第四节：计算机的基本工作原理及其发展

第四节：计算机的基本工作原理及其发展
一、教学目标：
[认知领域]
1．了解二进制的特点。

2．了解二进制与计算机的关系，理解冯.诺依曼型计算机的特点
[操作领域]
1．了解信息技术的发展和特点。

2．理解计算机的基本工作原理。

[情感领域]
了解学习信息技术的方法，提高学习、应用信息技术的能力。

教学重点：二进制的特点。

教学难点：二进制与计算机的关系。

二、教学过程：
（一）、导入新课：电脑是怎么工作的？
前面我们认识的电脑其实只是电脑的硬件部份（英文名叫hardware），完整的电脑系统应该是硬件和软件（英文名叫software）的统一，就像录像机和VCD机，它们本身只是一个塑料和金属片堆积起来的部件，如果没有录像带和VCD碟片，以及设定在机器内的控制程序，录像机和VCD机纯粹就是一堆废塑料和金属片，一点用处都没有。

同样，没有运行在硬件基础之上的各种软件，电脑也是一堆废品。

因此，在认识了电脑一家人之后，我们花点时间了解一下电脑软件的相关知识，从而概貌性地掌握电脑工作的基本原理。

这对于后面操作系统和应用软件的学习，会很有帮助。

我们现在就去探究一下：这电脑，到底是如何工作的？
（二）、讲授新课：
电脑原理概述：
前面我们已经提过，电脑的工作原理跟电视、VCD机差不多，您给它发一些指令，它就会按您的意思执行某项功能。

不过，您可知道，这些指令并不是直接发给您要控制的硬件，而是先通过前面提过的输入设备，如键盘、鼠标，接收您的指令，然后再由中央处理器（CPU）来处理这些指令，最后才由输出设备输出您要的结果。

现在，让我们用一道简单的计算题来回想一下人脑的工作方式。

题目很简单：8+4÷2=？
首先，我们得用笔将这道题记录在纸上，记在大脑中，再经过脑神经元的思考，结合我们以前掌握的知识，决定用四则运算规则和九九乘法口诀来处理，先用心算出4÷2=2这一中间结果，并记录于纸上，然后再用心算出8+2=10这一最终结果，并记录于纸上。

通过做这一简单运算题，我们发现规律：首先通过眼、耳等感觉器官将捕捉的信息输送到大脑中并存储起来，然后对这一信息进行加工处理，再由大脑控制人把最终结果，以某种方式表达出来。

电脑正是模仿人脑进行工作的（这也是“电脑”名称的来源），其部件如输入设备、存储器、运算器、控制器、输出设备等分别与人脑的各种功能器官对应，以完成信息的输入、处理、输出。

计算机的工作原理图。

(展示动画)
半个世纪以来，计算机已发展成为一个庞大的家族，尽管各种类型的性能、结构、应用等方面存在着差别，但是它们的基本组成结构却是相同的。

现在我们所使用的计算机硬件系统的结构一直沿用了由美籍著名数学家冯·诺依曼提出的模型，它由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大功能部件组成。

随着信息技术的发展，各种各样的信息，例如：文字、图像、声音等经过编码处理，都可以变成数据。

于是，计算机就能够实现多媒体信息的处理，
图像、文字、声音等信息转成数据的示意图（展示动画）
各种各样的信息，通过输入设备，进入计算机的存储器，然后送到运算器，运算完毕把结果送到存储器存储，最后通过输出设备显示出来。

整个过程由控制器进行控制。

计算机的整个工作过程及基本硬件结构：（图略）
计算机能够处理数值、文字、声音、图像等信息，同学们可能会问：为什么作为电子设备的计算机能处理那么多复杂的信息呢？实际上，当把这些信息转换成计算机能识别的形式就能进行处理。

目前计算机中所有的信息都用“0”和“1”两个数字符号组合的二进制数来表示。

数值、图形、文字等各种形式的信息，需要计算机加工处理时，首先必须按一定的法则转换成二进制数。

然而，日常生活中使用的数是十进制数，它的特征是：
（1）有10个数字：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。

