Flynn分类法（**）

  • 单指令流单数据流（SISD) Single instruction,Single data
  • 单指令流多数据流（SIMD）Single instruction,Multiple data
  • 多指令流单数据流（MISD）Multiple instruction,Single data
  • 多指令流多数据流（MIMD）Multiple instruction,Multiple data

CISC与RISC（**）

  • 复杂指令集计算机（CISC）Complex Instruction Set Computers

    指令：
    指令数据多，使用频率大，可变长格式，使用频
    率多的指令长度较小，频率少的指令其长度比较
    大
    寻址：
    支持多种
    实现方式：
    微程序控制技术（微码）
    其它：
    研制同期长

  • 精简指令集计算机（RISC）Reduce Instruction Set Computers

    指令：
    指令数据少，使用频率接近，定长格式，大部分
    为单周期指令操作寄存器，只有Load/Store操
    作内存。复杂的操作通过对指令的组合完成。
    寻址：
    支持方式少
    实现方式：
    增加了通用寄存器；硬布线逻辑控制为主；
    适合采用流水线
    其它：
    优化编译，有效支持高级语言

结构理论

  • 冯诺依曼结构

    冯诺依曼结构也称普林斯顿结构，是一种程序指令存储器和数据存储
    器全并在一起的存储器结构
    特点：
    1、一般用于PC处理器，如I3、I5、I7处理器
    2、指令与数据存储器合并在一起
    3、指令与数据都是通过相同的数据总线传输

  • 哈佛结构

    是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。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独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问
    特点：
    1、一般用于嵌入式系统处理器（DSP-数字信号处理，Digital Signal Processing）
    2、指令与数据分开存储，可以并行读取，有较高的数据吞吐率
    3、有4条总线：指令和数据的数据总线与地址总线

存储系统（***）

层次化存储结构

  • CPU-寄存器（快）

  • Cache-按内容存取（相关存储器）

    • Cache的功能：提高CPU数据输入输出的速率，突破冯诺依曼瓶颈，即CPU与存储系统间数据传送带宽限制。

    • 在计算机的存储系统体系中，Cache是访问速度最快的层次。

    • 使用Cache改善系统性能的依据是程序的局部性原理

      时间局部性:指程序中的某条指令一旦执行，不久以后该指令再次执行，典型原因是由于程序中存在着大量的循环操作。
      空间局性:指一旦程序访问某个存储单元，不久以后，其附近的存储单元也将被访问，即程序在一段时间内所访问的地址可能集中在一定的范围内，其典型情况是程序的顺序执行。
      工作集理论 工作集是进程运行时被频繁访问的内存页面集合。

    • 如果以h代表对Cache的访问命中率，t1表示Cache的周期时间，t2表示主存储器的周期时间，以读操作为例，使用『Cache+主存储器』的系统的平均周期为t3,则：t3=ht1+(1-h)t2其中（1-h)又称为失效率（未命中率）

  • 内存（主存）

    • 分类

      • 随机存取存储器

        DRAM（Dynamic RAM)-SDRAM
        SRAM（Static RAM）

      • 只读存储器

        MROM（Mask ROM，掩模式 ROM）
        PROM（Programmable ROM，一次可编程ROM）
        EPROM（Erasable PROM，可擦除的 PROM）
        闪速存储器（flash memory，闪存）

    • 编址

      按字节
      按字
      总容量=单位芯片容量芯片个数
      总容量=存储单元个数      编址内容

  • 外存（辅存）-硬盘、光盘、U盘等（慢）

    • 寻道时间是指磁头移动到磁道所需要的时间；

    • 等待时间为等待读写的扇区转到磁头正文所用的时间

    • 存取时间=寻道时间+等待时间（平均定位时间+转动延迟）

    • 平均存取时间，是指磁头找到指定数据的平均时间，通常它是硬盘平均寻道

    • 时间和平均潜伏时间（等待时间）之和。平均存取时间最能代表硬盘找到某

    • 一数据所用的时间，数值越小越好。

    • 平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间

    • 磁盘移臂调试算法

      先来先服务FCFS（First-Come，First——Served）
      最短寻道时间优先SSTF（Shortest Seek Time First）
      电梯算法（双向扫描）、单向扫描

流水线技术（**）

  • 概念

    相关参数计算：流水线执行时间，流水线吞吐率、流水线加速比、流水线效率
    流水线是指程序执行时多条指令重叠进行的一种准并行处理实现技术。各种部件同时处理是针对不同指令而言的，它们可同时为多条指令的不同部分进行工作，以提高各部件的利用率和指令平均执行速度

