专题三 计算机系统的组成（二）（讲义）-《计算机基础知识》高考备考讲练测（浙江省）

专题三 计算机系统的组成（二） [考纲要求] 3．掌握计算机系统的基本组成。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一．计算机系统的基本组成 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成。硬件系统是各种物理装置，是计算机系统的基础。软件系统包括运行的程序和各类文档，没有软件的计算机是裸机。硬件系统侧重快速运行和运算精度，软件系统侧重管理、维护和使用计算机及发挥软硬件资源性能。硬件是软件的物质基础，软件是硬件发挥作用的唯一途径，计算机需完善软件系统才能充分发挥硬件功能，二者相辅相成、缺一不可。 二．计算机硬件组成 计算机的硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。 1.运算器 运算器负责对数据进行算术和逻辑运算，由算术逻辑部件 (ALU) 、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑部件可完成算术、逻辑及移位、求补等操作，有两个输入口分别连接累加器和通用寄存器，两个输出端，分别输出运算结果和状态标志位。累加器暂存被操作数和中间运算结果，通用寄存器组运算时暂存操作数和数据地址，状态寄存器存放运算产生的状态信息。 CPU字长由算术逻辑部件、累加器和通用寄存器的位数决定。 功能： (1)实现对数据的算术和逻辑运算； (2)暂时存放参与运算的数据和某些中间运算结果； (3)挑选参加运算的数据，选中被执行的运算功能，并把运算结果输送到所要求的部件中 。 2.控制器 控制器是计算机的控制中心，能实现计算机运算过程自动化，控制整个计算机工作，指挥各部件按指令要求操作，从存储器取指令、分析指令，产生控制信号使各部件协调工作并控制程序执行顺序，是计算机指令的执行部件，工作包括取指令、解释指令和完成指令执行。 控制器由指令指针寄存器、指令寄存器、控制逻辑电路和时钟控制电路等组成。 （1）指令指针寄存器用于产生及存放下一条待取指令的地址。 （2）指令寄存器用于存放正在执行的指令。 （3）控制逻辑电路用于产生执行微操作所需要的控制信号。 （1）时钟控制电路用于产生指令执行过程中所需要的时间控制信号。时钟控制电路需与控制逻辑电路配合使指令正确执行。 3.寄存器 寄存器是CPU的重要组成部分，是其内部临时存储单元，用于存储运算数据、中间结果、地址和状态信息等。 CPU中寄存器数量影响运行速度，数量增多可减少访存次数、提升速度，但数量过多会增加寄存器地址编码和指令长度。 寄存器位数常与算术逻辑部件、数据总线位宽一致。 组成：CPU中的寄存器一般分为数据、地址、控制信息、状态信息及其他寄存器。 中央处理器（ CPU），在微型计算机中也叫微处理器，，是体积小、集成度高、功能强大的芯片。 由控制器、运算器和寄存器组成。CPU 是计算机的核心，负责运算和控制，其性能直接影响计算机整体性能。 4.内存储器 内存储器又称主存，由随机存储器(RAM) 、 高速缓冲存储器(Cache) 和只读存储器 (ROM) 组成。 内存储器用于在计算机工作时存储正在运行的程序及所需数据，是 CPU 可直接访问、存储各种信息的部件。 内存储器的作用是在计算机工作中存储正在运行的程序和程序所需要的数据。内存储器是CPU 可直接访问的存储器，是计算机存储各种信息的部件。 内存储器由存储单元构成，每个单元含若干二进制位。每个存储单元有地址，由二进制数表示。 内存的容量与性能是衡量计算机整体性能的决定性因素。计算机内存储器采用大规模及超大规模集成电路制造工艺，有体积小、重量轻、存取速度快的特点。 （1）随机存储器 RAM 概述：随机存储器（RAM）是内存储器主要部分，内容可按地址随时读写，读出不变、写入更新，用于存运行程序和数据，断电内容丢失，多为 MOS 型半导体集成电路。 RAM 分类：按制造原理分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）。 SRAM：存储单元是双稳态电路，写电路控制读写转换，有电时开关元件状态不变，无需刷新，晶体管转换时间小于 20ns，读写速度快。但因一个存储单元由 4 个晶体管和 2 个电阻组成，元件多，集成度低、成本高，常用于高速缓冲存储器。 