0.参考书目
《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》 （第2版）李广军
这是博主电科考研复试（微机原理）笔记！
目录
1.绪论（略看）
（1）IT行业四大规律
摩尔定律：处理器内晶体管集成度每18个月翻一番；
贝尔定律：如果保持计算能力不变，微处理器的价格每18个月减少一半；（归于摩尔定律）
吉尔德定律：主干网的带宽将每6个月翻一倍；
梅尔卡夫定律：网络价值与网络用户数的平方成正比，或者说网络的利用价值等于用户数的平方；
摩尔定律和贝尔定律描述了芯片的计算能力、价格与规模之间的关系，指出了IT产品变得更快、更小、更便宜的发展趋势，为“计算的普及运用”提供了物质基础；吉尔德定律给出了通信系统带宽的发展趋势；梅特卡夫定律定量描述了单机与连网之间的巨大差别和网络的重要价值，反映了数据通信网相对于其他通信网络的效率差别。
（2）发展概述
①1642年，法国物理学家帕斯卡发明了机械性的齿轮式加法器；1673年德国数学家莱布尼兹发明了乘除器；1820年出现了商品机械计算器；19世界30年代至40年代英国发明家查理斯.巴贝设计了差分机和分析机；
②算法理论基础研究在20世纪30年代至40年代取得了突破性发展；
③英国艾兰.图灵在20世界40年代提出“图灵机”，能解决所有的计算问题；
④1946年，美国数学家冯.诺依曼设计了EDSAC（第一台存储计算机）；
⑤1955-1956年，用于算术逻辑的真空管被晶体三极管取代, 作为开关元件，使计算机的可靠性得到提高；
⑥1956年，TI发明了平面晶体管，制造出了第一个IC；
| 资源使用的灵活性 | 大型机 | 分时系统/批处理系统/单用户系统 | 计算的自由性 |
| 低 | 小型机 | 分布式计算 | 低 |
| 微型机 | 基于网络的个人计算 | ||
| 基于开放系统的客户/服务器 | 协同计算 | ||
| 高 | 普适计算终端 | 普适计算 | 高 |
（3）普适计算与泛在通信
普适计算与泛在通信的核心思想是，小型、便宜、网络化的计算和通信设备广泛分布在日常生活的各个场所，计算和通信设备将不只依赖命令行、图形界面进行人机交互，而更依赖“自然”的交互方式，计算/通信设备的尺寸将缩小到毫米级甚至纳米级。
普适计算也称为泛在计算。环境感知，是泛在计算的核心。其意图是：希望嵌入到环境或日常工具中的计算能够使人更自然地和计算机交互；显著目标之一：使计算机设备可以感知周围环境地变化，从而根据环境变化自动做出基于用户需要或设定的行为。实质上，泛在通信运用了无线电网络科技，与一般的行动计算的不同之处在于具有环境感知的特性。
无线传感器网络也可称为泛在传感器网络或智能传感器网络，其是由多个节点组成的面向人物的无线自组织网络。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，通过各类微型传感器对目标信息进行实时监测，由嵌入式计算模块对信息进行处理，并通过无线通信网络或其他形式的传输网络将信息传送至远端监控中心。无线传感器网络由无线传感器检测节点、网关节点（Sink节点）、传输网络和远程监控中心这4个基本部分组成；无线传感器网络的微型传感器具有感知、计算和通信能力，它主要是由感知单元、传输单元和电源组成；在完成对感知对象的信息采集、存储和简单计算后，通过传输网络传送给远端的监控中心。无线传感器网络中的部分节点或者全部节点可以移动，但网络节点发生较大范围内的移动，势必会使网络拓扑结构发生动态变化。网络中每个节点还具备动态搜索、定位和恢复连接的能力。其特点包括：①自组织方式的组网 ②无中心结构 ③网络有动态拓扑 ④采用多跳路由进行路由接力传递 ⑤WSN的空间位置寻址 ⑥高冗余 ⑦硬件资源及功能有限 ⑧电源容量限制
（4）物联网
物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络；其重要特征包括：（1）全面感知（2）可靠传递 （3）智能处理 物联网面临五个主要技术问题：技术标准问题、安全问题、协议问题、IP地址问题、终端问题
（5）Soc
系统集成芯片（Soc）以嵌入式系统为核心，以知识产权（IP）复用技术为基础，集软、硬为一体，采用超神亚微米工艺技术，将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储单元等集成在单一芯片上。数据传输速率也由每秒吉比特（Gbps）提高到每秒太比特（Tbps），Soc是一种实现复杂系统功能的超大规模集成电路，Soc不仅包含复杂硬件电路部分，还包含软件部分，复杂硬件电路一般内含一个或多个芯核，采用深亚微米和超深亚微米工艺技术来实现。IP是构成Soc的基本单元，IP核分为软核、硬核和固核，软核一般是指以可综合的RTL级描述提交的核，通常以HDL语言形式提交；硬核是指经过预先布局且不能由系统设计者修改的IP核，硬核一般是以电路版图形式提交的核；固核介于硬核核软核之间，由RTL的描述和可综合的网表组成，一般是以门级网表的形式提交。
（6）CMP
片上多核处理器又称多核微处理器，已几乎成为构造现代高性能微处理器的唯一途径。传统超标量指令发射技术无法从典型程序指令流中发掘出足够多的并行性，处理器的功耗与散热问题日益严重。通过在单个芯片中放入多个结构相对简单的处理器内核，而不是使用一个巨大的处理器内核。其特点如下：（1）易扩展（2）设计可复用（3）低功耗（4）容忍线延迟
（7）流处理器
一个典型的流处理系统可以划分为三部分：源结点，用于将数据传入系统；计算结点，执行原子计算；终结点，将系统的数据输出。
（8）PIM
即将CPU核存储器集成到一块芯片内，又称IRAM，大幅度改善存储延迟。
（9）嵌入式系统
指任何一个可编程的计算机设备。硬件是指核心芯片，存储器系统及外部接口；软件是指嵌入式操作系统核应用软件。
2.重要课后题及答案
（1）以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？
答：中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片
（2）阐述摩尔定律
答：每 18 个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一 半。
（3）什么是 SoC ？什么是 IP 核，它有哪几种实现形式？
答：SoC ：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用 开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。IP 核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。它 有软核、硬核和固核三种实现形式。
（4）什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？
答：以应用为中心， 以计算机技术为基础， 软硬件可裁剪， 适应应用系统对功能、 可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中 的专用计算机系统” 。特点：①嵌入式系统通常是面向特定应用的②嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业 的具体应用相结合的产物③嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余， 力争在同样的硅片面积上实现更高的性能④嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点：<1>软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中<2>要求高质量、高可靠性的软件代码；<3>许多应用中要求系统软件具有实时处理能力⑤嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期⑥嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其 中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发