第一章 计算机系统基础知识

1.1 嵌入式计算机系统概述

根据 IEEE 的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的配置“。

国内的系统定义是：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。

可以认为，是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常嵌入式系统是一个控制程序存储在 ROM 中的嵌入式处理器控制板。

1.计算机硬件

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。通信部件也成为计算机系统基本组件。

中央处理单元：

运算器和控制器和相关部件集成一起，称为中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）。用于数据加工、完成算术、逻辑运算以及控制功能。

运算器：

对数据进行加工处理的部件，主要完成算术和逻辑运算。主要功能是从主存中取出指令并进行分析，以控制计算机各个部位完成指令。

存储器：

计算机系统的记忆设备，分为内部存储器，简称内存、主存和外部存储器，简称外存或者辅存。

内存速度快、容量小，用于临时存储计算机运行所需要的程序、数据以及运算结果。

外村容量大、速度慢，用于长期存钱信息。

寄存器：

CPU 存储器件，存放临时少量的数据、运算结果和整在执行的指令，速度快。

主机：

CPU 和主存器的有机组合。

输入/输出（I/O）：

设备位于主机之外，是计算机系统和外界交换信息的装置。

输入：信息输入计算机中。

输出：运算结果所要求的形式输出到外部设备或存储介质上。

2.计算机软件

计算机软件指的是管理、运行、维护以及应用计算机所开发的程序和相关文档的集合。

分为系统软件、中间件和应用软件等类型。

系统软件：

管理系统的硬件和软件资源。

应用软件：

解决应用领域的具体问题。

中间件：

一类独立的系统软件或者服务程序，用来管理计算机资源和网络通信，提供通信处理、数据存取、事务处理、Web 服务、安全，跨平台等服务。

3.计算机分类

（1）个人移动设备：带有多媒体用户界面的无线设备，如手机、平板。

（2）桌面计算机：台式计算机，笔记本等。

（3）服务器：服务器代替传统的大型机，主要提供大规模和可靠文件以及计算服务，强调可用性、可扩展性，和很高的吞吐率。

（4）集群/仓库级计算机：一组桌面计算机或者服务器用网络连接起来，类似如大型计算机

（5）超级计算机：规格高，性能强大。

（6）嵌入式计算机：针对某个特定的应用，如网络、通信、音频、视频等，对功能、可靠、成本、体积、功耗有严格要求。

1.2 数据表示

二进制是计算机采用的一种数制。数值、文字、声音、图形图像等必须经过数值化编码才能被传送、存储和处理。

1.2.1 进位计数制及转换

如果只用r个基本符号表示数值，则称其r进制（Radix-r Number System），r称为改数制的基数（Radix）。

不同数制的共同特点：

（1）有固定的符号集，例如。二进制的基本符号0和1。十进制的基本符号为0-9。

（2）数制都是用位置表示法。不同位置的数符代表的值不同，与所在位置的权值有关。如十进制数1234.55表示为：

常用进位数制有二进制、八进制、十进制、十六进制，如图

不同数制的相互转换：

（1）十进制与二进制转换

在二进制中，r=2，基本符号为0和1。二进制中的一个0或者1称为1位（bit）。

十进制数转换二进制数，整数部分和小数部分分别转换，然后再合并。

十进制整数转换二进制整数是“除2取余”。

十进制小数转换二进制小数是“乘2取整”。

例如1：十进制175.71875转换二进制数。

十进制数写成二进制数权的大小展开的多显示，从高到低按照各项的系数。

二进制数转成十进制数的方法是：将二进制数的每一位乘以它的权再相加，可以求得对应的十进制数值。

例如2：将二进制100110.101转换成十进制

（2）八进制计数法与十进制、二进制计数法的相互转换

八进制计数制的基本符号是0-7。

十进制转换八进制数的方法：十进制整数采用“除8取余”的方法转换八进制整数。

十进制小数采用“乘8取整”的方法转成八进制小数