专题3 微型计算机的硬件系统及性能指标（讲义）-河北省（对口招生）计算机类《计算机基础及应用》考纲讲练测

编写说明：本专辑为河北省（对口招生）计算机类《计算机基础及应用考纲讲练测》，严格依据河北省普通高校对口考试大纲（专业课）计算机类考试范围及要求编写，精准对标考纲，兼顾考点覆盖与实战应用。每套讲练测提供讲义、课件、练习三大配套教学文件，贯穿九大核心环节：考点解读、思维导图、知识梳理、背诵环节、常考题、高考模拟题、课堂练习、课堂小结及课后测验，形成“讲-练-测-评”闭环式教学与复习逻辑，助力考生夯实基础、突破重难点。 河北省计算机类 《计算机基础及应用考纲讲练测》 专题3微型计算机的硬件系统及性能指标 讲义 [考点解读] 1.掌握计算机的工作原理； 2.掌握微型计算机的硬件组成； 3.掌握微型计算机系统的主要性能指标； [思维导图] [知识梳理] 一、计算机的工作原理 1.指令与程序 （1）指令：计算机执行某种操作的命令，由一串二进制数码组成。 指令的结构： 组成部分 功能 操作码 规定进行什么样的操作（如加、减、乘、除、传送数据等） 地址码（操作数） 规定要操作的数据存放在哪个地址 （2）程序：为解决某一问题而设计的一系列指令的有序集合。 （3）指令系统：一台计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。 2.存储程序及程序控制工作原理 （1）冯·诺依曼体系结构 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； （2）存储程序原理 二、微型计算机的硬件系统 1.主机 （1）CPU CPU 全称中央处理器（Central Processing Unit），是计算机的核心部件，相当于计算机的 “大脑”。 微型计算机里，CPU 集成在一块芯片上，又叫微处理器。CPU 由运算器 + 控制器两部分组成。 ①运算器（ALU）：执行算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算（与、或、非、移位等）。 ②控制器（CU）： - 功能：计算机的控制中心，负责取指令、分析指令、执行指令。 （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 外部设备（Peripheral Devices，简称“外设”）是计算机系统中除主机核心部件（CPU、主板、内存等）以外，通过接口与主机连接、负责信息输入/输出、数据存储及通信等功能的硬件设备总称。 （1）外存储器 ①硬盘 硬盘是计算机最基础、最主要的外部存储设备，由若干个涂有磁性材料的铝合金（或玻璃）圆盘片组成，将盘片、磁头、电机驱动部件及读写电路等做成一个不可随意拆卸的整体封装起来。 ▶硬件按结构分为：固态硬盘（SSD）和机械硬盘（HDD）。 类型 全称 存储介质 特点 HDD 机械硬盘 磁性碟片 容量大、价格便宜、有噪声、速度相对慢 SSD 固态硬盘 闪存颗粒（Flash芯片） 速度快、无噪声、抗震好、容量低、价格高 ▶硬盘的物理结构 一块硬盘包含多个盘片，每个盘片有两面（盘面），每个盘面有一个磁头。硬盘的物理结构由以下基本元素组成： ●磁道（Track）：盘面上由外向内的同心圆轨迹，从外到内依次编号（0开始） ●扇区（Sector）：每个磁道被等分为若干弧段，每个扇区可存放512个字节信息 ●柱面（Cylinder）：所有盘面上具有相同编号的磁道形成的圆柱面 ●磁头（Head）：每个盘面对应一个磁头，负责读写数据 硬盘容量计算公式： 硬盘容量 = 磁头数 × 柱面数 × 每道扇区数 × 512B ▶硬盘的主要性能指标 指标 含义 单位/说明 容量 能存储多少数据 GB、TB、PB 转速 盘片每分钟旋转的圈数 RPM（转/分），常见5400/7200/10000转 平均访问时间 磁头从起始位置到读写数据扇区所需的时间 平均访问时间 = 平均寻道时间 + 平均等待时间 平均寻道时间 磁头移动到目标磁道所需的时间 几ms至十几ms 平均等待时间 目标扇区转到磁头下的时间 等于转一圈时间的一半 数据传输速率 读写数据的速度 MB/s或GB/s，SSD远高于HDD 缓存（Cache） 硬盘内置的缓存 由DRAM构成，提高读写速度 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（可达几十年），但读写速度比硬盘慢。