芯自主指令系统架构的基础架构通过国内第三方知名知识产权评估机构的评估。

性能不足，不具备良好的软件生态，使用体验差。

【师】中央处理器的性能指标很多，主要取决于其主频和工作效率。综合前面所了解，计算机有哪些部分组成呢？

【生】计算机的组成由输入设备、输出设备、存储器、中央处理器组成，中央处理器分为运算器和控制器。

【交流】各部分有什么样的作用呢？输入设备：输入信息，输出设备：输出信息，存储设备：存储信息，中央处理器：控制和处理信息。

【过渡】计算机硬件是计算机的躯体，软件是计算机的灵魂。你购买计算机后怎样安装、使用软件呢？

（二）项目任务二：体验计算机系统的软件组成。

活动1  确定计算机软件的安装顺序

确定一下软件的类别及安装顺序。

A.操作系统Windows          B.办公软件WPS

属于系统软件的是：（    A    ） 输入应用软件的是：（     B    ）软件的安装顺序是：（  AB    ）

【师】系统软件：是具有通用功能的软件。是 直接运行在“裸机”上的软件。常见的操作系统有：Windows、Linux、MacOS、Android等；应用软件：是为满足不同领域、不同用户需求而设计的软件。下面请为同学来给大家唱首歌，同时将声音录制到电脑中，我们该如何操作呢？需要使用什么硬件设备？录音时还需要哪些软件？

活动2  用录音机程序录制音频

录音机程序是windows系统自带的“附件”中的一个程序。用录音机程序可以将计算机外部的声音录制为音频文件。

思考：在录制声音的过程中，计算机各组成部分是如何配合的？

【生】计算机在接受指令后，由控制器指挥，从输入设备头戴麦克采集数据，传送到内存存储器进行存放，再由控制器将需要参加运算的数据传送到运算器。由运算器进行处理，处理后的结果保存在外存储器中，最后由输出设备音响输出。

【师】计算机基本工作原理:冯·诺依曼原理

世界上第一台计算机基于冯·诺依曼原理，其基本思想是：存储程序与程序控制。存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据，通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中。程序控制是指计算机运行时能自动地逐一取出程序中一条条指令，加以分析并执行规定的操作。 根据存储程序和程序控制的概念，在计算机运行过程中，实际上有两种信息在流动。一种是数据流，这包括原始数据和指令，它们在程序运行前已经预先送至主存中，而且都是以二进制形式编码的。在运行程序时数据被送往运算器参与运算，指令被送往控制器。另一种是控制信号，它是由控制器根据指令的内容发出的，指挥计算机各部件执行指令规定的各种操作或运算，并对执行流程进行控制。这里的指令必须为该计算机能直接理解和执行。

三、总结交流 学以致用

（一）知识树--计算机系统的组成     

（二）拓展练习

1.要长久保存5TB的视频数据，应选择的存储设备是什么？

2.要将2GB容量的数据从家里的计算机转移到学校的计算机，应选择什么存储设备？

3.分析触摸屏为什么既是输入设备又是输出设备？

四、拓展延伸 深入提升

冯·诺依曼体系结构

美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年提出存储程序原理，把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式储存。 冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼理论的要点是：计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。人们把冯·诺依曼的这个理论称为冯·诺依曼体系结构。所以冯·诺依曼是当之无愧的数字计算机之父。冯·诺依曼体系结构

(1)采用存储程序方式，指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中，数据和程序在内存中是没有区别的,它们都是内存中的数据,当EIP指针指向哪 CPU就加载那段内存中的数据,如果是不正确的指令格式,CPU就会发生错误中断. 在现在CPU的保护模式中,每个内存段都有其描述符,这个描述符记录着这个内存段的访问权限(可读,可写,可执行).这就变相的指定了哪些内存中存储的是指令哪些是数据）

指令和数据都可以送到运算器进行运算，即由指令组成的程序是可以修改的。

(2)存储器是按地址访问的线性编址的一维结构，每个单元的位数是固定的。

(3)指令由操作码和地址组成。操作码指明本指令的操作类型,地址码指明操作数和地址。操作数本身无数据类型的标志，它的数据类型由操作码确定。

(4)通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。指令在存储器中按其执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址。指令计数器只有一个，一般按顺序递增，但执行顺序可按运算结果或当时的外界条件而改变。

(5)以运算器为中心，I/O设备与存储器间的数据传送都要经过运算器。

(6)数据以二进制表示。

根据冯·诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能：把需要的程序和数据送至计算机中。必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机冯· 诺依曼体系结构 器的各部件协调操作。能够按照要求将处理结果输出给用户。将指令和数据同时存放在存储器中，是冯·诺依曼计算机方案的特点之一　计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成　冯·诺依曼提出的计算机体系结构，奠定了现代计算机的结构理念。

存储器（Memory）

是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。其概念很广，有很多层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。计算机中的存储器按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）,也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。

按照与CPU的接近程度，存储器分为内存储器与外存储器，简称内存与外存。内存储器又常称为主存储器（简称主存），属于主机的组成部分；外存储器又常称为辅助存储器（简称辅存），属于外部设备。CPU不能像访问内存那样，直接访问外存，外存要与CPU或I/O设备进行数据传输，必须通过内存进行。在80386以上的高档微机中，还配置了高速缓冲存储器（cache），这时内存包括主存与高速缓存两部分。对于低档微机，主存即为内存。