初中信息技术粤高教版 (2018)七年级上册第1课 追寻发展的足迹——计算机的发展与应用教学设计

导入新课

视频：《神威太湖之光》

计算机作为一种功能强大的信息处理工具，已渗透到现代社会的每一个角落，极大地改变了我们的学习、生活和工作方式，它是我们畅游信息海洋、立足信息社会的得力助手。

那么，计算机是如何发展起来的?它有哪些方面的应用呢?

思考

 激发学生学习兴趣并快速进入学习状态

讲授新课

一、早期的计算工具

最初的计算机是为了解决数值计算问题而研制的，那么在此之前，人类是用什么来计算的呢?

人类最早用手指计算，后来用石头、刻痕或结绳来延长计算时的记忆时间。

最早的人造计算工具是算筹(如图所示)，它由我国古代人民最先创造并使用。

算盘(如图所示)是从算筹发展而来的，它作为一种计算工具至今还在使用。

随着科学的发展，商业、航海和天文学等领域都提出了许多复杂的计算问题。

17世纪初，西方的科学家们先后发明了机械加法器(如图所示)差分机、机电式穿孔卡系统一一制表机、2-3型计算机(如图所示)和通用型机电计算机MARK-I等计算工具，这些发明为现代电子计算机的诞生奠定了基础。

早期的计算机器

视频：《计算机发展史》

二、计算机的诞生与发展

(一)计算机的诞生

在科学家们的不断努力下，世界上第一台数字电子计算机 ENIAC(如图所示)于1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生了。

       时间：1946年2月15日

       地点：美国

          （宾夕法尼亚大学）

       名称：埃尼阿克

             （ENIAC）

       特点：体积庞大，占地180平方米，重量达30多吨，使用了  18000多只电子 管，耗电量大，运算速度慢，存储量小，主要用于数值计算。

电子计算机有以下特点：

1.记忆力强。

2.运算速度快算精度高。

3.有逻辑判断能力。

4.能在程序控制下完成各种操作。

(二）计算机的发展

现代计算机-第一代计算机

       主要特点

       逻辑元件——电子管

       主存——磁鼓

       辅存——磁带

       软件——机器语言、符号语言

       应用——科学计算

       主要成就

       数字电子计算机的出现，揭开了人类历史新篇章。

       1946年6月，冯·诺依曼提出了“存储程序”的概念以及计算机组成和框架，奠定了现代计算机的基础。

图灵、图灵机及图灵测试

图灵是计算机逻辑的奠基者，许多人工智能的重要方法也源自这位伟大的科学家：

       24岁，提出图灵机理论；

       31岁，参与Colossus（二战时英国破解德国通信密码的计算机）的研制；

       33岁，构思了仿真系统；

       35岁，提出自动程序设计概念；

       38岁，设计了“图灵测试”；

       在后来还创造了一门新学科——非线性力学；

       ……

计算机与人工智能之父，英国数学家、逻辑学家

——阿兰·图灵（Alan Turing，1912-1954）

阿塔纳索夫及ABC计算机

冯·诺伊曼及冯·诺伊曼结构

       1945年6月30日，冯·诺依曼发表“101页报告”——First Draft of a Report on the EDVAC；

         1946年7、8月间，冯·诺依曼又提出了一个更加完善的设计报告“电子计算机逻辑设计初探”（Preliminary discussion of the the logical design of an electronic computing instrument）。

这两篇报告的综合设计思想，便是著名的“冯·诺依曼结构（von Neumann Architecture）”。报告明确指出：

         采用二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二进制；

         计算机由5部分构成：运算器、控制器、存储器、输入和输出装置；

         程序由指令组成并和数据一起存放在存储器中，机器按程序指定的逻辑顺序，把指令从存储器中读出来并逐条执行，从而自动完成程序描述的处理工作。(即，“存储程序”思想)

       第二代电子计算机

       主要特点

       逻辑元件 —— 晶体管

       主存 —— 磁芯

       辅存 —— 磁盘

       软件 —— 高级程序设计语言、操作系统

       应用 —— 除科学计算外，已应用于数据处理、过程控制

       主要成就

       首次将晶体管用于计算机，使计算机缩小了体积，减低了功耗，提高了速度和可靠性。

       发明了高级语言。

       首次提出了计算机的兼容问题，包括硬件兼容和软件兼容。

晶体管与电子管的比较：

•   体积比电子管小很多

•   耗电大大降低

•   稳定性有很大提高

集成电路计算机

集成电路与晶体管的比较：

1964年4月7日，在IBM公司成立50周年之际，由年仅40岁的吉恩·阿姆达尔(Gene Amdahl)担任主设计师，历时四年研发的IBM360计算机问世，标志着第三代计算机的全面登场，这也是IBM历史上最为成功的机型之一。

•  第四代电子计算机

•  主要特点

•     逻辑元件 ——大规模/超大规模集成电路（LSI/VLSI）

•     主存 ——LSI/VLSI半导体芯片

•     辅存 —— 磁盘、光盘

•     软件 —— 高级程序设计语言、操作系统

•     应用 ——科学计算、数据处理、过程控制，并进入以计算机网络为特征的应用时代

各种第四代计算机

•  计算机的发展阶段

•         第一代(1946—1957)：电子管时代

•         第二代(1958—1964)：晶体管时代

•         第三代(1965—1974)：中小规模集成电路

                                          时代

•         第四代(1975—至今)：大规模超大规模集

                                       成电路时代

探究

查找计算机发展各阶段的情况，并把下表填写完整。

(三)计算机的发展趋势

     目前计算机技术正朝着巨型化、微型化、网络化和智能化的方向发展，在未来将会有更多的新技术融入计算机。

探究

查找我国研制的神威・太湖之光超级计算机(如图所示)的概况

2016年6月20日，在法兰克福世界超算大会上，国际TOP500组织发布的榜单显示，“神威·太湖之光”超级计算机系统登顶榜单之首，峰值性能为12.5亿亿次/秒，持续性能为9.3亿亿次/秒。

计算机的巨型化是指运算速度、存储容量、功能更完 善的计算机系统。巨型机主要用于尖端科技和国防系统的研究与开发，如航空航天、军事工业等领域。

微型机得益于大规模和超大规模集成电路的飞速发展，它的性能不断提高，而体积却不断缩小。

网络化是指利用通信技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机连接起来，计算机网络极大地方便了我们的工作、学习和生活

智能化是指计算机能模拟人的感觉和思维，这是第五代计算机要实现的目标。

计算机的分类

1.按处理方式可分为:模拟计算机、数字计算机和数字模拟混合计篁机。

2.按规模可分为:巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机

3.按功能可为:通用计算机和专用计算机。

交流

说一说你心目中未来的计算机将是什么样子的，它将有哪些特点及功能。

1.利用生物芯片的生物计算机，它究能自动修复故障，还能模仿人脑进行思考。

2.利用光子进行数据运算、传输和存储的光子计算机。它比今天的超级计算机快1000倍以上。

近年来，一种能突破目前经典计算机多种局限的量子计算机，正在受到多国重视并对其积极开展研究实验

我国构建了世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机(如图所示)。

三、计算机的应用

交流

举例说说计算机有什么用途。

采矿、治金石油、化学、船舶核能、航空、航天医药、生化、家庭清洁、医疗康复、水下作业、高压线作业、服装裁剪、军事扫雷、军事作战等方面应用

目前，计算机在过程检测与控制、信息管理、计算机辅助教的产物将越来越有利学与设计、人工智能和多媒体应用等领域都有着广泛的应于造福人类。

计算机的应用

1.科学计算

2.数据处理

3.过程检测与控制

4.辅助设计（CAD）、辅助教学（CAI）和辅助制造（CAM）

5.人工智能

视频：《探寻人工智能》

实践

查找计算机应用的知识、在下表中用连线的方式把计算机应用的实例归类。

检测与评估

1、世界上第一台数字电子计算机 ENIAC(如图所示)于（          ）年在美国宾夕法尼亚大学诞生了。

2、目前计算机技术正朝着（         ）、（          ）、网络化和智能化的方向发展，在未来将会有更多的新技术融入计算机。

3、目前，计算机在过程检测与控制、（             ）、计算机辅助教的产物将越来越有利学与设计、（             ）和多媒体应用等领域都有着广泛的应于造福人类。

通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务。

通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务。

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学生小组间讨论，共同完成任务，并分组汇报。

通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务，

通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务，

通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务

通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务

通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务

通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务

通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务

通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务

通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务

培养学生独立完成练习的能力。

课堂小结

分小组总结归纳，教师补充。

各组汇报总结，其他小组成员做补充。

锻炼学生的总结能力，逻辑思维、语言表达能力。

布置作业

1.创作一个主题名为“探索计算机的奥秘”的演示文稿，在班内分享学习。要求作品首页含单元标题和学生班别、姓名等信息，并设置各课题相应的栏目名称，以便以后通过超链接联系各课相关内容。结合本课内容，从网上搜集一些有关计算机发展和应用的资料图片。

板书

一、早期的计算工具

二、计算机的诞生与发展

(一)计算机的诞生

(二）计算机的发展

(三)计算机的发展趋势

三、计算机的应用