专题二 计算机系统（讲义）-《计算机基础及应用》（河北科学技术出版社）高考备考讲练测（河北省）

专题二 计算机系统（讲义） ---《计算机基础及应用》专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 掌握计算机系统的组成，掌握计算机硬件的五大组成部分； 2. 掌握计算机的工作原理； 3. 掌握微型计算机的软件组成及主要性能指标； 4.掌握微型计算机的硬件组成及主要性能指标； [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一：计算机的硬件系统 1. 控制器（CU） 控制器是计算机的指挥中心，主要职能是控制整个计算机自动执行程序，指挥和协调计算机各部件的工作。 2. 运算器（ALU） 运算器是计算机对各种数据进行算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、异或、移位等）的主要部件。通常把运算器和控制器合称为中央处理器，简称CPU，在微型计算机中，将中央处理器的功能集成在一块大规模或超大规模集成电路芯片上，称为微处理器MPU，它是微型计算机的核心部件。 3.存储器（Memory） ★分类 （1） 按存储介质分类：①半导体存储器；②磁表面存储器； （2） 按存储方式分类：①随机存储器；②顺序存储器； （3） 按存储器的读写功能分类：①只读存储器；②随机读写存储器； （4） 按信息的可保存性分类：①非永久记忆的存储器；②永久记忆性存储器； （5） 按在计算机系统中的作用分类：①主存储器；②辅助存储器；③缓冲存储器； ★存储器系统 存储器主要职能是保存程序和数据。存储器系统包括主存储器（内存储器）、辅助存储器（外存储器）和高速缓冲存储器（Cache）。 （1） 内存储器 也称为主存储器，可以由CPU直接访问，存储容量较小存取速度快。根据性能和特点的不同，内存又分RAM和ROM两种。 ①RAM：随机存储器，我们平时所说的内存或内存条就是指RAM。与CPU进行信息交换，存储正在运行的程序或数据。特点：CPU可以随时直接对其读写；断电后数据会消失，且无法恢复。 ②ROM：只读存储器，其中的信息在计算机生产过程中由制造厂商写入，一般不能改写。特点：信息只能读不能写入，且只能被CPU随机读取，断电后信息不丢失。用途：主要用来存放固定不变的控制计算机的系统程序和数据。 （2）外部存储器 主要有硬盘、U盘、移动硬盘、光盘等。特点是存储容量大、存取速度慢、成本低、可以永久地保存信息，外存中的程序和数据必须先装入内存，CPU才可以进行处理。 （3）高速缓冲存储器（Cache） 为解决内存与CPU速度不匹配问题，在CPU与内存之间增加了Cache。 4. 输入设备 输入设备是能够把用户的程序、数据和命令输入到计算机中的设备。比如键盘、鼠标等。 5.输出设备 输出设备是将计算机处理的运算结果进行输出的设备。比如显示器、打印机等。 二：计算机软件系统 计算机软件又分为系统软件和应用软件两大类。 1. 系统软件 系统软件是用来运行、维护和管理计算机的软件，具有基础性，通用性。常用的系统软件主要包括：操作系统、程序设计语言、语言处理程序、数据库管理系统和各种服务程序，其中操作系统是最重要的系统软件。 （1） 操作系统（OS） 操作系统是系统软件的核心，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。主要任务：一是控制和管理计算机的全部资源；二是担任用户与计算机之间的接口。 操作系统的管理功能有CPU管理、文件管理、存储管理、作业管理和设备管理。 计算机常用的操作系统有Windows系列、Linux系列、Unix系列、Netware等；目前智能手机使用的操作系统有Android（谷歌公司）、iOS（苹果公司）、Harmony（华为鸿蒙系统）等。 （2）程序设计语言（计算机语言） 一般可分为机器语言、汇编语言、高级语言。 ①机器语言：是计算机唯一可以直接识别并执行的语言，以二进制代码0或1表示，其特点是程序执行效率高，但通用性差，直观性差，并且难懂、易错。 ②汇编语言：是符号化的机器语言。计算机不能直接执行汇编语言源程序，需要“汇编程序”将其翻译成机器语言目标程序，才能被计算机识别。机器语言与汇编语言都是面向机器、依赖于硬件本身而设计的语言。不同种类的计算机，其机器语言与汇编语言也不相同，它们又被称为低级语言。 ③高级语言：是独立于具体的计算机硬件、接近于人类的自然语言（英语）和数学语言符号的程序设计语言。高级语言通用性和可移植性、兼容性好，而且易读、易维护。高级语言源程序计算机同样不能直接识别和执行，必须经过语言处理程序翻译成机器语言程序（目标程序）或机器语言语句，计算机才能执行。 （3）语言处理程序 把源程序翻译成目标程序或机器语言语句的程序就是语言处理程序，包括汇编程序、编译程序和解释程序三种。这种翻译有三种方式（即三个过程）：汇编、编译和解释。 ①汇编方式：通过汇编程序把汇编语言源程序翻译成机器语言目标程序的过程称为汇编。 ②编译方式：通过编译程序将高级语言源程序的全部语句翻译成目标程序，再经过连接程序的连接形成可执行程序，然后再执行完整的目标程序。其特点是运行速度快。 ③解释方式：通过解释程序将高级语言源程序中语句逐条翻译成计算机可以识别的机器代码，翻译一条，执行一条，边翻译边执行，一直到程序结束。在解释方式下不会产生目标程序代码。其特点是执行速度慢。 （4） 数据库管理系统（DBMS） 数据库管理系统是数据库系统中对数据进行管理的系统软件，是数据库系统的核心，用户对数据库的一切操作都通过它实现。如DBASE、FOXBASE、FOXPRO、SQL、Oracle、Access等。 （5） 服务性程序 是支持和维护计算机正常处理工作的系统软件，主要包括错误诊断、程序检查、自动纠错、测试程序和软硬件的调试程序等。 2. 应用软件 应用软件是指在计算机硬件和系统软件支持下，面向具体问题和具体用户开发的软件。应用软件的种类很多，常用的有办公软件、图形图像处理软件、程序开发软件、翻译软件、、输入法软件、网络电视软件、系统优化/保护工具、下载软件等。 三：计算机的工作原理 1. 指令与程序 （1） 计算机指令：简称指令，就是指挥执行某种操作的命令。 （2） 程序：程序就是一系列按一定顺序排列的指令的集合，程序的执行过程就是计算机的工作过程。 2. 存储程序及程序控制工作原理 （1）冯·诺依曼结构的三部分 ①计算机硬件是由输入设备、输出设备、存储器、控制器和运算器五大部件构成； ②计算机内部采用二进制形式表示数据和指令； ③采用存储程序和程序控制方式； 四：微型计算机的硬件系统 1. 主机 （1）中央处理器（CPU）：中央处理器是微型计算机的核心部件，它是包含有运算器和控制器的一块大规模集成电路芯片，写作CPU，俗称微处理器。 （2）内存：内存指的就是内存条，用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。计算机的内存容量通常是指随机存储器（RAM)的容量，是内存条的关键性参数。 2. 外部设备 （1）外存储器：简称外存或辅存，一般由磁性材料或光存储材料构成,可以永久地保存信息。 ①硬盘：按结构分为固态硬盘（SSD）、机械硬盘（HDD）。固态硬盘采用闪存颗粒来存储，具有速度快、无噪声、容量低、价格高等特点，主要应用于高端，如今已经逐步开始普及。机械硬盘采用磁性碟片来存储，主要由盘片、磁头、磁头控制器、接口、缓存等几个部分组成。 ②光盘：光盘是光盘存储器的简称,是以光学方式（激光）进行读写信息的存储介质,信息保存时间长，读写速度比硬盘慢。按读写功能分为只读型（CD-ROM）、一次写入型（CD-R：使用时允许写入一次，不能擦除，可以多次读出）、可重复写型（CD-RW：允许用户重复改写和读出）。 ③U盘（可移动存储器）：U盘是闪存的一种，因此也叫闪盘。属于移动存储设备，用于备份数据。特点是小巧便与携带、存储容量大、价格便宜。一般的U盘容量有1G、2G、4G、8G、16G、32G、64G等。 ④移动硬盘：主要用于计算机之间交换数据或进行大量数据备份。目前主要采用USB接口，实现“海量”存储，容量从几十G到几百G，甚至更大。 ⑤云盘：云盘是一种专业的网络存储工具，随时随地的安全存放数据和重要资料。云盘相对于传统的实体磁盘来说，更方便，用户不需要把储存重要资料的实体磁盘带在身上。通过互联网，可以轻松从云端读取自己所存储的信息，具有安全稳定、海量存储的特点。 （2）输入设备 输入设备是将程序和数据送到计算机中进行处理的外部设备。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、条形码阅读器、光学字符阅读器、触摸屏、手写笔、麦克风、数码相机、摄影机等。还有主要用于图形系统的数据输入设备如：跟踪球、操纵杆、数字化仪、光笔等。 （3）输出设备 输出设备的主要作用是把计算机处理信息的结果用人所能识别的形式表示出来，它包括显示设备、打印设备、语音输出设备、图像输出设备等。常用的有显示器、打印机、绘图仪、音箱、视频投影仪等。 ①显示器：是用户与计算机之间对话的主要信息窗口。 ②打印机：打印机用于将计算机处理结果打印在相关介质上。 五：微型计算机的主要性能指标 1. 微型计算机的主要性能指标 ①字长：计算机每次作为一个整体来处理的一串二进制数码，称为一个计算机字，简称字。每个字中所包含的二进制位数，称为计算机的字长。字长越长，运算精度越高，CPU处理能力越强。通常一个字由若干个字节组成，不同的计算机系统的字长是不同的，常见的微型机字长曾经为8位、16位、32位，现在一般为64位。 ②时钟主频（主频）：指CPU的工作频率，用来表示计算机的运算速度。主频越高，单位时间内CPU完成的操作越多。单位为兆赫兹（MHz）或吉赫兹（GHz）。目前的微机处理器主频已达到4.0GHz以上。 ③存储容量：是指存储器可以容纳的二进制数的信息总量。其中又分为内存容量和外存容量。因为内存容量对计算机性能的影响大，所以存储容量通常指的就是内存容量。 ④运算速度：每秒所能执行的加法指令的条数。常用百万次/秒（MIPS）来描述，是用于衡量计算机运算速度快慢的指标。 ⑤存取速度：指对存储单元中的数据进行一次存或取（写或读）所需的时间。以纳秒（ns）为单位。数值越小，存取周期越短，存取速度越快。 2. 计算机中的数据单位 ①位 计算机内部最小的数据单位，一个二进制0和1，简称位，英文bit，中文“比特”。 ②字节（Byte：拜特，简称B） 存储容量的基本单位。还有千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）、太字节（TB）。它们之间的换算关系如下： 千字节：1KB=2^10B=1024B 兆字节：1MB=2^20B=1024KB=1024*1024B 吉字节：1GB=2^30B=1024MB 太字节：1TB=2^40B=1024GB ③字节与位的关系 8位（bit） = 1个字节（Byte） [限时练习] 1.完整的计算机系统由（　 　）组成。 A．运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备 B．主机和外部设备 C．硬件系统和软件系统 D．主机箱、显示器、键盘、鼠标、打印机 【答案】C 【解析】完整的计算机系统是硬件系统与软件系统的有机结合，硬件提供物理基础，软件拓展功能并实现用户需求。 2.计算机中负责对数据进行算术运算和逻辑运算的部件是（ ）​ A. 控制器 B. 运算器 C. 存储器 D. 输入设备 【答案】B 【解析】运算器的核心功能是对数据执行算术运算（如加、减、乘、除）和逻辑运算（如与、或、非、比较）；控制器负责协调计算机各部件有序工作；存储器用于存储数据和程序；输入设备用于向计算机输入信息。 