初中信息技术冀教版七年级全册第二课 计算机——信息处理工具教案

第二课  计算机——信息处理工具

教学目标：

信息处理需要信息处理工具，当今使用最广泛的信息处理工具是计算机。本课主要介绍了计算机的工作原理、计算机硬件系统、计算机软件系统和计算机应用。

通过本课的学习，使学生了解计算机的工作原理，说出微型计算机的主要硬件设备的名称及各自的功能；了解主机内部基本构成，理解硬件设备之间的连接；理解计算机软件及其重要作用。

教学重点：

掌握计算机的工作原理；了解计算机硬件系统和软件系统的组成知识

教学难点：

计算机的工作原理

教学方法：

问答法、演示法、讨论法

教学时数：

2课时

教学过程：

导语：

通过上节课的学习，我们知道，计算机以处理速度快，存储容量大，计算机精度高和通用性强等特点，在信息技术中扮演着重要角色。这节课，我们就来学习计算机的有关知识。

新授：

一、从手脑计算工具到计算机器

师引入：在人类发展的历史长河中，计算工具也在不断地发展更新。下面我们结合课本第12、13页的内容了解一下计算工具的发展历程。

学生活动：阅读课本第12页、13页的正文内容以及教材中的信息岛“计算机器理论的发展”和“计算机的产生和发展”部分内容，深入理解计算机器及计算机的发展历程。

师提问：

1、电子计算机发展到今天已经经历了几代？各以什么为代表？

2、世界上第一台电子计算机诞生于哪一年，哪一国？

3、计算机更新换代的显著特点是什么？

二、计算机的工作原理

计算机的工作原理这一部分内容是比较抽象但又非常重要的内容。

教材14页信息岛中给出了计算机工作原理图，图中的实线代表“控制信号”的流向，包括原始数据、中间数据、处理结果、程序指令等。虚线代表“数据信号”的流向。接下来教材对组成计算机的五大部件输入设备、存储器、运算器、控制器、输出设备作了详细的介绍。计算机具体的工作流程学生可以参考教材16页的信息岛“计算机工作过程”了解。

师引入：计算机的工作原理是怎样的？它的基本内容是什么？由谁提出？

学生看书并结合课本第14页“计算机工作原理”图以及第16页“计算机工作过程”，通过讨论的形式加以了解掌握。

师检查学习情况。结合幻灯片上的习题来完成。

师提问：计算机系统五大部件的基本功能是怎样的？

学生看书，勾划出相应的概念。

师提问：

1、输入设备有什么用？常用的输入设备有哪些？

2、存储器有什么用？如何对存储的信息进行管理？存储器可分为哪几种？

3、运算器和控制器有什么功能？在整个计算机系统中处于什么地位？

4、常用的输出设备有哪些？它们在处理信息过程中起什么作用？

师引入：在信息处理过程中，CPU与主存储器和处部设备之间不断地传送数据和指令，这些数据和指令通过什么进行传递呢？下面同学们结合课本第15-16页的“信息岛”加以了解。

同学们通过自学形式完成本部分内容的学习。

（一）计算机功能特点

师引入：我们了解了计算机的工作原理，那么计算机到底有什么功能呢？它又有什么特点？同学们看书，通过讨论结合课本了解。

（二）计算机系统组成

师引入：要使计算机正常工作，仅有硬件设备行不行？

学生回答。

师提问：为什么不行？一个完整的计算机系统应该包括哪几部分？这几部分之间有什么关系？

学生看书找答案，教师巡视，提示需了解的几个概念。

三、计算机的硬件系统

师导入：刚才我们知道，一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。那么书上是如何对硬件系统进行完整的定义的？硬件设备通常由几个功能部件组成？同学们看书了解硬件设备种类及各自功能。

之后，结合教材在这部分安排的一个活动，教师打开计算机主机箱，对照图片，分别找到相应器件，并将内存条、硬盘等拆卸下来让学生观察这些硬件设备。

学生结合课本介绍，简单说出各设备的主要功能。

四、计算机的软件系统

师引入：了解了硬件，那么我们继续了解有关计算机软件系统的知识。同学们看书，了解软件系统的概念、作用及分类。

师演示：打开计算机，教师引导学生观察和操作使用各种系统软件（如Windows）和应用软件（如Word、WPS、“画图”软件等），使学生得到直观感受。

五、计算机的应用

师引入：计算机已被应用到社会的各行各业、各个领域，传统的工作、学习和生活方式随之改变，信息技术不断推动着社会的发展。下面我们一起完成课本上的一个活动内容，由此了解一下计算机应用的行业、领域。