DRAM：即通常所说的内存，即使加电，存储单元内容也仅能保存约 2ms，需硬件定时自动 “刷新”。一个单元由一个晶体管和小电容组成，靠小电容电压控制晶体管状态，因电容放电需不断充电刷新。 常用 DRAM 构成：常用 RAM 一般是 DRAM，由地址寄存器（暂存访问单元地址）、存储单元（存储主体，由若干单元构成）、数据寄存器（暂存读出或写入内容）组成。 DRAM 主要参数：主要参数为存储容量（反映存储单元数量和每个单元位数）和工作频率（体现读写单元速度） 。 （2）高速缓冲存储器(Cache) 产生背景：CPU 工作速度快于 RAM 读写速度，导致 CPU 读写 RAM 时需等待，工作效率降低。为提升 CPU 读写程序和数据的速度，在 RAM 与 CPU 间增设 Cache。 概念：Cache 是介于 CPU 和主存间的小容量、高速度存储器，其内容是 RAM 部分存储单元的副本。CPU 先访问 Cache，若未命中再访问 RAM，同时将数据副本存入 Cache，以此提高计算机整体运行速度，且 Cache 断电后数据丢失。 Cache特性：Cache 多采用 SRAM，与 DRAM 相比，具有读写速度快、存储容量小、成本高的特点。用户无法直接访问 Cache，其容量有限，内容按特定算法更新，且必须与内存对应部分保持一致，内存数据变化时，Cache 中的相应数据也会更新。 Cache 的发展：早期 Cache 通常集成于 CPU 芯片内。随着 CPU 性能提升，芯片内的 Cache 无法满足需求，于是出现了 CPU 芯片外的 Cache。 分类：一级 Cache 位于 CPU 内部，是内核的一部分，负责 CPU 内部寄存器与外部 Cache 之间的数据缓冲； 二级 Cache 在 CPU 外部，作为独立部件，弥补一级 Cache 容量的不足，负责 CPU 与内存间的缓冲。早期二级 Cache 置于主板上，称为板载 Cache。自 Pentium Ⅲ 起，部分板载 Cache 与 CPU 内核封装在同一芯片中，即片载 Cache，因其工作频率与 CPU 内核相同，也叫全速 Cache。 三级 Cache在主板上速度更快、容量更大。 （3）只读存储器(ROM) 只读存储器是一种在正常工作条件下，只能读取数据而不能通过普通方式进行写入操作的存储器。它在计算机系统中扮演着存储固定程序和数据的关键角色。 主要特点 数据只读：在计算机运行过程中，只能从 ROM 中读取信息，无法像随机存储器（RAM）那样进行数据的写入修改操作。 非易失性：具有非易失性的特性，即便是计算机断电，ROM 存储单元中的内容也会完整保存，不会丢失。这与断电后数据会立即丢失的 RAM 形成鲜明对比。 稳定性高：由于其内容一般不可修改，且不受断电等因素影响，所以数据稳定性很强，能够为计算机系统提供可靠的基础数据和程序支持。 ROM 根据它的信息设置方法，可分为： ①普通 ROM: 过掩膜技术将数据固化在芯片中，成本低、集成度高，但内容一旦确定就无法更改。 ②可编程只读存储器(PROM): 允许用户在购买后对其进行一次编程写入操作，写入后内容就不可再更改。常用于一些需要定制特定程序或数据，但又不需要频繁修改的设备中。 ③可擦可编程只读存储器(EPROM): 芯片上有一个透明窗口，可通过紫外线擦除其中 的内容，因而可多次改写。 ④电可擦编程只读存储器(EEPROM): 可通过加电擦除其内容，也可多次改写且操作 方便；可用一般计算机重新写入新的内容。计算机主板上存储系统设置的 CMOS 芯片通常就是 EEPROM。 ⑤闪速存储器(Flash Memory):本质上属于EEPROM,闪速存储器改写电压较高，使用安全可靠，速度快，功耗低。Pentium 以上档次的主板上均采用Flash ROM BIOS,使得 BIOS 升级非常方便。 5.外存储器 外存储器，也叫辅助存储器，是计算机系统中的重要存储部件。 特点：与主存相比，具有存储容量大、成本低、存取速度慢、能永久脱机保存信息的特点。 分类 硬盘存储器：包括机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。HDD 通过磁头在盘片上读写数据，容量大、价格相对低，但存在机械部件，读写速度较慢且易受震动影响。SSD 则基于闪存芯片存储数据，读写速度快、抗震性强，但单位容量价格较高。 