中职《计算机基础知识与应用案例教程》教案第5课认识计算机硬件系统.docx

课题认识计算机硬件系统课时2课时(90min)教学目标知识目标：(1)了解计算机系统的组成与工作原理(2)熟悉计算机硬件系统的组成与主要技术指标能力目标：能够正确识别计算机主机的内外部结构素质目标：增强集体荣誉感和责任感，树立爰岗敬业、乐于奉献的职业价值观教学重睚点教学重点：计算机系统的组成与工作原理教学难点：计算机硬件系统的组成与主要技术指标教学方法讲授法、问答法、讨论法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学直找奚料，了解计算机硬件系统的组成及主要技术指标等相关知识【学生】完成课前任务考勤【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到任务导入【教师】请学生查阅相关资料，将表格3-1(详见教材)补充完整【学生】思考、查找资料、补充表格传授新知【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解计算机硬件系统的相关知识一、计算机系统1 .计算机系统的组成一个完整的计算机系统由计算机硬件系统和计算机软件系统两部分组成e其中，计算机硬件系统是计算机系统中各种看得见、摸得着的硬件设备的总称；计算机软件系统是运行在计算机硬件系统上的各种程序及其数据的集合。【教师】多媒体展示计算机系统组成结构图(详见教材)，讲解新知对于计算机系统而言，计算机硬件系统与计算机软件系统相辅相成、缺一不可。未安装任何软件的计算机系统俗称"裸机"，它无法为用户提供任彳可功能和服务；同样，计算机软件必须安装在计算机硬件系统之上方可运行。2 .计算机系统的工作原理计算机系统向用户提供的功能几乎都是通过执行程序实现的。因此，要想了解计算机系统的工作原理，就要先了解程序的相关知识。(1)程序。程序是人们为解决某个问题或达成某个目标而设计的若干有序指令的集合。程序具有目的性、分步性、有限性、有序性和分支性等特性。(2)指令.指令又称“机器指令"，它用于指挥和控制计算机执行某项操作(如运算、读写等)，是计算机运行的最小功能单位。计算机执行程序的过程本质上是计算机逐条执行该程序所包含的指令的过程。【高手点拨】【教师】组织学生阅读相关材料，了解指令组成的相关知识一条指令通常由操作码和地址码两部分组成。其中，操作码用于指明该指令要完成的操作，如加法、减法、移位等;地址码用于指明操作数在存储器中的存放地址.【学生】阅读、思考、理解(3)指令系统。指令系统是指一台计算机所有指令的集合。指令系统反映了计算机的基本功能，CPU型号不同的计算机，指令系统可能不同。【课问】【教师】随机邀请学生回答以下问题：指令想要完整的执行需要经历哪些步骤？【学生】思考、回答【教师】总结学生的回答一条指令的完整执行通常需要经历获取指令、分析指令和执行指令3步.(1)获取指令。计算机通过程序计数器获取程序的首条指令在主存储器中的存放地址，根据该地址从主存储器中取出指令并将其送入指令寄存器。随后，程序计数器自动更新，指向下一条指令的存放地址。(2)分析指令。计算机通过分析指令寄存器中的指令获得操作码，从而确定指令要完成的操作的性质。如果该操作涉及操作数,则根据地址码寻找操作数的地址。(3)执行指令.计算机根据地址码取出操作数，执行指令规定的操作，有些指令执行后可能还需要写入操作结果。计算机程序的执行过程，实际上就是周而复始地完成这3步操作的过程，直到遇到程序中出B令才结束整个程序的运行。【知识库】【教师】组织学生阅读相关材料，了解计算机系统原理的相关知识如今的计算机系统几乎都基于“存储程序"原理设计和制造，该原理是数学家冯诺依曼在研究EDVAC机睡出的，为了纪念他，人们将所有基于“存储程序"原理设计和制造的计算机统称为“冯诺依曼机”。"存储程序"原理：计算机硬件应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件组成；计算机内部采用二进制来表示指令和数据；将编好的程序和原始数据事先存入存储器，然后再启动计算机工作。"存储程序"原理的提出是计算机发展史上的里程碑，它奠定了现代计算机的基本结构理论基础，对计算机时代的到来起到了重要的推动作用。