简介

  • 五月二十七日考试

第一章计算机系统基础知识

1.1 嵌入式计算机系统概述

1.1.1 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
  • 运算器和控制器及其相关部件已被集成在一起，统称为中央处理单元(Central Processing Unit, CPU)
    • 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。
    • 控制器的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
  • 存储器是计算机系统中的记忆设备，分为内部存储器(Main Memory, MM, 简称内存，主存)和外部存储器(简称外存或辅存)
    • 相对而言，内存速度快，容量小，一般用来临时存储计算机运行时所需要的程序，数据及运算结果
    • 外村容量大，速度慢，可用于长期保存信息。
    • 寄存器是CPU中的存储器件，用来临时存放少量的数据，运算结果和正在执行的指令。

1.1.2 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。

  • 如果计算机系统中仅有硬件系统，则只具备了计算的基础，并不能真正计算，只有将解决问题的步骤编制成机器可识别的程序并加载到计算机内存开始运行，才能完成计算

  • 软件，是计算机系统中的重要组成部分，通常可将软件分为系统软件，中间件和应用软件等类型
    • 系统软件的主要功能是管理系统的硬件和软件资源
    • 应用软件则用于解决应用领域的具体问题，
    • 中间件，是一类独立的系统软件或服务程序，常用来管理计算资源和网络通信，提供通信处理，数据获取，事务处理，Web服务，安全，跨平台等服务。

1.2 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，图形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。

1.2.1 数值型数据的表示

  • 数据在计算机中表示的形式称为机器数，其特点是采用二进制计数制，数的符号使用0，1表示，小数点隐含表示而不占位置。

  • 机器数对应的实际数值称为数的真值。

  • 无符号数，是指全部二进制位均代表数值，没有符号位。
  • 对于有符号数，其机器数的最高位是表示正，负的符号位，其余位则表示数值。
    • 若约定小数点的位置在机器数的最低数值位之后，则是纯整数；
    • 若约定小数点的位置在机器数的最高数值位之前（符号位之后），则是纯小数。
  • 为了便于运算，带符号的机器数可采用原码，反码，补码和移码等不同的编码方法

1.2.2 定点数和浮点数

  • 所谓定点数，就是表示数据时小数点的位置固定不变。
  • 小数点的位置通常有两种约定方式：
    • 定点整数，纯整数，小数点在最低有效数值位之后，
    • 定点小数，纯小数，小数点在最高有效数值位之前。
  • 所谓浮点数，是指小数点位置不固定的数，浮点表示法能表示更大范围的数

1.2.3 其他数据的表示

  • 各类数据的表示都有相应的基本字符集，任何字符在计算机中都必须转换成二进制表示形式，称为字符编码。

1.2.4 校验码

  • 计算机系统运行时，各个部件之间要进行频繁的数据交换，为了确保数据在传送过程中准确无误，一是提高硬件电路的可靠性，二是提高代码的校验能力，以进行查错和纠错。
  • 通常使用校验码的方法来检测所存储和传送的数据是否出错，即对数据可能出席那的编码分为合法编码和错误编码两类。
    • 合法编码，用于存储和传送数据
    • 错误编码，是不允许在数据中出现的编码
  • 码距，是校验码中的一个重要概念。所谓码距，是指一个编码系统中任意两个合法编码之间至少有多少个二进制位不同。

  • 例如，4位8421码的码距为1，在传输过程中，该代码的一位或多位发生错误，都将变成另外一个合法编码，因此这种代码无差错检验能力

  • 常用的三种校验码：
    • 奇偶校验码(Parity Codes)
    • 海明码(Hamming Code)
    • 循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check, CRC)

1.3 算术运算和逻辑运算

  • 基本的算术运算有加法，减法，乘法和除法。
  • 逻辑数据的取值只有 真 和 假，通常以 1 表示为 真； 0 表示为 假。
  • 基本的逻辑运算有： 逻辑与， 逻辑或， 逻辑非