计算机导论第5版 方英兰 ——基于计算思维和系统能力培养教案.docx

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1、北方工业大学课程教案课程名称计算机导论课程性质专业教育必修课开课年度2023年至2023年开课学期秋季学期授课班级主讲教师课程所属学院（部门）课程所属系（教研室）第2周日期：2023年9月15日地点：瀚学楼0302第1章计算思维概述1.1 计算机的发展概述1.2 什么是计算思维1.3 计算机求解问题的过程教学重点：计算机的发展教学难点：计算思维神谷要1.1 计算机发展概述1.1.1 1.1历史回顾从筹算到算盘、机械计算器、第一台数字电子计算机的诞生、现代计算机发展的杰出人物：阿兰图灵、冯诺依曼。思政要素：选取我国历史上的算筹、算盘和国产大型机作为思政案例。算筹、算盘均是我国历史上的计算工具，算

2、筹帮助祖冲之计算得到了小数点后7位的圆周率；太湖之光超级计算机的研发体现了我国科研人员的独立自主、开拓创新、科技报国的科学精神。1.1.2 发展现状以构成计算机硬件的逻辑组件为标志，大致经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电子路到大规模超大规模集电路计算机等四个发展阶段。1.1.3 发展趋势高、广、深。1.2 什么是计算思维1.2.1 计算机的发展与思维方式的变化在科学与工程计算中的应用；在信息管理中的应用；在多媒体技术的应用；在计算机辅助系统的应用；在过程自动控制中的应用：在嵌入式系统中的应用；在人工智能领域中的应用1.2.2思维与科学思维思维(Thinking)是人脑对客观事物的一种概括的

3、、间接的反映，它反映客观事物的本质和规律；思维的三个特征；科学思维是形成并运用于科学认识活动的、人脑借助信息符号对感性认识材料进行加工处理的方式与途径。1.2.3 计算思维的定义计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动1.2.4 计算思维的特性概念化，不是程序化；根本的，不是刻板的技能：是人的，不是计算机的思维方式；数学和工程思维的互补与融合；是思想，不是人造物；面向所有的人，所有地方。1.3 计算机求解问题的过程问题的描述；建立数学模型；算法设计；算法的正确性证明；算法分析；算法的程序实现本次课主体教孝方志方法T以课堂讲

4、授为主，板书、电子教案、图片相结合。布置作此P152、3、4补充：计算机和微型计算机分别是根据什么划代的？计算机和而工作业微型计算机这几代各是什么？教学后记本节主要学习了计算机定义、与计算机诞生有关发展、现代计算机的发展。课程第2讲第3周日期：2023年9月18日地点：瀚学楼0104章章23籍篇算法基础计算机的硬件基础2.1计算科学的产2. 2算法初步3. 3算法结构4. 1计算机的基才&型问题。组成及工作原理教学重点：算法特征教学难点：计算机的工作原理讲授主要内容：2.1 计算科学的典型问题排序问题、汉诺塔问题、n皇后问题、旅行商问题2.2 算法初步1 .算法概念算法原意指计算步骤或规则，在

5、计算机科学中，算法一词有特殊的意义，特指用计算机求解某一问题的方法。即用计算机语言描述的、并能在计算机上可执行的各种算法。2 .算法特征：有穷性、确定性、有效性、输入项、输出项。3 .算法描述：自然语言、流程图、伪代码4 .算法结构顺序结构、选择结构、循环结构5 .算法设计方法递归技术、分治法、贪心法、回溯法6 .算法分析：时间复杂性、空间复杂性。思政要素：以选取九章算术和孙子算经中的问题作为思政案例。九章算术中的“更相减损术”求最大公约数，孙子算经中的“鸡兔同笼”问题，都是我国古代劳动人民智慧的结晶。3.1计算机的基本组成及工作原理1计算机的基本组成运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

6、2.计算机的基本工作原理计算机的自动计算过程就是执行一段预先编制好的计算程序的过程；计算程序是指令的有序集合。指令的逐条执行是由计算机的硬件实现的，可归结为取指令、分析指令、执行指令所规定的操作，并为取下一条指令准备好指令地址。本次课主体教学方式、方法：以课堂讲授为主，板书、电子教案、图片、示例相结合。布置作业P261、2、3教学后记本节主要学习了算法的相关概念，算法特征、算法描述，计算机基本组成和计算机的基本工作原理。第3周日期：2023年9月22日地点：瀚学楼0302第_J章计算机的硬件基础3.2信息在计算机中的表示教学重点：二进高数的原码、反码及补码表示。教学难点：二进制数的补码表示讲授

7、主要内容：3.2信息在计算机中的表示1数值数据 ）进位制数有其相互转换计算机中常用进制数的表示、不同数制之间的转换（R进制数一十进制数；十进制数一R进制数；二进制、八进制、十六进制间转换）、二进制数的定点与浮点表示二进制的原码、反码、补码表示。 原码表示：符号位+尾数部分（真值） 反码表示：正数的尾数部分与真值形式相同；负数的尾数为真值数值按位取反 补码表示：正数：尾数部分与真值形式相同；负数：尾数为真值数值部分按位取反加1数据的编码表示思政要素:选取八卦与二进制的对应关系,丰富学生的文化视野和中华传统文化的博大精深。3.2.2 字符的表示西文字符、中文字符3.2.3 声音信息的表示声音是一种

