大学计算机基础：计算机软硬件系统简介

▶考点1：计算机硬件系统基本组成

1.计算机硬件系统

计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部分构成。它们是组成计算机的实体。其中存储器又分为内存储器和外存储器。在五大部件中，运算器和控制器是计算机的核心，一般称为中央处理器，简称“CPU”。CPU和内存储器合起来被称为主机。计算机硬件系统组成如图2.1.1所示。

图2.1.1　计算机硬件系统

【经典习题1】组成计算机硬件系统的基本部分是（　）。

A.中央处理器、键盘和显示器　B.主机和输入/输出设备

C.中央处理器和输入/输出设备　D.中央处理器、硬盘、键盘和显示器

【答案】B

【解析】本题考查了硬件系统的基本概念，硬件系统包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分，其中运算器、控制器和内存储器合起来又称为主机。

【经典习题2】通常所说的计算机主机是指（　）。

A.中央处理器和内存　B.中央处理器和硬盘

C.中央处理器、内存和硬盘　D.中央处理器、内存与CD-ROM

【答案】A

【解析】本题考查了计算机主机的概念，运算器、控制器和内存储器合起来称为主机，其中运算器和控制器一般称为中央处理器。

2.运算器

计算机中的运算器由加法器、寄存器、累加器等逻辑电路组成，主要负责对信息或数据进行各种加工和处理，它在控制器的控制下，与内存交换信息。运算器内部有一个算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU），进行各种算术运算和逻辑运算。计算机通过加法器和移位器来实现算术运算中的加、减、乘、除运算。

运算器包括寄存器、执行部件和控制电路3部分。

【经典习题3】运算器（ALU）的功能是（　）。

A.只能进行逻辑运算　B.进行算术运算或逻辑运算

C.只能进行算术运算　D.做初等函数的计算

【答案】B

【解析】本题考查了运算器的概念，运算器内部有一个算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU），进行各种算术运算和逻辑运算。

3.控制器

控制器主要包括指令寄存器、指令译码器、程序计数器、操作控制器等，主要负责从存储器中取指令，并对指令进行翻译。它根据指令的要求，按时间的先后顺序，负责向其他各部件发出控制信号，从而保证各部件协调一致地工作。寄存器是处理器内部的暂时存储单元，用来暂时存放指令、下一条指令地址、处理后的结果等。

指令就是用二进制代码表示的一条指令的结构形式，通常由操作码和地址码两种字段组成。

【经典习题4】用来控制、指挥和协调计算机各部件工作的是（　）。

A.运算器　B.鼠标　C.控制器　D.存储器

【答案】C

【解析】本题考查了控制器的功能，控制器主要用于控制、指挥和协调计算机各部件工作。

4.中央处理器（Central Processing Unit，CPU）

中央处理器又称为中央处理单元，它主要由运算器、控制器组成，是一台计算机的运算核心和控制核心。中央处理器主要用来执行各种指令，完成各种计算和控制功能。CPU的主要性能指标是时钟主频和字长。

运算速度是衡量计算机性能的一项重要指标。通常所说的计算机运算速度（平均运算速度）是指每秒钟所能执行的指令条数，用“百万条指令/秒”（Million Instruction Per Second，MIPS）来描述。同一台计算机执行不同的运算所需的时间可能不同，因而对运算速度的描述常采用不同的方法。微型计算机一般采用主频来描述运算速度，主频的单位为赫兹（Hz）。

计算机在同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的“字”，而这组二进制数的位数即长度就是该计算机的字长。当其他指标相同时，字长越长，计算机处理数据的速度就越快。现在的计算机大多是64位字长。

提示：该考点都是需要识记的内容，考生不要把内容混淆。

【经典习题5】CPU的主要性能指标是（　）。

A.字长和时钟主频　B.可靠性

C.耗电量和效率　D.发热量和冷却效率

【答案】A

【解析】本题考查了CPU的基本概念，CPU的主要性能指标是字长和时钟频率。

【经典习题6】字长是CPU的主要性能指标之一，它表示的是（　）。

A.CPU在同一时间内能处理二进制数据的位数

B.CPU最长的十进制整数的位数

C.CPU最大的有效数字位数

D.CPU计算结果的有效数字长度

【答案】A

【解析】本题考查了字长的概念，字长是CPU在同一时间内能处理的二进制数的位数。

5.存储器

存储器是用来存放指令和数据的硬件，是计算机各种信息的存储和交流中心。按照存储器在计算机中的作用，可分为内存储器和外存储器。

（1）内存储器

内存储器又称为主存储器或内存，分为随机读写存储器（Random Access Memory，RAM）和只读存储器（Read Only Memory，ROM）。

①随机读写存储器

使用随机读写存储器存取信息时，既可读也可写，主要用于存取系统运行时的程序和数据。RAM的特点是存取速度快，但断电后其存放的信息全部丢失，无法恢复。

②只读存储器

只读存储器是一种只能读出信息不能随意写入的存储器，其最大的特点是断电后其中的信息不会丢失。只读存储器常用来存放一些固定的程序和数据，这些程序和数据是在计算机出厂时厂家按特殊方法写入的，一般将开机检测、系统初始化程序等固化在只读存储器中。