光盘的分类如下： 类型 简称 读写特性 说明 只读型 CD-ROM 只能读，不能写 最常见，信息由厂商写入 一次写入型 CD-R（WORM） 允许写入一次，可多次读出 写入后不能擦除 可重复写型 CD-RW 可重复改写和读出 平均可擦写1000～1500次 ③U盘 U盘是闪存（Flash Memory）的一种，因此也叫闪盘。它通过USB接口与计算机连接，属于移动存储设备，用于备份数据和传输文件。常见的U盘容量：1G、2G、4G、8G、16G、32G、64G、128G……目前已有数TB的产品。 ④移动硬盘 移动硬盘是以硬盘为存储介质，通过USB接口与计算机连接的便携式存储产品，主要用于计算机之间交换数据或进行大量数据备份。移动硬盘具有容量大（常见500GB至8TB）、传输速度较快（USB 3.0以上接口，固态移动硬盘可达2000MB/s）、体积小、重量轻、即插即用、支持热插拔等特点。 ⑤云盘 云盘是一种专业的网络存储工具，是互联网云技术的产物。它通过互联网为企业和个人提供信息的储存、读取和下载等服务，让用户可以随时随地安全存放数据和重要资料。云盘的特点如下： 特点 说明 安全稳定 数据存储在云端服务器，多重备份保障安全 海量存储 存储空间可弹性扩展 随时随地访问 只要有网络，使用任何设备都可读取云端信息 不需要携带实体设备 相对于传统磁盘，不需要随身携带硬件 共享方便 可通过共享链接与他人分享文件 （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。 三、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。 （2）时钟主频：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）。 （3）存储容量：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。 （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。 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：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）。 （3）字节与位的关系：8位（bit） = 1个字节（Byte） 四、系统总线 总线（Bus） 是计算机各部件之间传送信息的公共通道。它是一组物理导线，是多个部件共享的传输线路。 总线类型 英文 传送内容 方向 特点 数据总线 DB 数据信息 双向 根数决定字长，如32位、64位 地址总线 AB 地址信息 单向 根数决定寻址空间，如20根可寻址1MB 控制总线 CB 控制信号和状态信号 双向 根数决定控制能力，如读/写、中断信号 [背诵环节] 1. 简述冯·诺依曼“存储程序”工作原理的基本内容。 【答案】冯·诺依曼体系结构的基本工作原理是“存储程序”和“程序控制”。 （1）存储程序：预先将编制好的程序（指令的有序集合）和运行所需的数据一起存放在存储器中。 （2）程序控制：计算机运行时自动从内存中逐条取出指令，由CPU分析并执行指令。 （3）计算机的工作过程是取指令→分析指令→执行指令的循环过程。 2. 请简述微型计算机的硬件系统组成。 【答案】微型计算机的硬件由主机和外部设备两大部分组成。 （1）主机：包括CPU、内存储器、主板、高速缓冲存储器。 （2）外部设备：包括外存储器、输入设备、输出设备。 3. 请简述微型计算机系统的主要性能指标。 【答案】主要性能指标包括： （1）字长：CPU一次能直接处理的二进制数据的位数，字长越大，运算精度越高，处理能力越强。 （2）时钟主频（主频）：CPU的工作频率，单位MHz或GHz。主频越高，运算速度越快。 （3）存储容量：主要指内存（RAM）的容量，容量越大，处理数据能力越强。 （4）运算速度：每秒能执行的指令条数，单位MIPS（每秒百万条指令）。 [常考题] 1. 冯·诺依曼体系结构中，计算机工作的基本原理是（ ）。 A. 电子管 B. 二进制 C. 存储程序和程序控制 D. 十进制 【答案】C 【解析】冯·诺依曼体系结构的核心是“存储程序”和“程序控制”原理。 2. 计算机的字长是指（ ）。 A. CPU一次能处理的二进制数据的位数 B. 计算机的内存容量 C. 计算机的运算速度 D. 计算机的主频 【答案】A 【解析】字长是CPU一次能直接处理的二进制数的位数，决定了计算机的运算精度和处理能力。 