CSP初赛-08计算机系统原理

计算机系统

计算机系统由计算机硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统包括中央处理器、存储器和外部设备等；软件是计算机的运行程序和相应的文档。计算机系统具有接收和存储信息、按程序快速计算和判断并输出处理结果等功能。

硬件系统

计算机硬件由五大部分组成:运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备。

1 中央处理器(CPU – central Processing Unit)

有运算器、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主要性能指标是主频和步长

主要性能指标：

主频：也叫时钟频率，用来表示CPU的运算速度。例如：Inter Core 2 Quad Q8200 2.6GHz。

接口类型：CPU的接口，即针脚式接口，对应到主板上就有相应的插槽类型。常见接口：Socket LGA775 、Socket LGA940等。

二级缓存：L2 3072K，CPU缓存位于CPU与内存之间的临时存储器。缓存对CPU的性能影响很大，主要是因为CPU的数据交换顺序和CPU与缓存间的带宽引起的）

生产工艺：如45纳米。

前端总线频率：如1066MHz

2 存储器

内部存储器是中央处理器能直接访问的存储器称为内部存储器，它包括快速缓冲存储器和主存储器，中央处理器不能直接访问的存储器称为外部存储器，外部存储器中的信息必须调入内存后才能为中央处理器处理。

主存储器：内存也常泛称主存，但严格上说，只有当内存中只有主存，而没有快速缓冲存储器时，才能称为主存。主存储器按读写功能，可分只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）两种。

外部存储器：也称为辅助存储器，一般容量较大，速度比主存较慢。

硬盘：硬盘有固态硬盘（SSD 盘，新式硬盘）、机械硬盘（HDD 传统硬盘）、混合硬盘（HHD 一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘）。SSD采用闪存颗粒来存储，HDD采用磁性碟片来存储，混合硬盘(HHD: Hybrid Hard Disk)是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。

光盘：光盘是以光信息做为存储的载体并用来存储数据的一种物品。分不可擦写光盘，如CD-ROM、DVD-ROM等；和可擦写光盘，如CD-RW、DVD-RAM等。

存储器的两个重要技术指标：存取速度和存储容量。

存储器的存取速度：内存>硬盘>光盘

其他部件速度比较：CPU>高速缓存>内存>硬盘>U盘>光盘>软盘

3 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。

此外还有电子光笔、数字化仪、图形扫描仪、触摸屏、麦克风、视频输入设备、条形码扫描等

4 输出设备

作用是将计算机的数据信息传送到外部媒介，并转化成某种为人们所识的标识形式。

在微型计算机中，最常用的输出设备是显示器和打印机。此外还有绘图仪等

计算机从诞生到现在其基本硬件结构始终保持不变,一直沿袭冯·诺依曼体系结构

冯·诺依曼体系结构

美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年提出存储程序原理，把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式储存。冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。人们把冯·诺依曼的这个理论称为冯·诺依曼体系结构。

冯·诺依曼体系结构的基本思想：存储程序、程序控制。

冯·诺依曼体系结构的主要特点：

1、采用二进制形式表示数据和指令

2、计算机应该按照程序顺序执行。

3、由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成计算机硬件系统，并规定了这五部分的基本功能。

硬件主要技术指标

字长：字长是指CPU能够同时处理二进制数据的位数。决定了计算机的精度、寻址速度和处理能力。一般情况下，字长越长，计算机精度越高，处理能力越强。计算机按字长可分为：8位、16位、32位、64位。

32位CPU：一次能处理32位，即4个字节的数据

64位CPU：一次能处理64位，即8个字节的数据

主频：主频是指CPU的时钟频率，通常以时钟频率表示系统运算速度，单位是Hz。

运算速度：是指CPU每秒能执行的指令条数。单位：每秒执行百万条指令（MIPS）

存储容量：存储器所能储存的字节数。决定计算机能否运行较大程序，并直接影响运行速度，在系统中直接与CPU交换数据，向CPU提供程序和原始数据，并接受CPU产生的处理结果数据。

存储容量是指存储的信息量，它用字节(Byte)作为基本单位，缩写为B。

计算机存储信息的最小单位，称之为位（bit，又称比特），缩写为b。

容量换算关系：

1B=8b；1KB=1024B；1MB=1024KB；1GB=1024MB；1TB=1024GB；1PB=1024TB；1EB=1024PB；1ZB=1024EB；1YB=1024ZB……

总线与接口

从外型上看，微型计算机硬件系统是由主机和外设(I/O设备)两大部分组成的总线结构。

所谓总线，就是在模块与模块之间或者设备与设备之间供求传送信息、 相互通信的一组公用信号线，是系统在主控器的控制下，将发送器(模块或设备) 发出的信息准确地传送给某个接收器(模块或设备)的信息载体或通路。总线的特点在于其公用性，如果是两个模块或设备间的专用线就不称为总线了。

为了准确无误传送信息，总线按其信号线性质不同一般可分三组。

一是地址总线（AB）：在它上面传送的是地址信息，CPU 用此信息寻找数据的存放地址。 地址线一般为 CPU 发出的单向总线。

二是数据总线（DB）：此总线负责计算机内部各部件之间、内部与外设之间的数据交换。数据线一般是双向的，既可读，也可写。

三是控制总线（CB）：这组总线传送控制信号，控制计算机各部件之间按所设定的程序有条不紊地工作。其中数据总线和地址总线比较简单，各种型号不同但位数相同的 CPU，其DB和AB基本相同，功能也比较单纯。

软件系统

1 系统软件

操作系统

操作系统是控制和管理计算机软硬件资源，以尽量合理有效的方法组织多个用户共享多种资源的程序集合

它是计算机系统中最基本的系统软件，是用户和计算机硬件之间的接口

操作系统的主要功能有：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口管理

常用的操作系统

Windows XP、Windows 2003、Vista、Windows 7、Windows 10、Windows Phone、Linux、Unix、Solaris、AIX、Netware、Mac OS、Android、iOS等

语言处理程序

通常分为三类:机器语音、汇编语音和高级语音

如C、C++、C#、Java、HTML5、Python、Swift、汇编程序、编译程序、解释程序等

系统管理与服务软件

系统管理与服务软件包括数据库管理系统、实用工具服务软件等。数据库和数据管理软件一起组成数据库管理系统。

实用工具服务软件由诊断软件、调试开发工具。文件管理专用工具、网络服务程序等组成

2 应用软件

应用软件是用户未来解决各自应用领域里的具体任务而编写的各种应用程序和有关文档资料的统称。

这类软件能解决特定问题。

应用软件和系统软件的关系是：系统软件为应用软件提供基础和平台，没用系统软件应用软件是无源之本，反过来应用软件又为系统软件服务。

常用的应用软件有以下几类

1.字处理软件

2.电子制表软件

3.计算机辅助设计软件

4.图形软件

5.教育软件

6.电子游戏软件

CSP初赛-08计算机系统原理-练习题
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