#271. 第二节 计算机系统的基本结构

第二节 计算机系统的基本结构

一、概述

计算机系统由硬件和软件两部分组成，硬件系统是计算机的“躯干”，软件系统是计算机的“灵魂”。

1. 宏观角度

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从宏观角度来看，计算机底层的基础是各种硬件设备（比如主机、键盘等），然后在裸机上安装操作系统（Windows 10），之后再在操作系统下安装各种应用软件（Dev-C++），最后用户只需使用各种应用软件即可。

2. 微观角度

从微观角度来看，计算机组成及各部分的功能如上图所示。值得注意的是外部设备与主机之间、主机中的各个部件之间的存储速度不一样，存储速度由慢到快依次是外存、内存 Cache、CPU。可见CPU的存储速度是最快的。

二、计算机硬件系统

计算机硬件系统由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。

1. 处理器

中央处理器（CPU--Central Processing Unit）由运算器、控制器和一些寄存器组成；运算器进行各种算术运算和逻辑运算；控制器是计算机的指挥系统；CPU的主要性能指标是主频（每秒运算多少次）和字长（每次计算多少位）。

1.1 图形处理器(GPU--Graphics Processing Unit)

图形处理器（GPU），又称显示核心、视觉处理器、显示芯片（也就是显卡），是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上做图像和图形相关运算工作的微处理器。

1.2 张量处理单元(TPU--Tensor Processing Unit)

张量处理单元（TPU），是一款为机器学习而定制的芯片，经过了专门深度机器学习方面的训练，具有更高效能（每瓦计算能力）。

2. 存储器

存储器的主要功能是用来保存各类程序的数据信息。存储器可分为主存储器和辅助存储器两类：

  • 主存储器（也称为内存储器），属于主机的一部分。用于存放系统当前正在执行的数据和程序，属于临时存储器。
  • 辅助存储器（也称外存储器），它属于外部设备。用于存放暂时不用的数据和程序，属于永久存储器。

2.1 内存储器

内存又称为主存，它和CPU一起构成了计算机的主机部分，并且存储的信息可以被 CPU直接访问。内存由半导体存储器组成，存取速度较快，但一般容量较小。

2.2 外存储器

外存储器又称为辅助存储器，它的容量一般都比较大，而且大部分可以移动，便于在同计算机之间进行信息交流。例如硬盘、U盘、光盘等。

3. 输入设备

输入设备是外界向计算机传送信息的装置。在微型计算机系统中，最常用的输入设备是键盘和鼠标，此外还有光电笔、数字化仪、图像扫描仪、触摸屏、麦克风、视频输入设备、条形码扫描器等。

4. 输出设备

输出设备的作用是将计算机中的数据信息传送到外部媒介，并转化成人们认识的表示形式。在微型计算机中，最常用的输出设备是显示器和打印机。

5. 总线结构

按照总线上传输信息的不同，总线可以分为数据总线（DB），地址总线（AB）和控制总线（CB）三种。

  • 数据总线：用来传送数据信息，它主要连接了CPU部件，是它们之间交换信息的通路。
  • 地址总线：用来传送地址信息。CPU通过地址总线中传送的地址信息访问存储器，通常是单向的。
  • 控制总线：用来传送控制信号，以协调各部件之间的操作。

6. 主要的性能指标

6.1 字长

字长是指一台计算机所能处理的二进制代码的位数。计算机的字长直接影响到它的精度、功能和速度。

6.2 运算速度

运算速度是指计算机每秒钟所能执行的指令条数，一般用MIPS（Million of Instructions Per Second，即每秒百万条指令）为单位。

6.3 主频

主频是指计算机 CPU的时钟频率，它在很大程度上决定了计算机的运算速度。

6.4 内存容量

内存容量是指内存储器中能够存储信息的总字节数，一般以GB为单位。

三、计算机软件系统

软件系统是计算机的灵魂。没有安装软件的计算机称为“裸机”，无法完成任何工作。

1. 系统软件

系统软件是指管理、控制和维护计算机及其外部设备，提供用户与计算机之间操作界面。

1.1 操作系统(Operating System)

操作系统是最基本的系统软件，是用于管理和控制计算机所有软件、硬件资源的一组程序。

1.2 语言处理程序

计算机在执行程序时，首先将存储在存储器中的程序指令逐条取出来，经过译码后向计算机的各部件发出控制信号，使其执行规定的操作。

1.3 数据库管理系统

数据库管理系统的功能特点：有组织的、动态地存储大量的数据信息；使用户能方便、高效地使用这些数据信息。

1.4 辅助程序

辅助程序完成一些与管理计算机系统资源及文件有关的任务。

2. 应用软件

应用软件是指专门为解决某个应用领域内的具体问题而编制的软件（或实用程序）。

  • 文字处理软件：用于输入、存储、修改、编辑、打印文字资料。
  • 办公软件：用于输入、存储、修改、检索各种信息。
  • 计算机辅助设计软件：用于高效的绘制、修改工程图纸。
  • 图形软件：用于图形的生成、表示和操作。
  • 教育软件：为教育服务的软件系统。
  • 电子游戏软件：利用电子设备为用户提供游戏活动的软件。