目前常用的只读存储器除了ROM外还有可擦除可编程的只读存储器（Erasable Programmable ROM，EPROM）和电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable ROM，EEPROM）。用户可通过编程器将数据或程序写入EPROM，如需重新写入可通过紫外线照射EPROM，将原来的信息擦除，然后写入，即可重复擦除和写入。而EEPROM可以在计算机上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。

（2）高速缓冲存储器（Cache）

随着CPU运算速度的提高，内存和CPU运行速度不匹配的矛盾表现得越来越突出。为了解决这个问题，引入了高速缓冲存储器。Cache又分为一级Cache（L1 Cache）和二级Cache（L2 Cache）。L1 Cache集成在CPU内部，L2 Cache可以焊接在主板上，也可以集成在CPU内部，目前微型计算机中的L2 Cache大都集成在CPU中。

（3）辅助存储器

辅助存储器又称为外存，是内存的补充和后援，它的存储容量大，是内存容量的数十倍或数百倍，可以存储CPU暂时不会用到的信息和数据。当CPU需要用到外存中的信息和数据时，可以将数据从外存读入内存，然后由CPU从内存中调用。因此，外存只同内存交换信息，而CPU则只和内存交换信息。外存较内存最显著的特点是其断电后也可长久保存信息。

目前，微型计算机上常用的外存包括磁盘存储器、光盘存储器和USB闪存存储器等。

提示：为了防止存储器上的数据被误删除，有些存储器上设有写保护装置。具有写保护功能的存储器常见于U盘和SD卡。打开写保护后，就无法往存储器上写入数据，同样也无法删除存储器上的数据。

【经典习题7】ROM是指（　）。

A.随机存储器　B.只读存储器　C.外存储器　D.辅助存储器

【答案】B

【解析】本题考查了存储器的基本概念，对于RAM（随机读写存储器）和ROM（只读存储器）的认识，考生在记忆的时候，记住Only（只、仅仅）这个单词就可以了，所以ROM就是只读，另外一个就是随机。

【经典习题8】当电源关闭后，下列关于存储器的说法中，正确的是（　）。

A.存储在RAM中的数据不会丢失　B.存储在ROM中的数据不会丢失

C.存储在U盘中的数据会全部丢失　D.存储在硬盘中的数据会丢失

【答案】B

【解析】本题考查了RAM的特征。一般来说，电源断电后，RAM的数据会丢失。

【经典习题9】配置Cache是为了解决（　）。

A.内存与外存之间速度不匹配问题　B.CPU与外存之间速度不匹配问题

C.CPU与内存之间速度不匹配问题　D.主机与外部设备之间速度不匹配问题

【答案】C

【解析】本题考查了Cache的概念，Cache是为了解决CPU与内存之间的速度不匹配问题而引入的。

【经典习题10】下列叙述中错误的是（　）。

A.硬盘与CPU之间可以直接交换数据　B.硬盘在主机箱内，可以存放大量文件

C.硬盘是外存储器之一　D.硬盘的技术指标之一是每分钟的转速

【答案】A

【解析】本题考查了硬盘的基本概念，硬盘不能和CPU直接交换数据，数据必须被调用到内存才可以被CPU执行。

6.输入/输出设备

输入/输出设备（I/O设备）是数据处理系统的关键外部设备之一，起到了人与机器之间进行联系的作用。

（1）输入设备

输入设备是指将各种外部信息和数据转换成计算机可以识别的电信号的设备。常见的输入设备的种类很多，如键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏、数码相机等。

（2）输出设备

输出设备是指能将计算机内部处理后的信息传递出来的设备。常见的输出设备有打印机、显示器、绘图仪等。其工作原理与输入设备正好相反，是将计算机中的二进制信息转换为相应的电信号，以十进制或其他形式记录在媒介物上。许多设备既可以作为输入设备，又可以作为输出设备，例如U盘、光盘、移动硬盘等。(www.xing528.com)

显示器（Monitor）是计算机系统中最基本的、必不可少的输出设备，是人机对话的主要工具。

显示器的性能指标有分辨率、灰度级和刷新率。分辨率是指显示屏上像素点的多少，一般用整个屏幕光栅的列数与行数的乘积来表示（如1024 x768），乘积越大表明像素越密，分辨率就越高，图像质量越好。现在常用的分辨率是800×600像素、1024×768像素、1280×1024像素。灰度级是指每个像素点的明暗层次级别，或指可以显示的颜色数目，其值越高，图像层次越清楚逼真。若用8位来表示一个像素，则可有256级灰度或颜色。刷新率以赫兹为单位，若刷新率过低，屏幕会有闪烁抖动现象。

【经典习题11】在外部设备中，扫描仪属于（　）。

A.输出设备　B.存储设备　C.输入设备　D.特殊设备

【答案】C

【解析】本题考查的是计算机输入/输出设备的分类，扫描仪属于输入设备。

【经典习题12】在下列设备中，不能作为计算机输出设备的是（　）。

A.鼠标　B.打印机　C.显示器　D.绘图仪

【答案】A

【解析】本题考查的是计算机输入/输出设备的分类，鼠标属于输入设备。

▶考点2：计算机软件系统基本组成

一个计算机系统必须软、硬件齐备，且合理地协调配合，才能正常运行。所谓软件是指各种程序、数据和文档的集合。不同功能的软件由不同的程序组成，这些程序通常被存储在计算机的外部存储器中，需要使用时才调入内存运行。计算机软件系统组成如图2.1.2所示。

图2.1.2　计算机软件系统

1.系统软件

（1）操作系统

操作系统是最重要的系统软件，它能帮助人们管理好计算机系统中的各种软、硬件资源，合理组织计算机工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使用户能够灵活、方便、有效地使用计算机。

操作系统是一个庞大的管理控制程序，从资源管理的观点出发，大致包括5个方面的管理功能，即进程管理、作业管理、存储管理、设备管理、文件管理。目前，常见的操作系统有DOS、OS/2、UNIX、XENIX、Linux、Windows、Netware、iOS、Android等。从任务和用户管理的角度来分，操作系统又分为单用户单任务操作系统、单用户多任务操作系统和多用户多任务操作系统等。例如，DOS就属于单用户单任务操作系统，Windows 7属于单用户多任务操作系统，UNIX和Linux属于多用户多任务操作系统。所有的操作系统都具有并发性、共享性、虚拟性和不确定性4个基本特征。

（2）数据库管理系统（Database Management System，DMS）

数据库是在计算机里建立的一组互相关联的数据集合。数据库中的数据是独立于任何应用程序而存在的，并可为多种应用程序服务。

数据库系统包括数据库和数据库管理系统。较为著名的计算机数据库管理系统有Informix、Visual FoxPro和Microsoft Access等。另外，还有大型数据库管理系统Oracle、DB2、Sybase和SQL Server等。

（3）语言处理程序

按照计算机语言对硬件的依赖程度，通常把程序设计语言分为3类：机器语言、汇编语言和高级语言。

机器语言是由二进制代码“0”和“1”组成的一组代码指令，是唯一能被计算机硬件直接识别和执行的语言。机器语言占用内存小、执行速度快，但编写程序工作量大，程序可读性差。

汇编语言是一种面向机器的程序设计语言。用助词符代替操作码，用地址符号代替地址码。汇编语言在编写、阅读和调试方面有很大进步，而且运行速度快，但编程复杂，可移植性差，仍然只能在一种计算机上运行，互不通用。

高级语言是一种独立于机器的算法语言，不依赖于具体的计算机指令系统，它是直接使用人们习惯的、易于理解的英文字母、数字、符号来表达的计算机编程语言。因此，用高级语言编写的程序，简洁、易修改，编程效率高，具有很好的通用性和可移植性。

常用的高级语言中有面向过程的，称为过程化语言，如BASIC、Pasical、FORTRAN、C语言等。与过程化语言相比，非过程化语言是一类面向对象的语言，如Delphi、C++、Visual Basic、Java、PHP、Python等。

【经典习题1】计算机软件系统应包含（　）。

A.系统软件和应用软件　B.编辑软件和应用软件

C.数据库软件和工具软件　D.程序、相应数据和文档

【答案】A

【解析】本题考查的是计算机软件系统的基本概念，一个完整的计算机软件系统应包含系统软件和应用软件。

【经典习题2】下列是手机中的常用软件，属于系统软件的是（　）。

A.手机QQ　B.iOS　C.MSN　D.微信

【答案】B

【解析】本题考查的是计算机软件的基本概念，其中iOS是苹果手机的操作系统，故属于系统软件。

2.应用软件

应用软件是为了解决各种实际问题而专门研制的软件。应用软件可以帮助人们提高工作质量、效率，解决问题。一个计算机系统的应用软件越丰富，越能发挥计算机的作用。计算机上常见的应用软件有：文字处理软件、信息管理软件、网络应用软件、计算机辅助设计软件等。

【经典习题3】在下列各组软件中，全部属于应用软件的是（　）。

A.程序语言处理程序、数据库管理系统、财务处理软件

B.文字处理程序、编辑程序、UNIX操作系统

C.管理信息系统、办公自动化系统、电子商务软件

D.Word 2010、Windows XP、指挥信息系统

【答案】C

【解析】本题考查的是计算机软件的基本概念，A中的程序语言处理程序、数据库管理系统，B中的UNIX操作系统，D中的Windows XP都属于系统软件。

【经典习题4】在下列各组软件中，全部属于应用软件的是（　）。

A.视频播放系统、操作系统　B.军事指挥程序、数据库管理系统

C.导弹飞行控制系统、军事信息系统　D.航天信息系统、语言处理程序

【答案】C

【解析】本题考查的是计算机软件的基本概念，A中的操作系统、B中的数据库管理系统、D中的语言处理程序都不属于应用软件。

▶考点3：计算机的工作原理

1.“冯·诺依曼”原理

“冯·诺依曼”原理的主要内容概括起来有以下8个要点：

①使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作。

②存储单元是定长的线性组织。

③存储空间的单元是直接寻址的。

④使用低级机器语言，指令通过操作码来完成简单的操作。

⑤对计算进行集中的顺序控制。

⑥计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成，并规定了它们的基本功能。

⑦采用二进制形式表示数据和指令。

⑧在执行程序和处理数据时必须将程序和数据从外存储器装入主存储器中，然后才能使计算机在工作时能够自动地从存储器中取出指令并加以执行。

【经典习题1】1946年首台电子数字计算机问世后，冯·诺依曼在研制计算机时，提出两个重要的改进，它们是（　）。

A.采用二进制和存储程序控制的概念　B.引入CPU和内存储器的概念

C.采用机器语言和十六进制　D.采用ASCII编码系统

【答案】A

【解析】本题考查的是“冯·诺依曼”原理的基本概念，存储程序控制和二进制是“冯·诺依曼”计算机最重要的两个概念。

2.计算机工作原理

计算机的基本工作原理是存储程序控制，即预先把指挥计算机如何进行操作的指令序列（称为程序）和原始数据通过输入设备输送到计算机内存储器中，每一条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数，进行什么操作，然后送到什么地方去，然后由控制器控制协调其他部件完成运算解析操作。

指令是指计算机完成某个基本操作的命令。指令能被计算机硬件理解并执行。一条指令就是计算机机器语言的一个语句，是程序设计的最小语言单位。一台计算机所能执行的全部指令的集合，称为这台计算机的指令系统。指令系统比较充分地说明了计算机对数据进行处理的能力。不同种类的计算机，其指令系统的指令数目与格式也不同。指令系统越丰富完备，编写程序就越方便灵活。指令系统是根据计算机使用要求设计的。

一条计算机指令是用一串二进制代码表示的，它通常应包括两方面的信息：操作码和地址码。操作码用来表征该指令的操作特性和功能，即指出进行什么操作；地址码指出参与操作的数据在存储器中的地址。零地址指令的指令字中只有操作码，而没有地址码。一般情况下，参与操作的源数据或操作后的结果数据都存放在存储器中，通过地址可访问该地址中的内容，即得到操作数。

程序由一系列指令的有序集合构成。计算机按照程序设定的顺序完成一系列相关操作直到程序终止的过程称为程序的执行过程。设计程序有3种常用结构，即顺序结构、分支（选择）结构和循环结构。

【经典习题2】下列关于指令系统的描述，正确的是（　）。

A.指令由操作码和控制码两部分组成

B.指令的地址码部分可能是操作数，也可能是操作数的内存单元地址

C.指令的地址码部分是不可缺少的

D.指令的操作码部分描述了完成指令所需要的操作数的类型

【答案】B

【解析】本题考查的是指令系统的基本知识，指令由操作码和地址码两部分组成，所以A错误；零地址指令的指令字中只有操作码，而没有地址码，所以C错误；操作码用来表征该指令的操作特性和功能，即指出进行什么操作，所以D错误。

▶考点4：计算机的总线结构

在计算机主板上，集成了计算机常用的3种总线，即数据总线（Data Bus，DB）、控制总线（Control Bus，CB）和地址总线（Address Bus，AB）。总线是将信息从一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。通俗地说，总线就是多个部件间的公共连线，用于在各个部件之间传输信息。

数据总线用于传送数据信息，地址总线专门用于传送地址信息，控制总线用于传送控制信号和时序信号。

【经典习题】计算机的系统总线是计算机各部件间传递信息的公共通道，它分为（　）。

A.数据总线和控制总线　B.地址总线和数据总线

C.数据总线、控制总线和地址总线　D.地址总线和控制总线

【答案】C

【解析】本题考查的是计算机总线的基本概念，计算机的系统总线包括数据总线、控制总线和地址总线。