学生上网查资料，通过讨论的形式完成书上表格。

六、实践与探索

“实践与探索”是要求学生列出组装计算机的配置清单，需要学生全面了解计算机的组成器件和各器件的市场价格。学生可以实地到市场去做调研，也可以通过网络查找市场价格，培养学生收集信息的意识和能力。

小结：

这节课，我们系统地了解了计算机的产生和发展，以及计算机的工作原理，我们了解了计算机常用硬件设备的功能特点及软件系统的作用。我们知道，一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。

板书设计：

           第二课 计算机—信息处理工具

计算机系统

补充材料：

计算机的产生和发展

计算机的产生是20世纪最重要的科学技术大事件之一。1946年美国宾夕法尼亚大学经过几年的艰苦努力，研制出世界上第一台电子计算机--埃尼阿克（ENIAC）。

一、 计算机的发展史

根据计算机所采用的物理器件不同，可分为四个阶段。

第一代：电子管计算机，开始于1946年，结构上以CPU为中心，使用机器语言，速度慢、存储量小，主要用于数值计算。

第二代：晶体管计算机，开始于1958年，结构上以存储器为中心，使用高级语言应用范围扩大到数据处理和工业控制。

第三代：中小规模集成电路计算机，开始于1964年，结构上仍以存储器为中心，增加了多种外部设备，软件得到一定发展，计算机处理图像、文字和资料功能加强。

第四代：大、超大规模集成电路计算机，开始于1971年，应用更加广泛，出现了微型计算机。

计算机硬件发展的同时，软件始终伴随其步伐迅猛发展，就计算机的编程语言而言，也划分为三代。

第一代：机器语言。每条指令用二进制编码，效率很低。

第二代：汇编语言。用符号编程，和具体机器指令有关，效率不高。

第三代：高级语言：如FORTRAN、COBOL、BASIC、PASCAL等都属于高级语言。

二、我国计算机的发展

我国从1956年开始电子计算机科研和教学工作。

1983年12月研制成功每秒运行1亿次的“银河”巨型计算机；

1992年11月研制成功每秒运行10亿次的“银河Ⅱ”巨型计算机；

1997年研制成功每秒运行130亿次的“银河Ⅲ”巨型计算机。

三、计算机的发展趋势

计算机的发展向微型化和巨型化、多媒体化和网络化方向发展。

计算机发展史

（早期 1854年－1890年 1890年－20世纪早期 20世纪中期 20世纪晚期－现在）

1666年，在英国Samuel Morland发明了一部可以计算加数及减数的机械计数机。

1673年, Gottfried Leibniz 制造了一部踏式(stepped)圆柱形转轮的计数机,叫“Stepped Reckoner”，这部计算器可以把重复的数字相乘，并自动地加入加数器里。

1694年,德国数学家，Gottfried Leibniz，把巴斯卡的Pascalene改良，制造了一部可以计算乘数的机器，它仍然是用齿轮及刻度盘操作。

1773年, Philipp-Matthaus 制造及卖出了少量精确至12位的计算机器。

1775年,The third Earl of Stanhope 发明了一部与Leibniz相似的乘法计算器。

1786年,J.H.Mueller 设计了一部差分机，可惜没有拨款去制造。

1801年, Joseph-Marie Jacquard 的织布机是用连接按序的打孔卡控制编织的样式。

1854年,George Boole 出版 “An Investigation of the Laws of Thought”，是讲述符号及逻辑理由，它后来成为计算机设计的基本概念。 

1858年,一条电报线第一次跨越大西洋，并且提供了几日的服务。

1861年,一条跨越大陆的电报线把大西洋和太平洋沿岸连接起来。

1876年,Alexander Graham Bell 发明了电话并取得专利权。

1876至1878年,Baron Kelvin 制造了一部泛音分析机及潮汐预测机。 

1882年,William S. Burroughs 辞去在银行文员的工作，并专注于加数器的发明。 

1889年,Herman Hollerith 的电动制表机在比赛中有出色的表现，并被用于 1890 中的人口调查。Herman Hollerith 采用了Jacquard 织布机的概念用来计算，他用咭贮存资料,然后注入机器内编译结果。这机器使本来需要十年时间才能得到的人口调查结果，在短短六星期内做到。　