【学生】阅读、思考、理解二、计算机硬件系统的组成【课朝问】【教师】请学生扫描二维码观看视频”计算机硬件系统的组成“(详见教材)，随机邀请学生回答以下问题：计算机硬件系统由哪些部分组成?【学生】观看、思考、回答【教师】总结学生的回答计算机硬件系统由主机和外部设备组成。其中，主机由CPU和主存储器组成；外部设备简称“外设"，主要由辅存储器、输入设备和输出设备组成。负责将这些硬件设备连接起来的设备是主板。1 .主板【课题问】【教师】多媒体展示主板结构图(详见教材)，随机邀请学生回答以下问题：主板具有什么作用？【学生】观察、思考、回答【教师】总结学生的回答主板又称"母板"，它是计算机其他所有硬件设备的载体，在各硬件设备中起着数据传输、协调工作等作用。主板通常是一块矩形的印刷电路板，主要由总线、总线扩展槽、输入输出接口和其他接口等部件组成。（1）总线总线用于在计算机各硬件间传输信息.按所传输信息的不同，总线可分为数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）.（2）总线扩展槽。总线扩展槽用于连接计算机的CPU、内存条、显卡等核心硬件设备，常见的包括CPU插槽、内存插槽、PCI-e扩展槽等。（3）输入输出接口。输入输出接口用于连接外部设备,常见的包括PS/2接口、显示器信号接口、USB接口、SATA接口等。【提示】【教师】组织学生阅读相关材料，了解热插拔的相关知识热插拔是一种允许用户在不关闭系统、不切断电源的情况下对硬件设备进行添加和删除的特性。【学生】阅读、思考、理解（4）其他接口。除上述接口外，主板上还有一些其他接口，如用于连接网络设备的RJ-45网络接口，用于连接计算机电源的主板电源接口等。2 .CPU【课堂提问】【教师】随机邀请学生回答以下问题：CPU由哪些部分组成?CPU的作用是什么？【学生】思考、回答【教师】总结学生的回答中央处理器（centralprocessingunit,CPU）是计算机最核心的硬件设备。CPU由运算器和控制器组成，是整个计算机系统的运算和指挥中心，其重要性好比人的大脑。（1）运算器。运算器可执行各种算术和逻辑运算，是计算机的运算核心，其主要功能单元包括算术逻辑部件（ALU）、累加器和各种寄存器（如状态寄存器、通用寄存器组）等。（2）控制器。控制器是整个计算机系统的控制中心，计算机系统之所以能够有条不紊地完成数值运算、数据处理等各项任务，离不开控制器的协调和指挥。3 .主存储器存储器是计算机存储程序和孀的硬件设备,包括主存储器（简称"主存"，也称"内存储器"）、辅存储器（简称"辅存"，也称"外存储器"）和缓冲存储器（简称“缓存"）等。其中，主存储器又可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种。【课堂讨论】【教师】请学生分组讨论以下问题：杳阅相关资料，说一说随机存储器和只读存储器有哪些区别。【学生】思考、讨论、小组代表回答【教师】聆听并点评学生的回答（1）随机存储器。随机存储器就是人们常说的“内存条"或"内存"，它支持读取和写入信息，是计算机中正在执行程序及其数据的临时存放场所，CPU可直接从内存中读取数据。程序执行结束或计算机断电后，内存中的数据不会保留。由于CPU直接从内存中读取数据，因此内存的数据存取速度非常快。（2）只读存储器。只读存储器是一种只允许用户读取已有信息，不允许用户写入新信息或对已有信息进行删改的存储器。只读存储器通常是一块芯片，在出厂时就集成在了主板上，其中写入的信息可以长期保存，不受计算机系统断电的影响。4 .辅存储器辅存储器具有存储容量大、性能稳定、可长期存储数据等特点，常用于文档、图片、音频、视频、程序等数据的长期存储，是计算机重要的后援存储设备。目前，较常用的辅存储器包括硬盘、光盘和可移动存储设备等。（1）硬盘。硬盘是计算机最主要的辅存储器,计算机的操作系统、程序、数据等绝大多数文件都存储在其中。硬盘通常固定在机箱内，并通过主板的硬盘接口（如SATA接口）与主板连接。【知识库】【教师】组织学生阅读相关材料，了解常用的硬盘类型目前,常用的硬盘主要包括机械硬盘和固态硬盘两种类型。其中，机械硬盘采用磁性碟片来存储酷，固态硬盘则采用闪存颗粒来存储数据。一般来说，与机械硬盘相比，固态硬盘的数据存取速度更快；但相同的存储容量，固态硬盘的价格往往更高。【学生】阅读、思考、理解（2）光盘。光盘又称“光碟"，它是一种利用激光技术读写数据的常见辅存储器。