光盘存储器：利用激光在光盘表面的凹凸坑来记录和读取数据，如常见的 CD、DVD 和蓝光光盘等，适合长期保存数据和传播大型文件，但读写速度一般，且光盘易磨损。 移动存储设备：以U 盘和移动硬盘最为常见，一般采用 USB 接口，方便携带和使用。U 盘体积小、便于携带，但容量相对较小；移动硬盘容量较大，适合大量数据的移动存储和备份。 6.输入设备和输出设备 输入设备是向计算机输入数据和信息的设备。 常见的输入设备：盘、鼠标外，扫描仪、条形码阅读器、触摸屏、手写笔、语音输入设备，以及图像、视频输入设备等。 输出设备的功能是将计算机处理后的信息以能为人或其他设备所接受的形式输出。 常见的输出设备：显示器、打印机、绘图仪、投影仪、音箱等。 （1） 条形码阅读器 条形码是将宽度不等的多个黑条和空白按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息 的图形标识符。条形码可以标出物品的许多信息 （2）触摸屏 触摸屏由安装在显示器屏幕前面的检测部件和触摸屏控制器组成。 （3）手写笔 手写笔是为了方便输入中文及在计算机上绘图，使用者不需要再学习其他的输入法就可以很轻松地输入中文。 （4）显示器 最标准的输出设备，屏幕上字符和图形由像素组成。其主要性能指标包括： 像素：屏幕图像由发光点（荧光点）组成即像素，每个像素含红、绿或蓝色磷光体。 分辨率：决定画面清晰度，由屏幕显示像素数目决定，一般用水平和垂直分辨率乘积表示，如 1024×768，分辨率越高图像越细腻清晰，常用分辨率有 1024×768、1280×1024 等。 屏幕尺寸：指屏幕对角线长度，单位为英寸。 点间距：像素间的距离，点间距越小分辨率越高，图像越清晰，常用点间距有 0.28mm 和 0.26mm 等。 灰度级：像素亮暗程度，彩色显示器指颜色种类，灰度级越多图像越逼真清晰。 对比度：又称反差，是图像（字符）和背景的浓度差。 帧频：字符（图像）每秒在屏幕上出现的次数。 行频：电子扫描束从屏幕左边到右边的扫描速度。 扫描方式：有逐行扫描和隔行扫描，隔行扫描先扫奇数行后扫偶数行，存在行间闪烁，优点是可用一半数据量实现高刷新率，而逐行扫描图像更清晰、稳定，不易使人眼疲劳 。 （5）投影机 又称投影仪，能将图像或视频投射到幕布上，可通过接口与多种设备相连播放视频信号，广泛应用于家庭、办公等场所，按投影技术分为 CRT、LCD、DLP、DLV 四种类型： CRT 投影机：工作原理类似 CRT 显示器，由阴极射线电子束扫描成像，分辨率高、对比度好、色彩饱和度佳、信号兼容强、技术成熟，在航空航天等高端专业领域有不可替代作用，但亮度低。 LCD 投影机：是液晶显示与投影技术结合产物，利用液晶电光效应成像，光源为专用大功率灯泡，亮度和色彩饱和度高于 CRT。按液晶板片数分单片式和三片式，三片式图像质量和亮度更高。其体积小、重量轻、制造工艺简单、亮度和对比度较高、分辨率适中，市场占有率超 70%，应用广泛。 DLP 投影机：基于 DMD 技术的全数字反射式投影设备，DMD 微镜数目决定物理分辨率。按 DMD 装置数目分一片、两片、三片系统。能产生高清晰度、画面均匀、色彩还原好的图像，亮度高、条纹和重影少，可随意变焦、调整方便、体积小，主要用于超便携式系统，但视频显示效果有失真。 DLV 投影机：结合 CRT 透射与 DLP 反射技术，核心是小管径 CRT 成像面和氙灯光源。分辨率、对比度、色彩饱和度和亮度都很高，分辨率最高达 2500×2000，对比度超 250:1，色彩数目 1670 万种，亮度 2000-12000ANSI 流明，适合光线强、观众多场合，但价格高、体积大、光阀不易维修，销量有限。 （6）数码相机 可通过相机与计算机直连或取出存储卡经转接卡与计算机 USB 接口连接，将照片输入计算机。其主要部件是 CCD 光敏传感器，光线经镜头作用于传感器，再由相机处理器转换为数字信号，经处理后保存在存储器中。 （7）数码摄像机 数码摄像机（DV）主要由取景系统、控制系统、成像系统、存储系统和电源五部分组成： 取景系统：由获取图像的相关部件构成，让拍摄者看到所拍摄的影像。 控制系统：由可操作控制部件构成，通过操控使图像聚焦清晰、曝光准确、色彩真实并完整保存。 成像系统：由接收、浏览和保存图像的部件组成，是捕捉影像的关键部分，也是与传统摄像机的本质区别。 存储系统：将成像存储到存储器中，存储器分两部分，一是存储视频的录像带（或 DVD-RAM、硬盘等新型媒体），二是存储数码相片的存储卡。 