1893年,第一部四功能计算器被发明。 

1895年,Guglielmo Marconi 传送广播讯号。

1896年,Hollerith 成立制表机器公司(Tabulating Machine Company)。 

1901年,打孔键出现，之后的半个世纪只有很少的改变。

1904年,John A.Fleming 取得真空二极管的专利权，为无线电通讯建立基础。 

1906年,Lee de Foredt 加了一个第三活门在Felming 的二极管，创制了三电极真空管。 

1907年,唱片音乐在纽约组成第一间正式的电台。

1908年,英国科学家 Campbell Swinton 描述了电子扫描方法及预示用阴极射线管制造电视。 

1911年,Hollerith 的表机公司与其他两间公司合并，组成 Computer Tabulating Recording Company (C-T-R)，制表及录制公司。但在1924年，改名为International Business Machine Corporation (IBM)。 

1911年,荷兰物理学家 Kamerlingh Onnes 在 Leiden Unversity 发现超导电。

1931年,Vannever Bush 发明了一部可以解决差分程序的计数机，这机器可以解决一些令数学家，科学家头痛的复杂差分程序。 

1935年,IBM (International Business Machine Corporation) 引入 "IBM 601”，它是一部有算术部件及可在1秒钟内计算乘数的穿孔咭机器。它对科学及商业的计算起很大的作用。总共制造了1500 部。

1937年,Alan Turing 想出了一个 “通用机器(Universal Machine)” 的概念，可以执行任何的算法，形成了一个“可计算(computability)”的基本概念。Turing 的概念比其他同类型的发明为好，因为他用了符号处理(symbol processing) 的概念。

1939年11月,John Vincent Atannsoff 与 John Berry 制造了一部16位加数器。它是第一部用真空管计算的机器。

1939年,Zuse 与 Schreyer 开鈶制造了“V2”﹝后来叫Z2﹞，这机器沿用 Z1的机械贮存器，加上一个用断电器逻辑(Relay Logic)的新算术部件。但当 Zuse完成草稿后，这计划被中断一年。 

1939-40年,Schreyer 完成了用真空管的10位加数器，以及用氖气灯(霓虹灯)的存贮器。

1940年1月,在 Bell Labs, Samuel Williams 及Stibitz 完成了一部可以计算复杂数字的机器，叫“复杂数字计数机(Complex Number Calculator)”，后来改称为“断电器计数机型号I (Model I Relay Calculator)” 。它用电话开关部份做逻辑部件：145个断电器，10个横杠开关。数字用“Plus 3BCD”代表。在同年9月，电传打字 etype 安装在一个数学会议里，由New Hampshire 连接去纽约。 

1940年, Zuse 终于完成Z2，它比运作得更好，但不是太可靠。 

1941年夏季，Atanasoff及Berry完成了一部专为解决联立线性方程系统(system of simultaneous linear equations) 的计算器，后来叫做“ABC (Atanasoff-Berry Computer)”，它有60个50位的存贮器，以电容器(capacitories)的形式安装在2个旋转的鼓上，时钟速度是60Hz。 

1941年2月,Zuse 完成“V3”(后来叫Z3)，是第一部操作中可编写程序的计数机。它亦是用浮点操作，有7个位的指数，14位的尾数，以及一个正负号。存贮器可以贮存64个字，所以需要1400个断电器。它有多于1200个的算术及控制部件，而程序编写，输入，输出的与 Z1 相同。 1943年1月 Howard H. Aiken完成“ASCC Mark I”(自动按序控制计算器 Mark I ，Automatic Sequence -- Controlled Calculator Mark I)，亦称“Haward Mark I” 。这部机器有51尺长，重5顿，由 750,000部份合并而成。它有72个累加器，每一个有自己的算术部件，及23位数的寄存器。 

1943年12月, Tommy Flowers与他的队伍，完成第一部“Colossus”，它有2400个真空管用作逻辑部件，5 个纸带圈读取器(reader)，每个可以每秒工作5000字符。

1943年,由 John Brainered领导，ENIAC开始研究。而 John Mauchly 及J. Presper Eckert负责这计划的执行。　 

1946第一台电子数字积分计算器(ENIAC)在美国建造完成。

1947年,美国计算器协会(ACM)成立。 

1947年,英国完成了第一个存储真空管。

1948贝尔电话公司研制成半导体。

1949年,英国建造完成“延迟存储电子自动计算器”(EDSAC) 

1950年,“自动化”一词第一次用于汽车工业。

1951年,美国麻省理工学院制成磁心 

1952年,第一台“储存程序计算器”诞生。 

1952年,第一台大型计算机系统IBM701宣布建造完成。 

1952年,第一台符号语言翻译机发明成功。 

1954年,第一台半导体计算机由贝尔电话公司研制成功。 

1954年,第一台通用数据处理机IBM650诞生。 

1955年,第一台利用磁心的大型计算机IBM705建造完成。 

1956年,IBM公司推出科学704计算机。 

1957年,程序设计语言FORTRAN问世。 

1959年,第一台小型科学计算器IBM620研制成功。 

1960年,数据处理系统IBM1401研制成功。 

1961年,程序设计语言COBOL问世。 

1961年,第一台分系统计算机由麻省理工学院设计完成。

1963年,BASIC语言问世。 

1964年,第三代计算机IBM360系列制成。 

1965年,美国数字设备公司推出第一台小型机PDP-8。 

1969年,IBM公司研制成功90列卡片机和系统-3计算机系统。 

1970年,IBM系统1370计算机系列制成。 

1971年,伊利诺大学设计完成伊利阿克IV巨型计算机。 

1971年,第一台微处理机4004由英特尔公司研制成功。 

1972年,微处理机基片开始大量生产销售。 

1973年,第一片软磁盘由IBM公司研制成功。 

1975年,ATARI-8800微电脑问世。 

1977年,柯莫道尔公司宣称全组合微电脑PET-2001研制成功。 

1977年,TRS-80微电脑诞生。 

1977年,苹果-II型微电脑诞生。 

1978年,超大规模集成电路开始应用。 

1978年,磁泡存储器第二次用于商用计算机。 

1979年,夏普公司宣布制成第一台手提式微电脑。 

1982年,微电脑开始普及，大量进入学校和家庭。 

1984年,日本计算机产业着手研制“第五代计算机”——具有人工智能的计算机。

为什么计算机采用二进制

由于人的双手有十个手指，人类发明了十进位制记数法。然而，十进位制和电子计算机却没有天然的联系，所以在计算机的理论和应用中难以畅通无阻。究竟为什么十进位制和计算机没有天然的联系？和计算机联系最自然的记数方法又是什么呢?

 这要从计算机的工作原理说起。计算机的运行要靠电流，对于一个电路节点而言，电流通过的状态只有两个：通电和断电。计算机信息存储常用硬磁盘和软磁盘，对于磁盘上的每一个记录点而言，也只有两个状态：磁化和未磁化。近年来用光盘记录信息的做法也越来越普遍，光盘上海一个信息点的物理状态有两个：凹和凸，分别起着聚光和散光的作用。由此可见，计算机所使用的各种介质所能表现的都是两种状态，如果要记录十进位制的一位数，至少要有四个记录点（可有十六个信息状态），但此时又有六个信息状态闲置，这势必造成资源和资金的大量浪费。因此，十进位制不适合于作为计算机工作的数字进位制。那么该用什么样的进位制呢？人们从十进位制的发明中得到启示：既然每种介质都是具有两个状态的，最自然的进位制当然是二进位制。

  二进位制所需要的记数的基本符号只要两个，即0和1。可以用1表示通电，0表示断电；或1表示磁化，0表示未磁化；或1表示凹点，0表示凸点。总之，二进位制的一个数位正好对应计算机介质的一个信息记录点。用计算机科学的语言，二进位制的一个数位称为一个比特（bit），8个比特称为一个字节（byte）。

  二进位制在计算机内部使用是再自然不过的。但在人机交流上，二进位制有致命的弱点——数字的书写特别冗长。例如，十进位制的100000写成二进位制成为11000011010100000。为了解决这个问题，在计算机的理论和应用中还使用两种辅助的进位制——八进位制和十六进位制。二进位制的三个数位正好记为八进位制的一个数位，这样，数字长度就只有二进位制的三分之一，与十进位制记的数长度相差不多。例如，十进位制的100000写成八进位制就是303240。十六进位制的一个数位可以代表二进位制的四个数位，这样，一个字节正好是十六进位制的两个数位。十六进位制要求使用十六个不同的符号，除了0—9十个符号外，常用A、B、C、D、E、F六个符号分别代表（十进位制的）10、11、12、13、14、15。这样，十进位制的100000写成十六进位制就是186A0。

二进位制和八进位制、二进位制和十六进位制之间的换算都十分简便，而采用八进位制和十六进位制又避免了数字冗长带来的不便，所以八进位制、十六进位制已成为人机交流中常用的记数法。