中科院自动化所考研之中科大微机原理课件-总复习篇

中科院自动化所考研之中科大微机原理课件总复习篇-本课件旨在帮助考生全面复习微机原理课程，涵盖基础知识、重点内容和常见考点复习大纲及考试范围考试内容考试形式参考教材主要内容涵盖计算机系统硬件结构概述、数闭卷考试，考试时间为120分钟，满分100《微型计算机原理及应用》（第五版），唐据表示及运算、存储器系统、CPU的组成和分朔飞等著，清华大学出版社工作过程、指令系统、指令执行机制、中断系统、总线概念和接口标准、工作模式和运算方式、外围设备接口和控制、微机系统软硬件接口技术、微机系统性能评价、微机系统的主存管理、进程和线程管理、处理器调度和上下文切换、内存管理技术、虚拟存储技术、文件管理和设备管理、输入输出技术、嵌入式系统概述、嵌入式操作系统、工作原理、嵌入式系统设计方法、嵌RTOS入式系统优化技术、嵌入式系统安全性、嵌入式系统实例分析、微机原理典型应用计算机系统硬件结构概述中央处理器内存硬盘主板CPU RAMHDD计算机的大脑，执行指令和处用于存储正在运行的程序和数用于长期存储数据和程序连接所有组件的电路板理数据据数据表示及运算进制转换数据编码12了解二进制、十进制、八进制掌握各种数据编码方式，如、十六进制之间的转换关系ASCII码、BCD码、Gray码等定点运算浮点运算34学习定点数的表示方法和加减理解浮点数的表示方式和加减乘除运算乘除运算存储器系统存储器分类存储器特性主存、辅存、高速缓存（Cache）容量、速度、成本、功耗存储器结构地址空间、存储单元、存储字长的组成和工作过程CPU运算器1负责执行算术运算和逻辑运算控制器2负责控制整个的工作过程CPU寄存器组3用于存储指令、数据和中间运算结果指令周期4取指、译码、执行、写回四个阶段，重复执行以完成指令指令系统指令格式指令类型指令格式定义了指令的结构和组指令类型包括数据传送、算术运成，包括操作码、操作数地址等算、逻辑运算、程序控制等寻址方式寻址方式决定了如何获取操作数，包括立即寻址、直接寻址、间接寻CPU址等指令执行机制指令译码1将指令转换为机器可理解的格式操作数获取2从存储器或寄存器中获取操作数执行操作3执行指令指定的运算或操作结果存储4将运算结果写入存储器或寄存器中断系统中断信号中断处理中断类型硬件或软件事件触发中断请求，中断控制CPU响应中断，保存当前状态，跳转到中包括硬件中断、软件中断和异常，分别由器接收并处理请求断服务程序不同的事件触发总线概念和接口标准定义分类标准总线是连接计算机系统中各个部件之间总线可分为系统总线、外部总线和内部常见的总线标准包括PCI、ISA、AGP、的数据通路，负责在不同部件之间传递总线，根据传输信息的类型又可分为数USB、SATA等，每个标准都定义了总线数据、控制信号和地址信息据总线、地址总线和控制总线的传输方式、数据宽度、时钟频率等技术参数工作模式和运算方式实地址模式保护模式12实地址模式是CPU的基本工保护模式是一种更高级的工作作模式，它使用20位地址线模式，它引入了内存保护机制，直接访问1MB的物理内存，允许多个程序同时运行运算方式3微机系统支持多种运算方式，包括算术运算、逻辑运算、移位运算和字符串操作等外围设备接口和控制接口网络接口视频接口USB通用串行总线是一网络接口卡允许视频接口用于连接显示器，例如、Universal SerialBus NetworkInterface CardVGA种串行总线标准，用于连接外围设备，例计算机连接到网络，如以太网、无线网络HDMI、DVI等如键盘、鼠标、打印机等等微机系统软硬件接口技术中断机制传输DMA中断是硬件和软件交互的重要手DMA传输允许外设直接访问主存段中断允许外设在需要时向，无需CPU介入，提高了数据传发出信号，打断的正常输效率控制器负责数据传CPU