电源：采用封闭型蓄电池，避免漏液和逸出气体问题，使用安全。 三．计算机软件组成 软件系统包括系统软件和应用软件。 系统软件包括操作系统(OS)、 程序设计语言、系统检测诊断程序、编译系统和通用数据库管理系统等。 应用软件包括管理软件、办公软件、应用数据库管理软件、图形图像处理软件及为用户需求开发设计的软件等。 系统软件（System Software） 定义：直接与硬件交互，为上层应用软件提供基础服务的底层软件，是计算机运行的基石。 1. 操作系统（Operating System, OS） 功能：管理硬件资源（CPU、内存、存储、外设）、提供用户接口、调度任务。 典型代表：Windows、Linux、macOS、Android、iOS。 关键模块：内核（Kernel）、设备驱动、文件系统、安全模块。 2. 程序设计语言 作用：开发软件的工具，包括语言本身及其运行环境。 分类： 低级语言：汇编语言（直接操作硬件）。 高级语言：Python、Java、C++（通过编译器或解释器转换为机器码）。 配套工具：代码编辑器、调试器、集成开发环境（IDE）如Visual Studio。 3. 系统检测与诊断程序 功能：监控硬件状态、诊断故障、优化性能。 示例：硬件检测工具：HWMonitor、CrystalDiskInfo。 系统修复工具：Windows系统自带的诊断工具（如CHKDSK）。 安全工具：杀毒软件（如Windows Defender）。 4. 编译系统 作用：将高级语言代码转换为可执行的机器码。 核心工具： 编译器：如GCC（C/C++）、Clang。 解释器：如Python解释器、JavaScript引擎（V8）。 链接器：将多个目标文件合并为可执行程序。 5. 通用数据库管理系统（DBMS） 功能：管理结构化数据，提供存储、查询、事务处理能力。 代表：MySQL、Oracle、PostgreSQL、SQLite。 特点：独立于具体应用场景，支持标准化查询语言（如SQL）。 二、应用软件（Application Software） 定义：面向用户需求设计的软件，解决特定领域问题，依赖系统软件运行。 1. 管理软件 用途：优化企业或组织的业务流程。 典型应用： ERP系统：SAP、用友（整合财务、供应链等）。 CRM系统：Salesforce（客户关系管理）。 2. 办公软件 功能：提升办公效率，处理文档、数据、演示等。 代表产品：微软Office（Word、Excel、PowerPoint）。协作工具：钉钉、飞书、Zoom。 3. 应用数据库管理软件 特点：针对特定业务场景的数据库系统。 示例： 医院管理系统中的病历数据库。 银行核心系统的事务处理数据库。 4. 图形图像处理软件 分类： 设计类：Adobe Photoshop（图像编辑）、AutoCAD（工程制图）。 多媒体类：Premiere（视频剪辑）、Blender（3D建模）。 5. 定制化开发软件 场景：根据用户需求个性化开发。 系统软件是计算机的“基础设施”，而应用软件是满足具体需求的“工具”。二者共同构成完整的软件生态，缺一不可。理解其区别与联系，有助于更好地选择和使用软件资源。 [真题训练] 1.关于计算机硬件系统组成，下列说法正确的是（ ） A.计算机硬件由控制器、运算器、寄存器、输入设备、输出设备组成 B.计算机硬件由CPU、主板、内存、输人设备、显示设备组成 C.计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输人设备、显示设备组成 D.计算机硬件由CPU、存储器、I/O设备组成 【答案】D 【解析】冯・诺依曼体系结构下，计算机硬件主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。其中，运算器和控制器合称为中央处理器（CPU），输入设备和输出设备简称为 I/O 设备。 A 选项中遗漏了存储器，且寄存器属于 CPU 的组成部分，并非独立于其他部件的硬件组成，A 错误。 B 选项中主板是承载其他硬件的电路板，不是计算机硬件系统的核心组成分类；显示设备只是输出设备的一种，表述不全面，B 错误。 C 选项中显示设备属于输出设备的一种，不能单独代表输出设备，C 错误 。 2.下列关于计算机输人输出设备的描述，正确的是 A.CRT技术采用阴极射线电子束扫描击射成像面使荧光粉发光形成图像，在投影仪和显示器中均有应用 B.