8、连续的随时间变化的波，即声波。用连续波形表示声音的信息，称为模拟信息。3.2.4 图像和图形信息的表示颜色表示法:在计算机中，用RGB值来表示颜色。3.2.5 视频信息的表示动画。其每一幅画面都是通过一些工具软件对图像素材进行编辑制作而成。它是用人工合成的方法对真实世界的一种模拟。视频。对视频信号源（如电视机、摄像机等）经过采样和数字化处理后保存下来的信息。视频影像是对真实世界的记录。思政要素：对于汉字的二进制编码，分析繁体字和简体字编码的不同编码，各类浏览器、阅读器、程序开发上汉字编码设置的不便，使学生树立起国家统一的使命担当。本次课主体教S以课堂讲学方式、方法：授为主，板书、电子教案、图片

9、、影像相结合。布置作业P64-651、2、3、5、6、7、9、10、11教学后记通过本节的学习，大家应该熟悉和掌握计算机中信息的表示及原码、反码、补码之间的转换。第3周日期：2023年9月25日地点：瀚学楼0104第3章I计算机的硬件基础3.3运算基础教学重赢二进制补码运算教学难点:二进制补码运算讲授主要内容:3.3运算基础3.3.1 四则运算二进制的四则运算（二进制的加法运算、二进制的减法运算、二进制的乘法运算、二进制的除法运算）数的乘除法运算的特点：二进制乘法可以由“加法”和“移位”两种操作实现；除法可以由“减法”和“移位”两种操作实现；运算器中只需进行加减法及左右移位操作便可实现四则运算

10、。3.3.2 补码加减运算二进制补码加法运算：运算公式补+y补=+y补溢出判断方法：采用变形补码（双符号位补码）方法二进制补码减法运算：-y补=+（y）补=补+y补思政要素：引导学生生活中为人处事时要遵循规则，不要违反。3.3.3 十进制数运算BCD码的运算：四位二进制加法是逢16进一，而BCD码则是逢10进一，因此实现BCD码的加法时要进行必要的修正。3.3.4 逻辑运算逻辑运算（数字电路的特点及描述工具、逻辑变量、逻辑函数、逻辑运算（逻辑加法、逻辑乘法和逻辑否定）本次课主体教学方式、方法：以课堂讲授为主，板书、电子教案、图片相结合。布置作业P6516、17教学后记通过本节学习，大家应该了解

11、并掌握补码的加减运算和逻辑运算有关知识。第4周日期：2023年9月29日地点：瀚学楼0302第4章计算机系统的硬件结构4.1 中央处理器4.2 主存储器教学重点：1.运算器、控制器、主存储器教学难点：1、控制器、主存储器讲授主要内容广4.1 中央处理器 CPU的组成(运算器、控制器) CPU的主要功能 运算器的组成 控制器的组成指令部件程序计数器(PC)指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)、地址形成器(AGU)时序部件(时标发生器、脉冲振荡器)；微操作部件：组合逻辑、微程序逻辑 CPU的主要性能指标 CPU的发展思政要素：2002年8月IO日，我国成功制造出首枚高性能通用CPU龙芯一号。龙芯

12、的诞生，打破了国外的长期技术垄断，结束了中国近二十年无“芯”的历史。4.2主存储器 存储器简介 主存储器的基本组成：存储体(MemOryBank)地址寄存器(MAR：MemoryAddressRegister)地址译码和驱动器、数据寄存器(MDR：MemoryDataRegister)读/写放大电路、读/写控制电路(read/WriIecontro1circuit)、片选信号(CS:ChiPSe1ect) 存储器的读/写操作 主存储器的主要技术指标存储容量、取数时间和存储周期、存取速率、可靠性半导体存储器的分类随机存储器(RAM)：双极型(速度高,常用作高速缓存)、MOS型只读存储器(ROM)

13、：固定掩模型ROM、可编程序只读存储器PROM、可擦除可编程只读存储器EPROM、电擦除可编程只读存储器EEPROM本次课主体教学方式、方法:以课堂讲授为主，板书、电子教案、图片相结合。布置作业P125-1271、3、9、10教学后记通过本节的学习，大家应该熟悉和掌握CPU和内存的基本组成及其功能作用。第_J周日期：2023年10月9日地点：瀚学楼0104第4章I计算机系统的硬件结构4.3 辅助存储器4.4 输入输出系统4.5 5指令系统及执行教学重点：外存储器教学难点：指令系统讲授主要内容：4. 3辅助存储器分类：磁带存储器、磁盘存储器及光盘存储器；特点：（3条）4. 3.1磁表面存储器存储

14、原理：结合图片讲解磁表面存储器存储信息的原理磁带存储器、磁盘存储器4. 3.2光盘存储器（结合光盘存储器图片、影像进行讲解光盘存储器。）存储原理（结合图片讲解光盘存储器的结构原理）、重要概念4. 3.3可移动外存储器PC存储卡、闪存盘、移动硬盘5. 3.4计算机的存储体系存储层次（Memoryhierarchy）的概念、高速缓冲存储器、虚拟存储器4.4输入/输出系统4.4.1输入设备作用：将各种原始信息转换为计算机所能识别处理的信息形式，并输入计算机常用输入设备：键盘、鼠标器4. 4.2输出设备作用：是将计算机处理结果从数字代码转换成人或其他系统所能识别的信息形式分类：打印机、显示器4. 5指令系统及执行5. 5.1指令系统 指令：是计算机用以控制各个部件协调动作的命令，必须能被计算机硬件直接理解。 指令系统：一台计算机所能执行的全部指令，是硬件逻辑设计的基础。 指令格式：为一条指令中操作码和地址码的安排方式。 分类：指令格式分为三地址、二地址、单地址和零地址等指令。思政要素:整个计算机系统完美体现了整体与部分的关系原理，引导学生局部要为大局着想,要克服自身短板，为大局做贡献，不得影响大局，要有大局意识。本次课主体教学方式、方法：以课堂凶授为主，板书、电子教案、图片、影像相结合。布置作业