（2）运算时逢十进一。

（3）每个数字在不同的数位上，其值的大小是不同的。

数位：个十百千万……
数值：100 101 102 103 104 ……
二进制数的特征是：
（1）有2个数字：0，1。

（2）运算时逢二进一。

（3）每个数字在不同数位上，其值以2的倍数递增。

即20，21，22，23，24，……
在电子计算机出现后短短的半个多世纪里，计算机技术发展飞速，正迅速渗透到社会的各个领域之中，并逐步进入家庭，成为一个国家现代化的重要标志之一。

计算机的发展趋势：
世界上第一台电子计算机的诞生：1946年美国宾夕法尼亚大学研制成功世界上第一台电子数字计算机“ENIAC”（中文译名为“埃尼亚克”）。

这台计算机约二层楼高，30吨重，占地约170平方米，全机一共用了18000个电子管、1500个继电器，耗电约150千瓦，运算速度为每秒5000次，只能存储80个字节的信息。

计算机的发展，正朝着巨型化、微型化、多媒体、开放系统和智能化这几个方向发发展。

1、巨型化和微型化：巨型机由于尖端科技的发展和现代国防的迫切需要推动其发展，而巨型机技术对本世纪谁能在经济上和技术上领先有重要作用，它标志着一个国家的工业和科技水平。

微型化是由于微处理器的发展，大大加速了计算机小型化的进程。

90年代出现了可随身携带的微机新品种——便携机，便携机又可分为膝上型、笔记本型和更小的袖珍型三种。

这是计算机微型化的结果。

微机的高速发展和市场的需求使之成为计算机发展的主流。

2．系统开放化：什么是开放系统呢？开放系统就是符合标准化、具有可移植性、互操作性和可扩展性的系统。

近年来几乎全部计算机厂家（从硬件到软件）都异口同声地宣布它们向用户提供的是开放系统，开放和统一已是大势所趋。

3、多媒体化：多媒体技术是计算机发展的一大趋势，它是将文字、声音、图形、静止图像、活动图象与计算集成在一起的技术。

它与先进的通信技术结合，将从根本上改变现现
代社会的信息传播方式。

4．智能化：所谓智能是指用计算机模拟人类认识、理解客观事物，并用知识和经验来解决问题的能力。

智能模拟与一般信息加工不同，是通过视觉、听觉、触觉接收了各种信息后，由计算机作出决策并确定它的输出。

如“几何定理自动证明”、“深蓝”与世界冠军对弈。

能自立行走的机器人等。

5．网络化：计算机网络是将地理位置不同、具有独立功能的多台计算机系统，通过通信设备和线路连接起来，用网络软件实现网络中资源共享和信息传递的系统。

计算机网络可分为局域网和广域网。

局域网一般建立在一个单位、部门或企业内，广域网的地理范围通常超过几十千米，可以上千或上万千米，覆盖面积是一个地区、一个国家、乃至整个地球。

近年来国际互联网Internet（因特网）的兴起，标志着全球网络化的时代正在来临。

目前，正在研究的智能计算机是一种具有类似人的思维能力，能“说”、“看”、“听”、“想”、“做”；能替代人的一些体力劳动和脑力劳动。

不久的将来，还会出现速度更快、功能更强、更接近于人脑的光子计算机和生物计算机。

总而言之，现代计算机的发展正朝着巨型化、微型化的方向发展，计算机的传输和应用正朝着网络化、智能化的方向发展，并越来越广泛地应用于我们的工作、生活、学习中，对社会和生活起到不可估量的影响。

（三）课堂小结：
通过这节课的学习，我们学到了：
（1）二进制及其与计算机的关系，知道冯.诺依曼型计算机的特点
（2）了解信息技术的发展和特点。

（3）理解了计算机的基本工作原理。

通过学习，进一步了解学习信息技术的方法，提高学习、应用信息技术的能力。

三、教学后记：
考勤：。