考研笔记

计算机系统的组成

这一节只做一件事：把”计算机系统”这个词拆开，说清它由哪两半组成、每一半又分成什么。 它本身没有难点，但它定义的几个边界（主机 / 外设、系统软件 / 应用软件、硬件 / 固件 / 软件）在后面六章会被反复引用。

计算机系统硬件系统软件系统

这个等号不是凑数——1.1.2 说过软硬件在功能上等价，所以只讲一半的”计算机”是不完整的。一台不装任何软件的机器叫裸机，它什么也做不了。

机制

硬件系统：五大部件

冯·诺依曼结构规定硬件由五大部件构成，细节在 1.2.2，这里只给分组关系：

flowchart TD
    subgraph SYS["计算机系统"]
        subgraph HW["硬件系统"]
            subgraph HOST["主机"]
                subgraph CPU["CPU"]
                    ALU["运算器"]
                    CU["控制器"]
                end
                MEM["主存储器"]
            end
            subgraph EXT["外部设备"]
                IN["输入设备"]
                OUT["输出设备"]
                AUX["辅助存储器"]
            end
        end
        subgraph SW["软件系统"]
            SYSSW["系统软件<br/>OS·编译器·DBMS"]
            APPSW["应用软件<br/>面向具体任务"]
        end
    end

    classDef cpu fill:#ffcdd2,stroke:#b71c1c,stroke-width:2px
    classDef mem fill:#fff3e0,stroke:#e65100
    classDef ext fill:#c8e6c9,stroke:#1b5e20
    classDef sw fill:#e3f2fd,stroke:#1565c0
    class ALU,CU cpu
    class MEM mem
    class IN,OUT,AUX ext
    class SYSSW,APPSW sw

图上有两条必须记死的等式：

运算器控制器 主机主存储器

第二条是全章第一失分点。

边界辨析：主机里有没有辅存

没有。这条边界在整本书里被考了不下五次，每次都靠它判对错。

部件属于主机？理由
运算器、控制器✅组成 CPU
主存储器✅CPU 能直接按地址访问
Cache✅在 CPU 内或紧邻 CPU
磁盘、SSD❌CPU 不能直接取指执行，必须先调入主存
键盘、显示器❌外部设备

判据只有一句：CPU 能不能直接按地址访问、直接取指执行。

主存能，辅存不能——辅存里的程序必须先被搬进主存才能运行。这就是3.1.3 存储层次里”主存—辅存”这一层存在的理由，也是3.6 虚拟存储器要解决的问题。

一个高频陷阱：辅存（磁盘）在本章按”外部设备”处理，但在3.4它又是”存储器”。不矛盾——同一个东西的两个视角：第 1、7 章关心它怎么接上来，第 3 章关心它的容量和速度。7.1.2 因此把它单列为第三类外设。

软件系统：系统软件与应用软件

系统软件应用软件
干什么管理和维护计算机本身，为应用提供支撑完成用户的具体任务
例子操作系统、编译程序、汇编程序、解释程序、数据库管理系统、网络软件、诊断程序文字处理、图像处理、游戏

归属判据在 1.1.2，这里不重复。

固件：第三个词，但不是第三类

固件（firmware）是”固化在只读存储器里的程序”，比如 BIOS。

它的定位常被问错：

说法判断
”固件是介于软件和硬件之间的第三类”⚠️ 教材常这么描述其”形态"
"固件本质上是软件”✅ 它是程序，只是存放方式接近硬件
”固件不可修改”❌ 现代固件可刷新（3.2.2 的 EEPROM、Flash）

准确的说法：固件在功能上是软件，在部署形态上接近硬件。 它存在的位置见 3.2.2 只读存储器——主存里那一小块 ROM 就是给它用的，机器加电后执行的第一条指令就在那里。

边界

说法判断理由
”主机 = CPU + 主存 + 硬盘”❌硬盘属于外设
”主机就是机箱”❌机箱是物理封装，主机是逻辑概念
”CPU = 运算器 + 控制器 + 主存”❌主存不在 CPU 内
”Cache 属于主存”⚠️Cache 属于主机；它与主存是层次关系，不是包含关系
”裸机也能运行应用程序”❌没有系统软件支撑
”固件是硬件”❌本质是软件
”输入设备一定在主机外部”⚠️逻辑上属外设；物理上可以集成（笔记本键盘）

对照速查

运算器控制器主机主存
概念包含
计算机系统硬件系统 + 软件系统
硬件系统主机 + 外部设备
主机CPU + 主存储器
外部设备输入设备 + 输出设备 + 辅助存储器
软件系统系统软件 + 应用软件

考点

  • 主机的范围——本章第一高频，辅存不在其中。
  • CPU 的组成：运算器 + 控制器，不含主存。
  • 固件的本质是软件。
  • 裸机的概念。

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