[嵌入式]1.计算机系统基础知识

数的表示

?R 进制转十进制：使用按权展开法

将 R 进制数的每一位数值用&岀形式表示； 冨的底数是 R：例如：二进制底数 R 就是2

指数为 k： k 与该位和小数点之间的距离有关；当该位位于小数点左边，k 值是该位和小数点之 间数码的个数； 当该位位于小数点右边，k 值是负值，其绝对值是该位和小数点之间数码的个数加 1

?定点整数/定点小数

机器数：各种数值在计算机中表示的形式称为机器数，特点：二进制数制；数符用 0/1 表示；小数点不占位置

带符号的数：机器数的最高位表示符合

定点整数（纯整数）：约定小数点的位置在机器数的最低位置后

定点小数（纯小数）：约定小数点的位置在机器数的最高数值位之前（ 在符号位之后）。最高数值位是

?浮点数：是小数点位置不固定的数，其能表示更大的数

原码：最高位为符号位'0 表示正， 1 表示负'

反码：最高位为符号位，0 表示正， 1 表示负， 正数的反码与原码相同，负数的反码则是其绝对

?原码/反码/补码/移码

补码：最高位为符号位'0 表示正， 1 表示负' 正数的补码与原码和反码相同，负数的补码则等值按位求反。

于其反码的末尾加 1。

移码：在数 X 上增加一个偏移量来定义，实际上，在偏移 2n-1 的情况下，移码等于数的补码的符号位取反。

CPU 中的相关组件

?程序计数器

是用于存放下一条指令所在单元的地址的地方。在程序执行前，必须将程序的起始地址，即程序的一条指令所在的内存单元地址送入程序计数器，当执行指令时，CPU 将自动修改程序计数器的内容，即每执行一条指令程序计数器增加一个量，使其指向下一个待指向的指令。程序的转移等操作也是通过该寄存器来实现的。

?地址寄存器

一般用来保存当前 CPU 所访问的内存单元的地址，以方便对内存的读写操作。

?累加器

是专门存放算术或逻辑运算的一个操作数和运算结果的寄存器

?ALU

是 CPU 的执行单元，主要负责运算工作。

?指令寄存器

一般用来保存当前正在执行的一条指令。

?数据寄存器

主要是用来保存操作数和运算结果等信息的，其目的是为了节省读取操作数所需占用总线和访问存储器的时间。

?地址寄存器

—般用来保存当前CPU 所访问的内存单元的地址，以方便对内存的读写操作。

CPU 的性能指标

?主频

即 CPU 的工作频率，单位是 Hz （赫兹）

?字长

即 CPU 的数据总线一次能同时处理数据的位数

?CPU 缓存（Cache Memory)

是位于CPU 与内存之间的临时存储器

?核心数量

是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎（内核）

总线

广义地讲，任何连接两个以上电子元器件的导线都可以称为总线。

内部总线：

用于芯片一级的互联，分为芯片内总线和元件级总线。芯片内总线用于集成电路芯片内部各部分的连接，元件级总线用于一块电路板内各元器件的连接

系统总线：

用于插板一级的互联，用于构成计算机各组成部分（CPU、内存和接口等）的连接，如：ISA 总线、PCI 总线等

外部总线：

又称通信总线，用于设备一级的互联，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，如：RS-232C, USB, SCSI 总线，IEEE-1394 等

