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嵌入式计算机系统概述：

定义：以应用为中心、以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统

嵌入式系统十位特定应用而设计的专用计算机系统，是由硬件子系统和软件子系统组成的，通过运行程序来协同工作

计算机硬件：

     基本的计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备这5大部件组成

     运算器：是对数据进行加工处理的部件，它主要完成算术和逻辑运算。

     运算器组成部件包括：

         （1）算术逻辑单元（ALU）：负责处理数据，实现对数据的算术运算和逻辑运算

         （2）累加寄存器（AC）：为ALU提供一个工作区，存放运算结果。例如：在执行一个减法前先把被减数放进AC中，再从内存中取出一个减数与AC中的被减数相减，然后将所得结果送回AC中

         （3）数据缓冲寄存器（DR）：作为CPU和内存、外部设备之间数据传送的中转站，用来暂时存放由内存存储器读、写的一条指令或一个数据字。

         （4）状态条件寄存器（PSW）：PSW保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容，例如进位标志、溢出标志、运算结果为0标志等等。

     控制器：主要功能是从主存中取出指令并进行分析，以控制计算机的各个部件有条不紊地完成指令的功能

     控制器一般包括指令控制逻辑、时许控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑等几个部分

     指令控制逻辑要完成取指令、分析指令和执行指令的操作，其过程分为取指令、指令译码、按指令操作码执行、形成下一条指令地址等步骤

     其间涉及到的部件有：

         （1）指令寄存器（IR）：存放CPU要执行的指令

         （2）程序计数器（PC，又称指令计数器）：用于存放下一条指令所在单元的地址

         （3）地址寄存器（AR）：保存当前CPU所访问的内存单元的地址。

         （4）指令译码器（ID）：指令包括操作码和地址码两部分，而ID则负责将IR中指令的操作码字段进行分析解析，识别该指令规定的操作，向操作控制器发出具体的控制信号，控制各部件完成所需功能

 

CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成

 

     存储器：分为内部存储器（内存，主存）和外部存储器（外存，辅存），计算机的记忆设备

        存储器金字塔结构图

1)按存储器所处的位置分类

 （1）内存：也称主存，设在主机内或主机板上，用来存放机器当前运行所需要的程序和数据

 （2）外存：也称为辅存，如磁盘，用来存放当前不参加运行的大量信息，而在需要时调入内存

2）按存储器材料分类

 （1）磁存储器：如磁盘

 （2）半导体存储器：根据数据是否需要重新刷新可分为静态（static memory）和动态(dymamic memory)

 （3）光存储器：利用光学方法进行读写，如光盘

3）按存储器的工作方式分类

 （1）读/写存储器（Random Access Memory，RAM，随机存储器）：指既可以读也可以写，按照工作原理，随机存储器分为静态随机存储器（static RAM，SRAM）和动态随机存储器（dynamic，DRAM）。SRAM比DRAM要快且更贵，我们日常个人电脑所用到的内存条DDR4指的是DDR SRAM第4代规格（Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory），是动态随机存储器一种

 （2）只读存储器（ROM）：工作过程中仅能读取的存储器，根据数据的写入方式，分为ROM，PROM，EPROM和EEPROM等类型

          1.固定只读存储器（Read Only Memory，ROM）：这种存储器的数据是由厂家在生厂时候写入，其内容只能读取，不能改变。

          2.可编程的只读存储器（Programmable ROM，PROM）:这种存储器出厂时空白，由用户写入一次，写入后即固定不能再次修改

          3.可擦除可编程的只读存储器（Erasable PROM，EPROM）:这种存储器能通过紫外线照射擦除信息，即可进行重新写入。

          4.电擦除可编程的只读存储器（Electrical EPROM）：用电擦除信息的EPROM。

          5.闪存（Flash Memory）。基于EEROM技术开发的存储技术，在当今时代占据重要地位。

4）按访问方式分为按地址访问存储器和按内容访问存储器

5）按寻址方式分类

 （1）随机存储器（Random Access Memory，RAM）：这种存储器可对任何存储单元存入和读取数据，访问任何一个存储单元所需的时间是相同的。

 （2）顺序存储器（Sequentially Addressed Memory，SAM）。访问数据所需要的时间与数据所在的存储位置相关，磁带是典型的顺序存储器。

 （3）直接存储器（Direct Addressed Memory，DAM）。介于随机存取和顺序存取之间的一种寻址方式。磁盘是一种直接存取存储器，它对磁道的寻址是随机的，而在一个磁道内则是顺序寻址。

 

存储在ROM设备中的程序通常称为固件（Firmware）

       习惯上将CPU和主存储器的有机组合称为主机，I/O设备位于主机之外，是计算机系统与外界交换信息的装置

 

计算机软件：

     计算机软件是指为管理、运行、维护及应用计算机系统所开发的程序和相关文档的集合。

     软件可分为系统软件、中间件和应用软件。

 

数据表示：

    二进制是计算机系统广泛采用的一种数制。在计算机内部，数值、文字、声音、图像等各种信息都必须经过数字化编码后才能被传送、存储和处理

    十进制转二进制（例如1234.625）：

（1）权值法：

  (2)取余法：

十进制转8进制、16进制可根据以上算法类比可得

二进制转八进制：每3位二进制数代表一个八进制位。

二进制转16进制：每4位二进制数代表一个十六进制位。

形式表示符：二进制（B:binary）八进制（O:Octal）十进制（D:decimal）十六进制（hexadecimal）

个人建议：对于十进制转n进制问题，为了简短运算步骤，建议整数部分用权值法，小数部分用乘法运算。

 

数据表示：

      数据在计算机中表示的形式称为机器数，采用二进制数表示，数的符号位0代表正，1代表负。

      带符号的机器数可采用原码、反码、补码和移码表示。

      四种码之间的关系：原码直接由十进制数转二进制得出，反码由原码按位取反（除符号位）得出，补码是反码加1，

移码则是补码的偏移量处取反，例如机器字长为n，偏移量为2^n-1，则只要将符号位取反即可

      注意以上关系是在负数时候使用，正数的反码、补码与原码相同

 

      定点数和浮点数：点，指的是小数点，顾名思义定点数就是表示数据时小数点的位置固定不变，浮点数则小数点的位置不固定

      其他数据的表示：

    （1）十进制数与字符的编码表示（8421BCD码、余3码、格雷码）

    （2）ACSII码

    （3）汉字编码（输入码、内部码、字形码）