3.高速缓冲存储器的主要作用是（ ）。 A. 扩大存储容量 B. 提高CPU与内存之间的速度匹配 C. 存储系统信息 D. 永久保存数据 【答案】B 【解析】 Cache的主要作用是缓解CPU与内存之间速度不匹配的问题，提高系统工作效率。 4. 冯·诺依曼体系结构中，计算机硬件由五大部分组成。以下不属于这五大部分的是（ ）。 A. 运算器 B. 控制器 C. 存储器 D. 主机 【答案】D 【解析】 冯·诺依曼提出的五大部件是运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。 5.CPU的字长决定了计算机的（ ）。 A. 运算精度 B. 显示分辨率 C. 硬盘容量 D. 网络速度 【答案】A 【解析】 字长越大，计算机的运算精度越高，处理能力越强。 6.地址总线是CPU向（ ）传送地址信息的通道。 A. 运算器 B. 控制器 C. 存储器和I/O接口 D. 打印机 【答案】C 【解析】地址总线是CPU向主存储器（内存）和I/O接口传送地址信息的单向通道。运算器和控制器在CPU内部。 7.在微型计算机中，信息处理的最小单位是字节。（ ） 【答案】错 【解析】 计算机内部信息处理的最小单位是位（bit），一个二进制位就是1个bit。字节（Byte）是存储容量的基本单位，不是信息处理的最小单位。 8.所有计算机都必须遵循冯·诺依曼体系结构。（ ） 【答案】错 【解析】目前大多数计算机遵循冯·诺依曼结构，但已有非冯·诺依曼结构计算机 9.地址总线是双向总线，数据总线和控制总线是单向总线。（ ） 【答案】错 【解析】地址总线是单向，数据总线和控制总线是双向。 10.计算机的指令由操作码和地址码两部分组成，操作码规定了进行什么样的操作。（ ） 【答案】对 【解析】计算机指令的组成就是操作码（规定做什么操作）和地址码（规定操作对象地址）两部分。 [高考模拟题] 1.计算机指令由（ ）和地址码两部分组成。 A. 操作码 B. 指令码 C. 程序码 D. 数据码 【答案】A 【解析】计算机指令由操作码（规定要做什么操作）和地址码（规定要操作的数据地址）两部分组成。 2. 微型计算机中，中央处理器由（ ）组成。 A. 运算器和存储器 B. 运算器和控制器 C. 控制器和存储器 D. 存储器和输入设备 【答案】B 【解析】 CPU由运算器和控制器组成。存储器独立于CPU之外。 3.计算机的五大部件通过（ ）连接起来。 A. 电缆 B.接口 C. 无线网络 D. 总线 【答案】D 【解析】计算机硬件五大部分是通过总线（BUS）连接起来的。总线是一组公共信号线。 4.下列关于字长的说法，正确的是（ ）。 A. 字长是字节的整数倍 B.字长是指计算机的存储容量 C. 字长越长，计算机的运算速度越快 D. 字长用MB来衡量 【答案】A 【解析】 在现代微型计算机中，字长是字节（8 位）的整数倍，例如 16 位、32 位、64 位。 5. CPU中的运算器不能直接完成的操作是（ ）。 A. 加法运算 B. 逻辑与运算 C. 输出计算结果到显示器 D. 逻辑非运算 【答案】C 【解析】运算器只能完成算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算（与、或、非、移位等）。输出结果到显示器是输出设备的功能，不是运算器的功能。 6.下列关于CPU的说法，正确的是（ ）。 A.CPU由主板和内存组成 B. CPU只能执行加法运算 C. CPU不能访问内存 D. CPU是计算机系统中的中央处理器，包含运算器和控制器 【答案】D 【解析】 CPU由运算器和控制器组成。 7.高速缓冲存储器通常由（ ）芯片组成。 A. DRAM B. SRAM C. ROM D. EPROM 【答案】B 【解析】 CPU的Cache一般由SRAM（静态随机存储器）芯片组成，存取速度快于主存但慢于CPU。DRAM用于主存，ROM是只读存储器。 8.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】错 【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。 9.若某计算机地址总线的位长为20位，则该CPU可直接访问的最大内存空间为__________MB。 【答案】1 【解析】地址线位数为20位，可寻址范围为2²⁰=1048576个字节，即1MB。