数据总线控制总线

传送数据信息，CPU 一次传输的数据与数据总线带宽相等 传送控制信号和时序信号'如读/写、片选、中断响应信号等

地址总线 传送地址，它决定了系统的寻址空间

?总线的性能指标

总线的带宽：即单位时间内总线上可传输的数据量，单位是 MB/s

总线的位宽：即总线能同时传输的数据位数，有 32 位、64 位等

总线的工作频率：即总线的时钟频率，它是协调总线上各种操作的时钟频率

指令

?指令相关概念

指令：一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码，指令的基本格式如

?内存与接口统一编址方法

内存地址和接口地址统一在一个公共的地址空间里，即内存单元和接口共用地址空间。在这些地址空间里划出一部分地址分配给接口使用，其余地址归内存单元使用。分配给内存的地址区间只能用于内存单元，接口绝不允许使用。同样，分配给接口的地区间内存单元也绝不能再用。这种编址方法的优点是原则上用于内存的指令全部都可以用于接口，其中一部分分配给接口使用，剩余的为内存所用，这经常会导致内存地址不连续。当用于内存的指令和用于接口的指令是完全一样的，?维护程序时就需根据参数定义表仔细加辨认。

?直接程序控制（无条件传送/程序查询方式）

无条件传送

在此情况下，外设总是准备好的，它可以无条件地随时接收 CPU 发来的输出数据，也能够无条件地随时向 CPU 提供需要输入的数据

程序查询方式

是否准备好接收数据或准备好了向CPU 输入的数据，在这种方式下，利用查询方式进行输入输出，就是通过 CPU 执行程序查询外设的状态，判断外

?中断方式

由程序控制 I/O 的方法，其主要缺点在于CPU 必须等待 I/O 系统完成数据传输任务，在此期间

CPU 需要定期地查询 I/O 系统的恶状态，以确认传输是否完成。因此整个系统的性能严重下降。

?DMA

是指数据在内存与 I/O 设备间的直接成块传送，即在内存与I/O 设备间传送一个数据块的过程中，不需要 cPU 的任何干涉，只需要 CPU 在过程开始启动（即向设备发出“传送一块数据”的命令）与过程结束（CPU 通过轮询或中断得知过程是否结束和下次操作是否准备就绪）时的处理。实际操作由 DMA 硬件直接执行完成，CPU 在此传送过程中做别的事情中断

?中断

是指计算机在执行期间，系统内发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件，使得 CPU 暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来被中断处继续执行的过程

?中断响应时间

就是中断的响应过程的时间，中断的响应过程是当有事件产生，进入中断之前必须先记住当前正在做的事情，然后去处理发生的事情，处理这个过程的时间

?中断向量

中断服务程序的入口地址。

中断向量表：把系统中所有的中断类型码及对应的中断向量按一定的规律存放在一个区域内，这个存储区域就称为中断向量表

存储器分类

?按寻址方式 对任何存储单元存入或读取数据，访问任何一个存储单元所需的时间是相同 访问数据所需要的时间与数据所在的存储位置相关，磁带是典型

间接寻址意味着指令中给出的地址 A 不是操作数的地址，而是存放操作数地址的主存单元的地

随机存储器、顺序存储器、直接存储器

?相联存储器

是一种内容访问的存储器；可用在高速缓冲存储器虚拟存储器中用来作段表、页表、快表存代用在数据库和知识库中

?立即寻址

是一种特殊的寻址方式，指令中在操作码字段后面的部分不是通常意义上的操作数地址，而是操作数本身，也就是说数据就包含在指令中，只要取出指令 ，也就取出了可以立即使用的操作数。

直接寻址：在直接寻址中，指令中地址码字段给出的地址 A 就是操作数的有效地址，即形式地址等于有效

间接寻址

简称操作数地址的地址。

?寄存器寻址

寄存器寻址指令的地址码部分给出了某一个通用寄存器的编号这个指定的寄存器中存放着操作数。

?寄存器间接寻址

在寄存器间接寻址方式中，寄存器内存放的是操作数的地址，而不是操作数本身，即操作数是通过寄存器间接得到的。

校验码

?奇偶校验

是一种简单有效的校验方法

通过在编码中增加一位校验位来使编码中的 1 的个数为奇数（奇校验）或者为偶数（偶校验），从而使码距变为 2

. CRC

利用生成多项式为 K 个数据位产生 r 个校验位来进行编码其编码长度为：k+r