目前，较常用的光盘有CD光盘、DVD光盘、BD光盘等。其中，CD光盘的存储容量一般约700MB;DVD光盘的存储容量一峭4.7GB或更大;BD光盘即蓝光光盘，其存储容量一般约25GB或更大，属于大容量光盘。按娄强读写特性的不同，光盘可分为可擦写型（支持数据的多次读写）、一写多读型（写入数据后仅支持读取）和只读型3种。其中，可擦写型光盘包括CD-RW和DVD-RW等；一写多读型光盘包括CD-R和DVD-R等；只读型光盘包括CD-ROM和DVD-ROM等。【提示】【教师】组织学生阅读相关材料，了解国标码中汉字的相关知识光盘中孀的读写需要借助光盘驱动器（简称"光驱"）实现。目前，市场上的疫区主要有DVD光驱（兼容CD和DVD光盘）、蓝光光驱和刻录机等。其中，DVD光驱和蓝光光驱通常仅支持读取光盘中的数据，刻录机则支持读取和写入光盘数据。【学生】阅读、思考、理解（3）可移动存储设备。可移动存储设备具有小巧便携、支持热插拔、传输速度较快等优点，是很受欢迎的辅存储器。目前，较常用的可移动存储设备包括U盘和移动硬盘等。其中，U盘的存储容量通常比移动硬盘小，但更加小巧便携。5 .输入设备输入设备用于向计算机中输入数据和命令，它们通常连接在主板的输入输出接口（如USB接口）上。输入设备会将用户输入的各种信息转换为计算机能识别的电信号后传入计算机，从而实现人机交互。【课堂提问】【教师】随机邀请学生回答以下问题：举例说明什么是输入设备。【学生】思考、回答【教师】总结学生的回答（1）键盘和鼠标。键盘和鼠标俗称“键鼠"，是计算机最基本、最常用的输入设备。用户通过键盘可向计算机中输入各种字符和命令；拖动鼠标可控制计算机屏幕上鼠标指针的移动；利用鼠标的左、右、中键可分别完成选中对象、弹出菜单、滚动页面等操作。目前，键盘和鼠标多通过USB接口、无线接收器、蓝牙等方式接入计算机。（2）其他输入设备。除键盘和鼠标外，目前，较常用的输入设备还包括扫描仪、摄像头、麦克风、数位板、手写笔、条码阅读器等。这些输入设备均可实现特定的输入功能。6 .输出设备输出设备用于接收计算机的各种计算结果并将其呈现为用户能够识别的文本、图形、图像、音频、视频等形式.【课期问】【教师】随机邀请学生回答以下问题：举例说明什么是输出设备。【学生】思考、回答【教师】总结学生的回答(1)显示器。显示器是非常重要的输出设备。按屏幕对角线尺寸的不同，显示器可分为21英寸、24英寸、27英寸、32英寸等尺寸规格；按显示原理的不同，显示器可分为阴极射线管(CRT)显示器、液晶显示器(LCD)和等离子体显示器(PDP)等类型。其中，液晶显示器是目前较常用的显示器类型。【知识库】【教师】组织学生阅读相关材料，了解显示器的相关知识显示器通常需要通过显示器信号接口与计算机的显卡连接才能输出画面，目前，常见的显示器信号接口类型包括DVl接口、VGA接口、HDMl接口、DP接口等。显卡是计算机中专门负责图形图像处理的硬件设备，分为集成显卡和独立显卡两种。(详见教材)【学生】阅读、思考、理解(2)打印机。打印机是一种将计算机中的文字或图像等信息输出到纸张或其他实体介质上的输出设备.(3)其他输出设备。除显示器和打印机外，目前，较常用的输出设备还包括投影仪、音箱、耳机等，如图3L6幅。三、计算机硬件系统的主要技术指标I-CPU的主要技术指标【课堂提问】【教师】随机邀请学生回答以下问题：通过哪些指标来衡量CPU的好坏？【学生】思考、回答【教师】总结学生的回答CPU的主要技术指标包括核心数、主频、字长、运算速度、缓存等。(I)核心数。CPU核心又称"CPU内核"，是CPU最重要的组成部分。CPU的所有控制和存储命令、数据计算和处理等都由核心执行。目前，一颗CPU上普遍会集成多个可同时工作的核心，如双核心、四核心、六核心、八核心、十核心、十二核心、十六核心、十八核心等，其中以四核心和八核心居多。(2)主频。主频是指CPU的时钟频率，单位通常是MHZ或GHz,用来表示CPU运算和处理数据的速度。【拓展阅读】【教师】组织学生阅读相关材料，了解CPU两个主要参数的相关知识外频和倍频是与主频密切相关的两个CPU技术参数，它们均可在一定程度上反映出CPU与主板上其他硬件之间的数据传输速度。外频是指CPU的外部时钟频率，单位通常为MHze一般来说，CPU的外频越高，其与主板上其他硬件之间的数据传输速度越快。倍频=主频÷外频。(详见教材)【学生】阅读、思考、理解(3)字长.字长是指CPU在单位时间内同时处理的二进制数据的位数。一般来说，字长越长，CPU的性能越好。CPU的字长都是8的整数倍，如8位、16位、32位、64位等。(4)运算速度。运算速度是指CPU每秒可执行的指令数，单位通常为"百万条指令侬"(MIPS)-般来说，运算速度越快，CPU的性能越好。(5)缓存。缓存又称"CPU缓存"，是架构在CPU与内存之间的临时存储器，它容量很小但数据交换速度极快，旨在解决CPU与内存之间的“内存墙”问题。【高手点拨】【教师】组织学生阅读相关材料，了解CPU运算速度的相关知识随着技术的进步，CPU的运算速度得到极大提升，但内存的数据存取速度难以与之匹配，这导致CPU工作时大量时间都浪费在了等待内存完成数据的读写上，严重限制了CPU性能的发挥。这种CPU性能受到内存性能制约的现象就是“内存墙"。【学生】阅读、思考、理解目前，CPU的缓存多采用三级架构。CPU会先在一级缓存(Llcache)中查找要读取的数据，查找无果后再依次在二级缓存(L2cache)和三级缓存(L3cache)中查找。2 .内存条的主要技术指标【课期问】【教师】随机邀请学生回答以下问题：内存条的主要技术指标有哪些？【学生】思考、回答【教师】总结学生的回答内存条按发展顺序可分为SDRAM、DDR,DDR2、DDR3、DDR4、DDR5等类型。其中，DDR3和DDR4是目前市场上较常见的内存条类型。内存条的主要技术指标包括内存容量和内存频率。(1)内存容量。内存容量是衡量计算机即时信息处理能力的重要指标。目前，常见的内存容量包括8GB、16GB.32GB等。值得一提的是，如今大多数主板均内置两个乃至更多的内存插槽，计算机的内存容量应等于主板内存插槽上所有内存条的容量总和。【提示】【教师】组织学生阅读相关材料，了解内存上限的相关知识大多数微型计算机主板所支持的内存容量是有上限的,这取决于主板使用的芯片组。【学生】阅读、思考、理解(2)内存频率。内存频率又称“内存主频"，用于表示内存能达到的最高工作频率，单位通常是MHze一般来说，在容量相同的情况下，内存频率越高，性能越好。例如，DDR4内存的常见频率包括2133MHzx2400MHz.3000MHz,3600MHZ等。3 .硬盘的主要技术指标【课例问【教师】随机邀请学生回答以下问题：硬盘的主要技术指标有哪些？【学生】思考、回答【教师】总结学生的回答硬盘是计算机重要的辅存储器，其主要技术指标包括存储容量和数据存取速度。(1)存储容量。硬盘的存储容量越大，计算机可长期存储的数据越多，可安装的应用软件也越丰富。早期的硬盘存储容量很小，单位大多为MB,如512MBe如今,随着技术的不断进步和用户健存储需求的日益增长,硬盘的存储容量也大大增加，单位多为GB或TB。(2)数据存取速度。虽然CPU不直接从硬盘中读取数据，但内存中的数据均来自硬盘，故硬盘的数据存取速度也会影响到计算机的整体性能。如果硬盘的数据存取速度较慢，那么计算机的响应速度也会变慢，用户在使用计算机时会感到卡顿和延迟。【课堂讨论】【教师】请学生根据本节课的知识讨论以下问题：如何判断计算机硬件的好坏？【学生】思考、讨论、小组代表回答问题【教师】总结学生的回答【学生】聆听、思考、理解、记忆任务实施【教师】组织学生开展“熟悉计算机主机的内外部结构”活动，讲述任务要求和实施步骤步骤IA准备一台计算机,观察其主机的机箱前面板。虽然不同主机的机箱外观各有不同，但通常在机箱前面板上都会有一些按钮、接口和指示灯。步骤2A观察机箱后面板。机箱后面板中存在大量输入输出接口,以及网络接口和电源接口等。步骤3A拆开并观察机箱内部。断开主机电源,拧开机箱侧面挡板的螺丝，向机箱后面板方向推动机箱侧面挡板将其拆下，即可看到机箱内部的硬件设备，包括主板、CPU、内存条、显卡、硬盘、电源、各种插槽和连接线等。步骤4A仔细观察机箱内部结构，辨认其中的硬件设备和连接线。【学生】按照步骤熟悉计算机主机的内外部结构【教师】巡视课堂秩序、对学生进行个别指导课堂小结【教师】简要总结本节课的要点计算机系统计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的主要技术指标【学生】总结回顾知识点作业布置【教师】布置课后作业(1)完善项目总结中的思维导图(2)完成项目考核中的相关习题【学生】完成课后任务教学反思