  • 基本计算

    流水线周期为执行时间最长的一段（取指、分析、执行中最长的一步）
    流水线的计算公式为：
    1条指令执行时间+（指令条数-1）流水线周期
    理论公式:(t1+t2+…+tk)+(n-1)    deltT【t1…tk】是流水线建立时间
    实践公式：kdeltT+(n-1)deltT
    流水线建立时间-第一条指令完成时所用的时间

  • 超标量流水线

    两条流水线或多条流水线，每个流水线均可完成取指、分析、执行等功能，分组执行

  • 流水线吞吐率

    在单位时间内流水线所完成的任务数量可输出的结果数量：
    TP=指令条数/流水线执行时间

  • 流水线最大吞吐率

    TPmax=lim(n/k+n-1)deltT=1/deltT流水线最大执行周期的倒数

  • 流水线加速比

    完成同样一批任务，不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间之比，称之为流水线的加速比。

嵌入式系统（***）

  • 芯片

    DSP: DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法
    SoC: System on Chip，简称Soc，也即片上系统。从狭义角度讲，它是信息系统核心的芯片集成，是将系统关键部件集成在一块芯片上；从广义角度讲，SoC是一个微小型系统，如果说中央处理器（CPU）是大脑，那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统
    MPU: 微机中的中央处理器（CPU）称为微处理器（MPU），是构成微机的核心部件，也可以说是微机心脏。它起到控制整个微型计算机工作的作用，产生控制信号对相应的部件进行控制，并执行相应的操作。
    MCU: 微控制单元（MicroController Unit），又称单片微型计算机（Single Chip MircoComputer）或单片机，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚
    至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同应用场合做不同组合控制

  • 开发设计（交叉开发环境）

    • 宿主机

      交叉编译器
      交叉链接器
      调试器

    • 目标机

      动态装载器
      链接装载器
      调试监视器
      调试代理器

  • 初始化过程

    片级初始化->板级初始化->系统初始化

    • 片级初始化
      完成嵌入式微处理器的初始化，包括设置嵌入式微处理器的核心寄存器和控制寄存器、嵌入式微处理器核心工作模式和嵌入式微处理器的局部总线模式等。片级初始化把嵌入式微处理器从上电时的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。这是一个纯硬件的初始化过程。
    • 板级初始化
      完成嵌入式微处理器以外的其他硬件设备的初始化。另外，还需设置某些软件的数据结构和参数，为随后的系统级初始化和应用程序的运行建立硬件和软件环境。这是一个同时包含软硬件两部分在内的初始化过程。
    • 系统初始化
      该初始化过程以软件初始化为主，主要进行操作系统的初始化。BSP将对嵌入式微处理器的控制权转交给嵌入式操作系统，由操作系统完成余下的初始化操作，包含加载和初始化与硬件无关的设备驱动程序，建立系统内存区，加载并初始化其他系统软件模块，如网络系统、文件系统等。最后，操作系统创建应用程序环境，并将控制权交给应用程序的入口。

    检验码

    • 奇偶检验码

      方法：由若干位有效信息（如一个字节），再加上一个二进制位（校验位）组成校验码
      奇校验：整个校验码（有效信息位和校验位）中的『1』的个数为奇数
      偶校验：整个校验码（有效信息位和校验位）中的『1』的个数为偶数
      可检查1位的错误，不可纠错

    • 循环校验码CRC（Cyclic Redundancy Check）

      CRC校验，可检错，不可纠错
      编码方法：在K位信息码后拼接r位校验码。应用CRC码的关键是如何从k位信息位简便地得到r位校验位（编码），以及如何从k+r位信息码判断是否出错
      把待编码的N位有效信息表示为多项式M(X)
      把M（X）左移K位，得到M（x）X^K，这样突出了K位，以便拼装K位余数（即校验位）
      选取一个K+1位的产生多项式G（X），对M（X）      X^K做模2除
      把左移K位以的有效信息与余数R（X）做模2加减，拼接为CRC码，此时的CRC码其有N+K位

    • 海明检验码

      可检错，也可纠错
      海明校验码的原理是:在有效信息位中加入几个校验位形成海明码，使码距比较均匀地拉大，并把海明码的每个二进制位分配到几个奇偶校验组中。当某一位出错后，就会引起有关的几个校验位的值发生变化，这不但可以发现错误，还能指出错误的位置，为自动纠错提供了依据。2^r>=m+r+1检验位-r信息位-m

作者：admin  创建时间：2022-10-10 17:52
最后编辑：admin  更新时间：2022-11-02 13:24