四、习题

  1. 一位艺术史学家有 20000 幅 1024*768 的真彩色图像，如果将这些图像以位图形式保存在CD光盘上（一张CD光盘的容量按 600M 计算），大约需要()张CD光盘。

{{ select(1) }}

  • 1
  • 10
  • 100
  • 1000
  • 10000
  1. 下列设备不具有计算功能的是()。

{{ select(2) }}

  • 笔记本电脑
  • 掌上电脑
  • 智能手机
  • 电子计算器
  • 液晶显示器
  1. 以下哪个不是计算机的输出设备()。

{{ select(3) }}

  • 音箱
  • 显示器
  • 打印机
  • 扫描仪
  • 绘图仪
  1. 以下断电之后仍能保存数据的有()。

{{ select(4) }}

  • 寄存器
  • ROM
  • RAM
  • 高速缓存
  1. 微机内的存储器的地址是以()编址的。

{{ select(5) }}

  • 二进制位
  • 字长
  • 字节
  • 微处理器的型号
  1. 某种计算机的内存容量是 640K，这里的 640K 容量是指()个字节。

{{ select(6) }}

  • 640
  • 640*1000
  • 640*1024
  • 640* 1024* 1024
  1. 在外部设备中，绘图仪属于()。

{{ select(7) }}

  • 输入设备
  • 输出设备
  • 辅(外)存储器
  • 主(内)存储器
  1. 关于计算机内存，下面的说法正确的是( )。

{{ select(8) }}

  • 随机存储器(RAM)的意思是当程序运行时，每次具体分配给程序的内存位置是随机而不确定的
  • 1MB 内存通常是指 1024*1024 字节大小的内存
  • 计算机内存严格说来包括主存(memory)、高速缓存(cache)和寄存器(register)三个部分
  • 一般内存中的数据即使在断电的情况下也能保留 2 个小时以上
  1. 模拟题 以下不是输入设备的是()。

{{ select(9) }}

  • 键盘
  • 麦克风
  • 笔记本触摸板
  • 音箱
  1. 模拟题 以下不属于系统软件的是()。

{{ select(10) }}

  • windows10
  • office
  • mySQL 数据库
  • 360 安全卫士
  1. 地址总线的位数决定了CPU 可直接寻址的内存空间大小，例如地址总线为 16 位，其最大的可寻址空间为 64KB。如果地址总线是 32 位，则理论上最大可寻址的内存空间为()。

{{ select(11) }}

  • 128KB
  • 1MB
  • 1GB
  • 4GB
  1. 在cpu 的组成中，不包括()。

{{ select(12) }}

  • 运算器
  • 控制器
  • 存储器
  • 寄存器
  1. 以下说法错误的是()。

{{ select(13) }}

  • 硬盘是外部设备
  • 软件的功能与硬件的功能在逻辑上具有等效性
  • 相同的功能由硬件实现会比软件实现的速度快
  • 软件的功能不能用硬件功能代替。
  1. 完整的计算机系统应该包括()。

{{ select(14) }}

  • 运算器、存储器、控制器
  • 外部设备和主机
  • 主机和应用程序
  • 配套的硬件设备和软件系统。
  1. 以下不是存储设备的是()。

{{ select(15) }}

  • 光盘
  • 磁盘
  • 鼠标
  • 固态硬盘
  1. 以下是 32 位机器和 64 位机器的区别的是()。

{{ select(16) }}

  • 显示器不同
  • 硬盘大小不同
  • 寻址空间不同
  • 输入法不同
  1. 下面不是处理器的是()。

{{ select(17) }}

  • CPU
  • SSD
  • TPU
  • GPU
  1. IT 的含义是()。

{{ select(18) }}

  • 信息技术
  • 通信技术
  • 网络技术
  • 信息学
  1. 某计算机的 CPU 和内存之间的地址总线宽度是 32 位(bit)，这台计算机最多可以使用()的内存。

{{ select(19) }}

  • 2GB
  • 4GB
  • 8GB
  • 16GB
  1. 以下软件中，不是操作系统的是()。

{{ select(20) }}

  • Windows10
  • Ubuntu
  • Android
  • QQ
  1. Linux 系统下可执行文件的默认拓展名为()。

{{ select(21) }}

  • exe
  • com
  • dll
  • 以上都不是
  1. 下面哪种软件不属于即时通信软件()。

{{ select(22) }}

  • QQ
  • 微信
  • Office
  • 钉钉
  1. FTP 可以用于()。

{{ select(23) }}

  • 远程传输文件
  • 发送电子邮件
  • 浏览网页
  • 网络聊天
  1. 下列对操作系统的描述最为完整的是()。

{{ select(24) }}

  • 负责外设与主机之间的信息交换
  • 负责诊断机器的故障
  • 控制和管理计算机系统的各种硬件和软件资源的使用
  • 将没有程序编译成目标程序
  1. 计算机如果缺少()，将无法正常启动。

{{ select(25) }}

  • 内存
  • 鼠标
  • U 盘
  • 摄像头
  1. 评测队列
  2. 服务状态
  3. 兼容模式
  4. 主题
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