计算系统与互联网 (Computing Systems and the Internet) — AP CS Principles CSP 学习指南

适合谁：AP CS Principles 参加 AP Computer Science Principles 的考生。

覆盖内容：计算机系统硬件、互联网协议与数据包、网络安全威胁、计算技术的利弊影响四大考纲要求子主题。

前置知识：无需前置 CS 知识。

关于练习题：下文「练习题」一节的所有题目均为我们按 AP CS Principles 风格编写的原创题目 (original problems)，仅用于教学。它们不是 College Board 真题的复制，措辞、数值或语境可能不同。请把它们当作练手用；评分细则请对照 College Board 官方 mark scheme。

1. 什么是计算系统与互联网？

计算系统是由硬件、软件组合而成，可完成数据存储、运算、传输等任务的集合，小到智能手表，大到全球云服务集群都属于计算系统范畴。互联网则是将全球数十亿计算系统通过统一规则互联的巨型网络，是现代数字服务的基础载体。

本模块在AP CSP考试中占选择题总分的10%-15%，全部为概念理解题，无需编写代码，属于易拿分的基础模块，考官常结合生活实例考察核心概念的辨析。

2. 计算机系统硬件 (Computer systems hardware)

你需要掌握四类核心硬件的功能与差异，首次出现的术语已标注英文：

1. 中央处理器 (Central Processing Unit, CPU)：计算系统的运算核心，负责执行指令，CPU核心数越多，同时处理多任务的能力越强。
2. 内存 (Random Access Memory, RAM)：临时存储设备，读写速度远高于永久存储，断电后数据会全部丢失，用于存储当前正在运行的程序数据。
3. 存储 (Storage)：永久存储设备，包括机械硬盘、固态硬盘等，断电后数据不会丢失，用于存储照片、文件、安装包等长期保留的内容。
4. 输入/输出设备 (Input/Output Device, I/O)：实现人与系统交互的设备，键盘、麦克风属于输入设备，屏幕、扬声器属于输出设备。

考官高频考点还包括分布式系统 (Distributed System)：由多台独立计算设备通过网络连接组成的系统，共同完成单台设备无法处理的大规模任务，优势是容错率高（单台设备故障不影响整体运行）、算力可无限扩展，云存储、区块链都属于分布式系统的应用。

3. 互联网：协议与数据包 (The Internet — protocols and packets)

互联网的核心运行逻辑可归纳为「分包传输+统一规则」，两个核心概念需要牢记：

1. 数据包 (Packet)：所有在互联网上传输的数据都会被拆分为大小统一的小块，每个数据包包含源地址、目的地址、数据载荷三个部分，传输完成后再由接收方重新组装为完整数据。总数据包数计算公式为： $$\text{总数据包数}=\lceil \frac{\text{总数据大小}}{\text{单个数据包最大载荷}}\rceil$$ 例如传输1MB的图片，单个数据包最大载荷为1460字节，总数据包数为$\lceil \frac{1\times 1024\times 1024}{1460}\rceil =720$个。
2. 协议 (Protocol)：所有互联网设备必须遵守的通信规则，核心协议栈为TCP/IP：

• IP协议：负责给每台设备分配唯一的IP地址，实现寻址功能；
• TCP协议：负责可靠传输，检测丢包时会要求发送方重传，确保数据完整有序，适合浏览网页、发送邮件等场景；
• UDP协议：不可靠传输，无丢包重传机制，延迟极低，适合直播、实时游戏等场景。

另外需要掌握分组交换 (Packet Switching)：同一个文件的不同数据包可以独立选择不同的传输路径到达接收方，不会因为某一条线路故障导致传输失败，这是互联网高容错性的核心原因。

4. 网络安全威胁 (Cybersecurity threats)

考官常考四类常见安全威胁的特征辨析：

1. 恶意软件 (Malware)：未经用户许可安装的恶意程序，包括病毒、 ransomware（勒索软件）等，目的是破坏设备、窃取数据或索要赎金。
2. 钓鱼攻击 (Phishing)：攻击者伪装成银行、平台客服等可信实体，通过邮件、短信发送虚假链接，诱导用户输入密码、银行卡号等隐私信息。
3. 拒绝服务攻击 (Denial of Service, DoS)：攻击者从单台设备向目标服务器发送大量无效请求，占满服务器带宽或资源，导致正常用户无法访问服务。
4. 分布式拒绝服务攻击 (Distributed Denial of Service, DDoS)：DoS的升级版本，攻击者控制全球数十万被植入恶意软件的设备（称为肉鸡）同时向目标发送请求，防护难度远高于普通DoS攻击。
5. 数据泄露 (Data Breach)：攻击者突破企业防护系统，窃取大量用户隐私数据，用于售卖或实施诈骗。

5. 计算的影响：利弊 (Impact of computing — beneficial and harmful)