地址总线位数决定CPU可访问的最大内存空间。 10.衡量微型计算机系统性能的指标中，______决定CPU内部工作的时钟频率。 【答案】主频 【解析】主频（时钟频率）决定CPU内部工作的时钟频率，影响运算速度。 [课堂练习] 1. 计算机的工作过程中，控制器首先执行的操作是（ ） A. 执行指令 B. 分析指令 C. 取指令 D. 输出结果 【答案】C 【解析】计算机的工作过程是周而复始地取指令→分析指令→执行指令的过程。 2.下列各项中，既是输入设备又是输出设备的是（ ）。 A. 磁盘驱动器 B. 扫描仪 C. 显示器 D. 打印机 【答案】A 【解析】 磁盘驱动器既可读数据（输入）也可写数据（输出）。扫描仪是输入设备，显示器和打印机是输出设备。 3. 计算机运算速度的单位MIPS，含义是（ ）。 A. 每秒百万条指令 B. 每秒百万次运算 C. 每秒百万次传输 D. 每秒百万比特 【答案】A 【解析】MIPS（Million Instructions Per Second）即每秒百万条指令，是衡量计算机运算速度快慢的指标。 4.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 是 bits per second 的缩写，中文意思是“每秒传输的位数”，即每秒传输的二进制位数，是衡量数据传输速率的基本单位。 5.下列关于计算机性能指标的说法，正确的是（ ）。 A. 字长是字节的整数倍，其单位是Byte B.运算速度的单位是MIPS C. 主频是CPU的工作时钟频率，主频越高，运算速度一定越快 D. 内存容量单位是bit，1GB = 1024bit 【答案】B 【解析】字长的单位是位（bit），不是Byte；主频越高速度不一定成比例提高，还受其他因素制约；1GB = 1024MB = 1024×1024KB，单位是Byte不是bit。 6.若一台计算机的数据总线宽度是32位，则该计算机CPU一次能同时传送和处理的数据位数是（ ）。 A. 8位 B. 16位 C. 32位 D. 64位 【答案】C 【解析】数据总线的宽度与CPU的字长有关。数据总线为32位意味着CPU一次能同时传送和处理32位二进制数据，即该计算机为32位机。 7.微型计算机中必不可少的输入设备和输出设备分别是（ ） A. 键盘和显示器 B. 鼠标和打印机 C. 扫描仪和绘图仪 D. 触摸屏和音箱 【答案】A 【解析】微型计算机必不可少的输入设备是键盘，必不可少的输出设备是显示器。 8.CPU不仅能直接访问内存，还能直接访问硬盘中的数据。（ ） 【答案】错 【解析】 CPU只能直接访问内存储器，不能直接访问硬盘等外存储器。硬盘中的数据必须先调入内存（主存），CPU才能进行处理。 9.高速缓冲存储器（Cache）中的数据可以由程序或程序员直接访问。（ ） 【答案】错 【解析】高速缓冲存储器（Cache）具有透明性，即Cache中的数据不能被程序或程序员直接访问。Cache中的数据是主存中部分内容的映射，由硬件自动管理。 10.CMOS RAM芯片是一种可读写的RAM芯片，断电后如果电池没电则数据丢失。（ ） 【答案】对 【解析】 CMOS RAM芯片是一种可读写的RAM芯片，由主板上的电池供电来保持数据。如果电池没电，则其中的数据（如时间、配置参数等）会丢失，机器时间和设置恢复为默认。 11.CPU一次能直接处理的二进制数据的位数称为__________。 【答案】字长 【解析】 字长是指CPU在单位时间内一次能同时处理的二进制数码的位数。字长越长，运算精度越高。 12.在计算机硬件系统中，运算器主要负责执行______运算和______运算，运算结果通常送回寄存器或存储器保存。 【答案】算术；逻辑 【解析】运算器（ALU）的主要功能是执行算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、非、异或等）。运算器从寄存器或存储器中取出操作数，运算后将结果送回寄存器或存储器，并产生状态标志。 [课堂小结] 一、计算机的工作原理 1.指令与程序 2.存储程序及程序控制工作原理 二、微型计算机的硬件系统 1.主机 2.外部设备 三、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 2.计算机中的数据单位 四、系统总线 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $