【新版系统架构补充】-嵌入式技术

短命女 2024-03-22 23:32 34阅读 0赞

## 嵌入式微处理体系结构 ##

### 冯诺依曼结构 ###

传统计算机采用冯诺依曼结构，也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构  
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*  冯诺依曼的计算机程序和数据共用一个存储空间，程序指令存储地址和数据存储地址指向**同一个存储器的不同物理位置**
 *  采用**单一的地址及数据总线**，程序指令和数据的宽度相同
 *  处理器执行指令时，**先从存储器中取出指令解码，再取操作数执行运算**，即使单条指令也要耗费几个甚至几十个周期，在高速运算时，在传输通道上会出现瓶颈效应

### 哈弗结构 ###

哈弗结构是一种**并行体系结构**，它的主要特点是**将程序和数据存储在不同的存储空间中**，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，**每个存储器独立编址、独立访问**。  
![在这里插入图片描述][2ab4fe73fa524c10af27da2c843289f1.png_pic_center]

*  与两个存储器相对应的是系统中的**两套独立的地址总线和数据总线**
 *  这种分离的程序总线和数据总线可允许在**一个机器周期内同时获取指令字（来自程序存储器）和操作数（来自数据存储器）**，从而提高了执行速度，使数据的吞吐率提高了1倍

### 微处理器分类 ###

*  根据嵌入式微处理器的字长宽度，可分为4位、8位、32位和64位。 一般把16位及以下的称为嵌入式微控制器，32位及以上的称为嵌入式微处理器
 *  按系统集成度划分，分为两类：一种是微处理器内部仅包含单纯的中央处理器单元，称为一般用途微处理器；另一种是将CPU、ROM、RAM及I/O等部件集成到同一个芯片上，称为单芯片微控制器
 *  如果根据用途分，一般分为嵌入式微控制器MCU、嵌入式微处理器MPU、嵌入式数字信号处理器DSP、嵌入式片上系统SOC等
 *  嵌入式微控制器MCU的典型代表是单片机，和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减少，从而使功耗和成本下降，可靠性提高，其片上外设资源一般较丰富，适合于控制，是嵌入式系统工业的主流
 *  嵌入式微处理器MPU由通用计算机中的CPU演变而来，它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高，但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，目前常见的有ARM、MIPS、POWER PC等
 *  嵌入式数字信号处理器DSP是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令的执行速度。采用哈弗结构，流水线处理，其处理速度比最快的CPU还快10-50倍，在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。
 *  嵌入式片上系统SOC，是追求产品系统最大包容的集成器件，SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片嵌入操作系统的代码模块，是一个有专门目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容

### 多核处理器 ###

*  多核指多个微处理器内核，是将两个或更多的微处理器封装在一起，集成在一个电路中，多核处理器是单枚芯片，能够直接插入单一的处理器插槽中。在多核技术中，由操作系统软件进行调度，多进程，多线程并发都可以。

2个或多个内核工作协调实现方式：

*  对称多处理技术SMP：将2颗完全一样的处理器封装在一个芯片内，达到双倍或接近双倍的处理性能，节省运算资源
 *  非对称处理技术AMP：2个处理内核彼此不同，各自处理和执行特定的功能，在软件的协调下分担不同的计算任务

多核CPU的调度：

*  多核CPU环境下进程的调度算法一般有**全局队列调度和局部队列调度**两种  
    全局队列调度是指操作系统维护一个全局的任务等待队列，当系统中有一个CPU空闲时，操作系统就从全局任务等待队列中选取就绪任务开始执行，CPU核心利用率高。  
    局部队列调度是操作系统为每个CPU内核维护一个局部的任务等待队列，当系统中有一个CPU内核空闲时，就从该核心的任务等待队列中选取适当的任务执行，优点是无需在多个CPU之间切换

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> 4.  [第三章-信息系统基础知识][- 3]
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> 8.  [第五章-软件工程基础知识（软件测试、净室软件工程、基于构件的软件工程、 软件项目管理）][-_]
> 9.  [第六章-数据库设计基础知识（数据库基本概念、关系数据库）][- 7]
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