《计算机原理教学》课件.pptVIP

计算机原理教学本课程将系统地介绍计算机系统的基本原理、架构和工作机制，从硬件到软件，从底层到应用层，全面展示计算机科学的精髓。通过这门课程，学生将掌握计算机工作的核心概念，为后续深入学习计算机相关技术奠定坚实基础。我们将以理论讲解与实例分析相结合的方式，循序渐进地探索计算机世界的奥秘，引导学生构建完整的计算机科学知识体系。

课程概述1课程目标培养学生对计算机系统的整体认知能力，使学生掌握计算机工作原理及基本架构，能够理解计算机各组成部分的功能及其相互关系，为后续专业课程学习打下坚实基础。2学习要求学生需具备基础的数学知识，包括逻辑代数和二进制运算。课程期间要求积极参与课堂讨论，完成所有实验任务和课后作业，并进行期中和期末考试。3教学安排本课程共15章内容，每周3学时，包括理论讲授和上机实践。教学过程中将采用多媒体教学、互动讨论、案例分析等多种教学方法，提高学习效果。

第一章：计算机系统概述1机械计算时代（17-19世纪）从帕斯卡计算器到巴贝奇的差分机，机械计算设备逐渐发展。这一阶段的计算设备主要依靠齿轮和杠杆等机械结构实现简单计算功能。2电子计算机诞生（20世纪40年代）ENIAC作为第一台通用电子计算机问世，标志着计算机时代的真正开始。它采用了电子管技术，具有可编程特性，但体积庞大，耗电量大。3集成电路革命（20世纪60-70年代）集成电路和微处理器的发明使计算机尺寸大幅缩小，性能显著提升。英特尔4004处理器的推出开启了个人计算机时代。4互联网与智能时代（20世纪末至今）互联网连接了全球计算机，云计算、大数据和人工智能技术推动计算机向更智能化方向发展，计算能力呈指数级增长。

计算机的基本组成硬件系统计算机的物理组成部分，包括输入设备（如键盘、鼠标）、输出设备（如显示器、打印机）、存储设备（如内存、硬盘）以及中央处理器等核心部件。这些物理组件共同构成了计算机的工作平台。1软件系统为硬件提供指令的程序集合，分为系统软件（如操作系统、编译程序）和应用软件（如办公软件、游戏）。软件赋予硬件生命力，使计算机能够执行各种复杂任务。2数据系统计算机处理的对象，包括输入数据、中间结果和最终输出。在计算机中，所有数据都以二进制形式存储和处理，通过特定编码方式表示文字、图像、声音等信息。3

冯·诺依曼结构存储程序概念冯·诺依曼提出的核心思想是存储程序，即程序指令和数据都存储在同一个存储器中，计算机按地址顺序取出并执行指令。这一概念奠定了现代计算机的基础架构，使计算机能够灵活执行各种任务。运算器负责执行算术运算和逻辑运算。现代计算机中的运算器已发展为算术逻辑单元(ALU)，能够执行加减乘除等基本运算以及逻辑比较等操作。控制器负责指令的解释和执行，控制整个计算机系统的操作。它通过时序电路产生控制信号，协调各部件按时序完成各自的工作。存储器用于存储程序和数据。在现代计算机中，存储器形成了层次化结构，包括寄存器、缓存、内存和外存。输入输出设备负责计算机系统与外部世界的信息交换。输入设备将信息转换成计算机能识别的形式，输出设备则将计算结果以人类可理解的形式呈现。

计算机系统的层次结构1应用软件层为用户提供直接服务2系统软件层管理计算机资源3硬件层物理设备和电路计算机系统采用层次化结构设计，每一层都为其上层提供服务，同时依赖下层的支持。最底层的硬件层由各种物理设备组成，包括处理器、存储器和各种外设，它们通过电路和信号实现基本功能。中间的系统软件层包括操作系统、驱动程序、编译器等，它们管理硬件资源，为应用程序提供统一的接口和服务。系统软件屏蔽了硬件的复杂性，使应用开发更加便捷。最上层的应用软件层包括各种面向用户的程序，如文字处理软件、游戏、浏览器等，它们直接服务于用户的各种需求。层次结构的设计使计算机系统更加模块化，便于理解、开发和维护。

计算机性能指标CPU主频表示CPU内部时钟的频率，单位为赫兹(Hz)，通常以GHz为单位。主频越高，CPU在单位时间内能够执行的时钟周期越多，但不同架构的CPU直接比较主频并不能准确反映性能差异。MIPS每秒执行的百万条指令数(MillionInstructionsPerSecond)，用于衡量CPU的指令执行速度。MIPS值越高，表示CPU每秒能处理的指令越多，性能越强。FLOPS每秒执行的浮点运算次数(Floating-pointOperationsPerSecond)，是衡量计算机数值计算能力的重要指标。现代超级计算机的FLOPS已达到千万亿次(PetaFLOPS)级别。

第二章：数据的表示与运算进制表示计算机内部采用二进制表示数据，但人类习惯使用十进制，因此需要进行进制转换。二进制、八进制、十进制和十六进制之间的转换是计算机科学的基础知识，对理解计算机数据表示至关重要。编码系统为了表示文字和符号，计算