3.下列属于计算机内存储器的是（ ）​ A. 硬盘 B. 内存（RAM） C. U 盘 D. 光盘 【答案】B 【解析】存储器分为内存储器和外存储器。内存储器（简称内存）速度快、容量较小，直接与 CPU 交换数据，如 RAM。 4. 以下软件中，（　　）不是操作系统软件。 A．Windows xp         B. unix           C.linux    　　 D．microsoft office 【答案】D 【解析】microsoft office是应用软件。 5.任何程序都必须加载到（ ）中才能被CPU执行。  A. 磁盘               B. 硬盘             C. 内存             D. 外存 【答案】C 【解析】内存作为 CPU 与外存之间的 “高速桥梁”，是程序执行的必经载体，这一机制是计算机硬件性能优化的核心设计，也是完整计算机系统中硬件与软件协同工作的关键环节。 6. 在描述信息传输中bps表示的是（　　）。 A．每秒传输的字节数                   B． 每秒传输的指令数 C．每秒传输的字数                     D．每秒传输的位数 【答案】D 【解析】bps 表示的是比特每秒，即每秒传输的二进制位数。 7.微型计算机的内存容量主要指（　 ）的容量。 A. RAM               B. ROM            C. CMOS           D. Cache 【答案】A 【解析】微型计算机的内存容量主要指随机存取存储器（RAM）的容量，它是衡量计算机临时数据处理能力的核心指标，直接影响多任务运行和大程序处理的流畅度，是用户选购和升级微型计算机时的关键参考。 8.不同的计算机，其指令系统也不相同，这主要取决于（ ）。 A.所用的操作系统 B.系统的总体结构 C.所用的CPU D.所用的程序设计语言 【答案】C 【解析】不同计算机的指令系统差异，本质是 CPU 架构差异的体现，CPU 架构是指令系统设计的底层依据，也是决定指令系统特征的核心因素。 9.运算器和控制器共同组成计算机的中央处理器（CPU）。（ ） 【答案】√ 【解析】CPU（Central Processing Unit，中央处理器）是计算机的核心硬件，其内部主要由运算器（负责数据运算）和控制器（负责指令控制）组成。 10.计算机执行指令时，“取指” 和 “执行” 步骤不能同时进行，必须完成一个才能开始下一个。（ ） 【答案】× 【解析】现代计算机（如流水线 CPU）为提高效率，采用 “并行处理” 方式 —— 在执行当前指令的同时，可提前从存储器中取出下一条指令。 11.计算机执行一条指令的完整过程称为________，通常包括取指、译码、执行和存储结果四个步骤。 【答案】指令周期 【解析】“指令周期” 是计算机硬件的基本工作周期 —— 从 CPU 从存储器取出一条指令开始，到完成该指令的执行并准备好取下一条指令为止，整个过程即为一个指令周期。 12.“________” 是为解决特定业务或用户需求开发的软件，需依赖系统软件才能运行，常见类型包括办公软件、设计软件、娱乐软件等，是用户直接使用的软件类型。 【答案】应用软件 【解析】应用软件的核心价值是 “满足用户个性化需求”，与系统软件的 “底层管理” 形成互补。 [内容小结] 1：本章节的内容是关于计算机系统、软硬件组成的部分的内容，这部分内容概念较多，在学习时可以利用思维导图进行梳理总结。 2：本章节的重点在于计算机工作的核心原理，能简述该原理的核心逻辑。 3：本节的难点在于根据需求选择微型计算机硬件的基础能力，并分析核心性能指标。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $