====== 第二章：计算机系统组成 ======
* [[#2.1 计算机系统的层次结构|2.1 计算机系统的层次结构]]
* [[#2.2 计算机硬件系统|2.2 计算机硬件系统]]
* [[#2.3 计算机软件系统|2.3 计算机软件系统]]
* [[#2.4 练习题|2.4 练习题]]
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===== 章节概述 =====
本章介绍计算机系统的层次结构、硬件系统和软件系统的组成。通过本章学习，建立对计算机系统的整体认识，理解硬件和软件的相互关系。
**本章重点**：
- 计算机系统的层次结构
- CPU的组成和工作原理
- 存储器层次结构
- 系统软件和应用软件
**本章难点**：
- 计算机系统各层次的抽象关系
- 存储器层次结构的理解
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===== 2.1 计算机系统的层次结构 ======
计算机系统是一个复杂的层次化系统，从底层硬件到高层应用，每个层次都有其特定的功能和接口。
计算机系统层次结构：
┌─────────────────────────────────────┐
│ 第6层：应用程序（办公软件、游戏等） │
├─────────────────────────────────────┤
│ 第5层：高级语言（C、Java、Python） │
├─────────────────────────────────────┤
│ 第4层：汇编语言 │
├─────────────────────────────────────┤
│ 第3层：操作系统 │
├─────────────────────────────────────┤
│ 第2层：机器语言（指令集架构ISA） │
├─────────────────────────────────────┤
│ 第1层：微架构（数据通路、控制单元） │
├─────────────────────────────────────┤
│ 第0层：数字逻辑（门电路、触发器） │
├─────────────────────────────────────┤
│ 第-1层：物理器件（晶体管、连线） │
└─────────────────────────────────────┘
**层次化设计的优点**：
- **抽象**：上层不需要了解下层的实现细节
- **模块化**：各层可以独立设计和修改
- **标准化**：层间接口标准化，便于兼容和升级
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===== 2.2 计算机硬件系统 ======
====== 2.2.1 中央处理器（CPU）======
CPU是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。
**CPU的主要组成部分**：
CPU内部结构：
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 控制单元（CU） │
│ （指令译码、时序控制、操作控制） │
└─────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 运算器（ALU） │
│ （算术运算、逻辑运算、移位） │
└─────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 寄存器组 │
│ ┌─────┐ ┌─────┐ ┌─────┐ ┌─────┐ │
│ │PC │ │IR │ │通用 │ │状态 │ │
│ └─────┘ └─────┘ └─────┘ └─────┘ │
└─────────────────────────────────────────┘
**程序计数器（PC）**：存放下一条要执行的指令地址。
**指令寄存器（IR）**：存放当前正在执行的指令。
**累加器（ACC）**：存放运算的操作数和结果。
**状态寄存器（PSW）**：记录运算结果的状态。
====== 2.2.2 存储器系统 ======
存储器用于存放程序和数据。
**存储器层次结构**：
存储器金字塔（从上到下）：
┌──────────┐
│ 寄存器 │ ← 最快、最贵、最小
├──────────┤
│ Cache │ ← 高速缓存
├──────────┤
│ 内存 │ ← 主存储器
├──────────┤
│ 磁盘 │ ← 外存储器
├──────────┤
│ 磁带/云 │ ← 备份存储
└──────────┘
速度：快 → 慢
容量：小 → 大
价格：贵 → 便宜
**内存编址**：
内存编址示意图：
地址 内容
0x0000 [01101010]
0x0001 [11001100]
0x0002 [10101010]
... ...
====== 2.2.3 输入输出系统 ======
**输入设备**：键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。
**输出设备**：显示器、打印机、音箱等。
**I/O控制方式**：
- 程序查询方式
- 中断方式
- DMA方式
- 通道方式
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===== 2.3 计算机软件系统 ======
====== 2.3.1 系统软件 ======
**操作系统**：管理系统资源，提供用户接口。
主要功能：
- 进程管理
- 内存管理
- 文件管理
- 设备管理
**语言处理程序**：
- 汇编程序
- 编译程序
- 解释程序
**数据库管理系统**：管理数据的存储、检索和维护。
====== 2.3.2 应用软件 ======
**通用软件**：办公软件、浏览器、媒体播放器等。
**专业软件**：CAD软件、财务软件、医疗信息系统等。
**定制软件**：为特定用户开发的专用软件。
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===== 2.4 练习题 ======
==== 一、选择题 ====
1. 计算机硬件系统的核心是（ ）
A. 内存 B. CPU C. 硬盘 D. 显示器
2. 以下不属于系统软件的是（ ）
A. 操作系统 B. 编译器 C. Word D. 数据库管理系统
3. 存储器中速度最快的是（ ）
A. 寄存器 B. Cache C. 内存 D. 硬盘
==== 二、填空题 ====
1. CPU由_______、_______和_______组成。
2. 计算机软件分为_______和_______两大类。
3. 存储器层次结构中，速度最快的是_______，容量最大的是_______。
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**参考答案**：
一、选择题：1.B 2.C 3.A
二、填空题：
1. 控制单元、运算器、寄存器组
2. 系统软件、应用软件
3. 寄存器、硬盘（或外存）