嵌入式软考备考

一、计算机系统基础

4分左右。但是是解题的基础。

数的转换

进制转换不必多说。主要还是十进制，二进制，八进制，十六进制。

二进制算数运算

首先是 bit B KB MB GB，以及01加减乘除运算。

地址作差+1=380000H bit。换算为 KB 单位即可。

一定看清 Byte 和 bit！

数的表示

原码补码反码

原码：负数首位为1. 如-1: 1000 0001.

反码：负数除了符号位全部取反。如-1:1111 1110.

补码：负数反码+1。如-1: 1111 1111.

移码：补码的符号位取反。如1: 1000 0001，-1：0111 1111.

反码和补码用于实现减法运算。但是反码运算结果可能出现没有意义的-0. 补码则不会。

原码和反码表示范围都是 $2^{n-1}-1$ ~ $2^{n-1}-1$ , n-1 是因为有一位是符号位拿出来了。

补码和移码的表示范围是 $2^{n-1}$ ~ $2^{n-1}-1$ ，因为原码反码有-0，补码没有，比如 1000 0000 补码可以表示 -128.

移码通常用于表示浮点数的阶码。

补码转回原码也是先取反再+1.

定点数浮点数

定点数：小数点固定。

定点整数：123000.

定点小数：123.000

浮点数： $N=R^e*M$ ，M 是尾数，R 是基数，e 是阶码。

存储结构包括：阶符，阶码，数符，尾数。

阶码计算：先对阶，计算完后调整尾数。

计算机组成

五大部分，运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备。

运算器下的寄存器

算术逻辑单元 ALU：数据的算术运算和逻辑运算。

累加寄存器 AC：通用寄存器，用于残存数据。

数据缓冲寄存器 DR：读写内存时，暂存指令或数据。

状态条件寄存器 PSW：存状态标志与控制标志。如溢出。

控制器下的寄存器

程序计数器 PC：存储下一条要执行的指令的地址。

指令寄存器 IR：存储即将执行的指令。

指令译码器 ID：分析解释指令。

时序部件：提供时序控制信号指令中的操作码字段。

例：一条计算机指令中包含操作码、地址码。这两部分存储在哪里？

答：都存储在 IR 中。虽然是地址，但是不是指令对应的地址，是指令要操作的数据对应的地址，是指令的一部分。

衡量计算机性能指标

CPU：

主频：越高，运行越快。

字长：能运算处理的数据。和 CPU 位数对应。

CPU 缓存：临时存储的数据。

核心数量：进程并发度。

总线：数据总线，控制总线，地址总线。

带宽：单位时间能处理的数据。
位宽：数据总线宽度。
工作频率：若干次周期/s。带宽=位宽*工作频率。

答案为C。

BIOS/CMOS：保存计算机的一些配置信息。BIOS 配置 RAM 里的 CMOS，是 ROM；CMOS 则存储了一些可修改的 BIOS 参数，比如开机日期设置，软件启动顺序，密码等。

系统性能评测方法：

时钟频率：类似主频。

指令执行速度：每秒多少条指令通常只用基本的加法指令去计算。

等效指令速度法：平均一定比例的各类指令后计算等效时间。

数据处理速率 PDR。

核心程序法，基准测试程序：用程序测试速度。

指令

由操作码、操作数地址码组成。

如四地址指令，可能形如：加法指令，加数1地址，加数2地址，answer 地址，下一条指令地址。

简化：下一条指令地址放到 pc 中。

再简化：把运算结果放到累加寄存器 ACC 中。

一地址指令：比如读取该地址中的数据。

零地址指令：如出栈入栈这类无参指令。

寻址方式

为了扩大寻址空间，提高编程灵活性，出现了许多种寻址方式。

立即寻址：操作数放在指令里。灵活性差。

直接寻址：指令中存放操作数的地址。

间接寻址：指令中放了一个指向操作数的地址的地址。

寄存器寻址方式：寄存器放操作数。

寄存器间接寻址方式：寄存器放操作数的地址。

流水线

每条指令需要经过取指-分析-执行三个阶段。我们可以让不同的阶段重叠处理，准并行实现。

计算公式：一条指令执行时间+（指令条数-1）*流水线周期。流水线周期是取指、分析、执行中执行最长的时间。

流水线吞吐率：总花费时间的倒数。

流水线最大吞吐率：流水线周期的倒数。

例：取指2ns，分析2ns，执行1ns，流水线周期是？100条指令最短时间是？

答：2ns；（5ns）+（99）*（2ns）=203ns。

多级存储

上面的小，快，但贵；下面的大，慢，便宜。可以说上面是下面的缓存。

cache：有一片存储空间，和相联存储表。cache 主要是对程序的时间空间局部性优化来加快访问速度。

平均系统访问周期：假设命中 cache 概率为h，cache 访存时间为t1，内存访存时间为t2，则平均周期为 ht1+(1-h)t2

cache 直接映像

左边是 cache ，右边是主存。

主存中每一部分分为：主存区号，区内块号，块内地址。

主存缓存到 cache 中，必须缓存到块号相同的位置，比如第0区，第1区，第2区……的第1块都只能缓存到 cache 中的第1块。

我们判断是否命中，比如我们要找第3区第4块。我们就看看 cache 中第4块有没有缓存数据，如果有，主存区号是否是第3区。如果是则命中。

这种方式地址变换电路简单，访问速度快，但是容易冲突，命中率低，对页面置换算法要求较高，空间利用率低。

全相联地址映像和变换

主存中任何一块可以放到缓存中任何一个位置。空间利用率和命中率都高了，但是实现起来复杂，速度慢。适合小容量 cache。

组相联地址映像和变换

cache 分为若干个组，主存按 cache 组数分区。比如 cache 分了8组，每组2个单元，那么主存就分为若干个8组的区，每个区的第1组存到 cache 的第1组，第2组存到 cache 的第2组……

就是折中了直接映像和全相联地址映像，实现难度和命中率也在两者之间。

IO 控制

直接程序控制：包括无条件传送方式和程序查询方式。

无条件传送：CPU 一直在准备访问外部设备，需要访问时立刻就能访问。

程序查询方式：CPU 不断查询外部设备是否空闲，空闲了才能使用。比如要打印12345，CPU 先看打印机是否空闲，空闲就先打个1，过一段时间看打印完空闲了没有，没空闲就再等待，空闲了再打印2……

缺点在于 CPU 要一直等待 IO。

中断方式：打印机打印完了会发一个中断给 CPU，CPU 收到后知道可以调用打印机了。这样 CPU 就不用一直查询 IO 设备是否空闲了。

但是这种方式还是有点占用 CPU 的，因为打印数据还是 CPU 传给打印机。

直接存储器读取方式 DMA：要打印的时候，CPU 把数据发给直接存储器，然后不用一直陪着打印机打到结束了，去干别的事就可以。只在 IO 开始和结束时介入。

输入输出处理机 IOP：大型主机常用，通过通道的方式，了解即可。

可靠性和校验码

可靠性

掌握各种系统可靠度的计算公式。一般就是考混合系统。

简单说就是串行是 * 可靠度，并行是 * 失效率。

校验码

码距：编码系统中两个合法编码的码字之间的最小距离。2位可检错。3位可纠错。

奇偶校验只能检错（检一位错），CRC 可以检多位错，海明码可以检错和纠正一位错。

奇偶校验码不必多说。

CRC：k个数据位后跟r个校验位来进行编码。了解概念即可。

海明码：数据位间插入 k 个校验位，要求 $2^k-1\ge n+k$ 。