计算技术的影响具有两面性，答题时必须同时覆盖正反角度才能拿满分：

有利影响

• 提升生产效率：自动化系统替代人工完成重复性任务，生产效率提升数倍；
• 普惠服务：在线教育、远程医疗让偏远地区用户也能获得优质资源；
• 便捷生活：移动支付、网约车、外卖等服务大幅降低生活成本，提升便利度。

有害影响

• 数字鸿沟 (Digital Divide)：经济欠发达地区、老年群体无法获得平等的互联网接入权限，加剧社会不平等；
• 算法偏见 (Algorithmic Bias)：训练数据存在偏见时，算法会对特定群体产生歧视，例如招聘算法优先筛选男性候选人；
• 隐私泄露：个人浏览记录、位置信息、消费记录等数据被平台过度采集，存在被泄露滥用的风险；
• 信息茧房：推荐算法不断推送用户感兴趣的内容，导致用户认知范围收窄，难以接触不同观点。

6. 常见陷阱 (Common Pitfalls)

1. 错误做法：将RAM和永久存储的功能混淆，认为“内存128GB”可以存128GB的照片。 错因：两者都有存储功能，日常宣传中经常混用“内存”和“存储”的概念。 正确做法：RAM是临时存储，断电数据丢失，用于运行程序；存储是永久存储，断电数据不丢，用于存文件，两者功能完全不同。
2. 错误做法：认为TCP和UDP的功能完全一致，所有场景都可以通用。 错因：两者都属于传输层协议，都可以传输数据。 正确做法：TCP可靠但延迟高，适合对数据完整性要求高的场景；UDP不可靠但延迟低，适合对实时性要求高的场景。
3. 错误做法：认为DDoS攻击的目的是窃取用户隐私数据。 错因：DDoS属于网络攻击的一种，考生容易默认所有攻击都以偷数据为目的。 正确做法：DDoS的唯一目的是瘫痪目标服务，让正常用户无法访问，不会窃取数据。
4. 错误做法：回答计算影响类题目时只谈好处或只谈坏处。 错因：日常接触到的大多是计算技术的便利，容易忽略负面影响。 正确做法：所有影响类题目必须同时答正反两个角度，每个角度至少举1个实例才能拿满分。
5. 错误做法：认为域名和IP地址是同一个东西。 错因：输入域名和IP地址都可以访问网站。 正确做法：IP地址是设备的唯一数字标识，域名是IP的易记别名，由DNS服务完成域名到IP的转换。

7. 练习题 (AP CSP 风格)

第1题

下列关于分布式计算系统的说法，正确的是： A. 分布式系统的所有设备必须部署在同一个物理地点 B. 分布式系统中如果单台设备故障，整个系统就会崩溃 C. 分布式系统可以整合多台设备的算力，完成单台设备无法完成的大规模任务 D. 分布式系统不需要网络连接即可运行

解答：正确选项为C。 A错误：分布式系统的设备可以分布在全球不同地区，通过网络互联； B错误：分布式系统的核心优势是容错率高，单台设备故障不影响整体运行； D错误：分布式系统的多台设备必须通过网络连接才能协作。

第2题

小明要给朋友传一个2GB的视频，下列关于传输过程的说法正确的是： A. 整个视频会作为一个完整的文件直接传输，不会拆分 B. 视频会被拆分成多个数据包，每个数据包可以独立选择不同的传输路径 C. 如果有一个数据包丢失，整个视频需要重新传输 D. 传输过程不需要遵守任何协议，只要有网络即可

解答：正确选项为B。 A错误：所有互联网传输的数据都会被拆分为数据包； C错误：TCP协议只会要求重传丢失的单个数据包，不需要重传整个文件； D错误：互联网传输必须遵守TCP/IP协议。

第3题

某高校官网在高考查分期间突然无法访问，经查是大量来自全球不同IP的异常请求占满了服务器带宽，正常用户的请求无法被处理，这属于哪种攻击？ A. 钓鱼攻击 B. DDoS攻击 C. 恶意软件攻击 D. 数据泄露

解答：正确选项为B。多源（全球不同IP）、目标是瘫痪服务符合DDoS攻击的特征；A钓鱼攻击是骗用户输入隐私，C恶意软件是感染用户设备，D数据泄露是窃取数据，均不符合描述。

8. 速查表 (Quick Reference Cheatsheet)

9. 接下来怎么学

本模块是后续大数据、算法伦理、数据安全等章节的基础，所有考点均为概念辨析，不需要掌握复杂逻辑，建议你结合生活实例记忆核心概念，避免混淆相似术语。本模块的考题全部为选择题，占比稳定在12%左右，只要记清概念就可以拿到全部分数。

如果你在刷题过程中遇到任何概念混淆、错题无法理解的情况，都可以随时前往小欧提问，我们会为你提供针对性的讲解和配套练习。