喷墨打印机打印图片，分辨率1440dpi的打印机比2880dpi的打印机效果好 C.触摸屏由检测部件和触摸屏寄存器组成，一般安装在显示器屏幕前端 D.显示器隔行扫描先扫描奇数行信号，再扫描偶数行信号，最大优点不存在行间闪烁 【答案】A 【解析】 B 选项：打印机的分辨率是衡量打印质量的重要指标，dpi（每英寸点数）越高，打印出的图像就越细腻、清晰。所以分辨率 2800dpi 的打印机打印效果比 1440dpi 的更好，B 选项错误 。 C 选项：触摸屏主要由检测部件和触摸屏控制器组成，而不是触摸屏寄存器。检测部件用于检测用户的触摸动作，触摸屏控制器负责将触摸信息转换为计算机能够识别的信号，C 选项错误。 D 选项：显示器隔行扫描是先扫描奇数行信号，再扫描偶数行信号。但隔行扫描的最大缺点就是存在行间闪烁现象，因为两次扫描之间有时间间隔，会导致屏幕上的图像不稳定；而逐行扫描才不存在行间闪烁问题，D 选项错误。 3.闪存卡是一种常见的移动存储器，下列不属于闪存卡的是（ ） A.SD卡 B.AGP卡 C. MMC 卡 D. XD卡 【答案】B 【解析】AGP 卡（Accelerated Graphics Port）是一种专门为提高图形处理能力而设计的高速图形接口标准，用于连接显卡和主板，它并不是闪存卡，主要作用是为显卡提供高速的数据传输通道，以提升 3D 图形的处理和显示性能。 4.软件系统包含了各种各样的程序和文档，微信是一款（ ） A.编译软件 B.应用软件 C.系统软件 D.数据库管理软件 【答案】B 【解析】应用软件是为满足用户不同领域、不同问题的应用需求而设计开发的软件。微信是为了满足人们社交、沟通、信息分享等需求而开发的软件，属于应用软件，B 选项正确。 5.寄存器是中央处理器的重要组成部分，下列属于控制器中的寄存器是（ ） A.状态寄存器 B.累加寄存器 C.时钟控制电路 D.指令寄存器 【答案】D 【解析】指令寄存器是控制器中的寄存器，当 CPU 执行指令时，先将指令从内存读取到指令寄存器中，然后由控制器对指令进行译码和执行，D 选项正确。 [限时练习] 1. 在计算机硬件组成中，负责从存储器取指令、分析指令并产生控制信号使各部件协调工作的是（ ） A. 运算器 B. 控制器 C. 寄存器 D. 内存储器 【答案】B 【解析】控制器是计算机的控制中心，负责从存储器取指令、分析指令，产生控制信号使各部件协调工作并控制程序执行顺序，所以答案选 B。运算器负责对数据进行算术和逻辑运算；寄存器是 CPU 内部临时存储单元；内存储器用于存储正在运行的程序及所需数据。 2. 下列关于计算机软件的说法，正确的是（ ） A. 软件系统仅包括操作系统和应用软件 B. 系统软件是直接与硬件交互，为上层应用软件提供基础服务的底层软件 C. 编译系统的作用是将低级语言代码转换为可执行的机器码 D. 办公软件属于系统软件 【答案】B 【解析】软件系统包括系统软件和应用软件，系统软件又包含操作系统、程序设计语言等多种类型，A 错误；编译系统是将高级语言代码转换为可执行的机器码，C 错误；办公软件属于应用软件，D 错误；系统软件直接与硬件交互，为上层应用软件提供基础服务，B 正确。 3.以下属于计算机内存储器组成部分的有（ ） A. 随机存储器（RAM） B. 高速缓冲存储器（Cache） C. 只读存储器（ROM） D. 硬盘存储器 【答案】ABC 【解析】内存储器由随机存储器 (RAM)、高速缓冲存储器 (Cache) 和只读存储器 (ROM) 组成，硬盘存储器属于外存储器，所以答案是 ABC。 4.下列关于计算机硬件性能指标的说法，正确的有（ ） A. CPU 字长由算术逻辑部件、累加器和通用寄存器的位数决定 B. 内存的容量与性能是衡量计算机整体性能的决定性因素 C. 显示器的分辨率越高，图像越细腻清晰 D. 数码相机的主要部件是 CCD 光敏传感器 【答案】ABCD 【解析】CPU 字长确实由算术逻辑部件、累加器和通用寄存器的位数决定，A 正确；内存的容量与性能对计算机整体性能影响很大，是决定性因素之一，B 正确；显示器分辨率越高，画面越清晰，C 正确；数码相机的主要部件是 CCD 光敏传感器，光线经镜头作用于它，再转换为数字信号存储，D 正确。 [归纳小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$