CPUDMA运行，从而及时处理外设请求输的控制，减轻了CPU的负担端口设备驱动程序I/OI/O端口是CPU与外设之间进行数设备驱动程序是连接硬件和软件据交换的桥梁CPU可以通过I/O的桥梁它负责管理外设的运行端口控制外设，并接收外设传来，并为应用程序提供统一的接口的数据微机系统性能评价指标描述速度执行指令的速度，通常用每秒执行的指令数（MIPS）或每秒执行的浮点运算数（MFLOPS）来衡量吞吐量单位时间内系统处理的数据量，通常用每秒传输的数据量（Mbps）来衡量响应时间系统对请求做出响应的时间，通常用毫秒（ms）或微秒（μs）来衡量可靠性系统正常工作的时间比例，通常用平均无故障时间（MTBF）来衡量可扩展性系统在不影响性能的情况下增加硬件或软件的能力成本系统开发、维护和使用的成本，通常用每年的成本（美元）来衡量微机系统的主存管理内存分配内存保护管理内存分配给不同进程，防止保护每个进程的内存空间，防止冲突和资源浪费一个进程访问或修改另一个进程的内存内存共享内存回收允许不同的进程共享内存区域，释放不再使用的内存空间，以便提高资源利用率其他进程使用进程和线程管理进程是操作系统分配资源的基本单位线程是操作系统调度的基本单位进程和线程管理主要包括进程创建、撤销、阻塞、唤醒、挂起、激活等操作处理器调度和上下文切换调度算法1先来先服务、最短作业优先、时间片轮转上下文切换2保存当前进程状态，加载新进程状态调度策略3抢占式调度、非抢占式调度内存管理技术内存碎片分页管理分段管理内存分配过程中可能出现碎片，导致可用将物理内存和逻辑地址空间划分为固定大将逻辑地址空间划分为若干大小可变的段内存分散，降低系统效率小的页面，实现地址转换和内存共享，支持程序的模块化和内存保护虚拟存储技术虚拟存储技术概念虚拟存储技术原理虚拟存储技术类型虚拟存储技术优点虚拟存储技术是一种内存管虚拟存储技术通过将程序分虚拟存储技术主要包括分页虚拟存储技术可以提高内存理技术，它允许程序使用比成若干个页面，并将页面存式虚拟存储和分段式虚拟存利用率，允许运行更大的程物理内存更大的地址空间储在磁盘上，当需要使用某储序，并且能够减少内存碎片个页面时，将其调入内存文件管理和设备管理文件系统设备驱动程序12文件系统提供了一种组织和管设备驱动程序负责与外围设备理文件的方法，方便用户访问进行通信和控制，确保设备能和操作文件够正常工作内存管理技术3内存管理技术负责分配和回收内存资源，优化内存使用效率，避免资源浪费输入输出技术输入设备输出设备接口I/O输入设备将外部信息转换为计算机可识输出设备将计算机内部信息转换为人可I/O接口是连接输入输出设备和计算机的别的信号，例如键盘、鼠标、扫描仪等以理解的形式，例如显示器、打印机、桥梁，负责数据传输和控制音箱等嵌入式系统概述嵌入式系统是将计算机技术应用于特定应用领域的系统，其特点是专用性强、实时性高、可靠性强、体积小、成本低，广泛应用于各种电子设备中嵌入式系统通常由硬件和软件组成，其中硬件部分包括微处理器、存储器、外围设备等，软件部分包括操作系统、应用程序等嵌入式操作系统实时性资源受限实时性是嵌入式操作系统的主要嵌入式系统通常运行在内存和存特点之一，它能够在特定时间内储空间有限的设备上，操作系统完成指定的任务需要优化资源使用可定制性嵌入式系统通常需要根据具体应用场景进行定制，操作系统需提供灵活的配置选项工作原理RTOS任务调度RTOS负责管理和调度多个任务，根据优先级、时间片等因素选择下一个执行的任务内存管理RTOS提供内存分配和管理机制，确保不同任务之间不会发生冲突通信机制RTOS支持任务之间的通信，例如消息队列、信号量等，使任务之间能够协作工作时间管理RTOS提供定时器和时间管理功能，用于实现实时任务的准确执行嵌入式系统设计方法需求分析深入了解系统功能、性能、成本、可靠性等需求，明确设计目标系统架构设计划分模块，确定硬件和软件之间的接口，选择合适的处理器、存储器、外设等软件设计编写嵌入式软件代码，包括驱动程序、应用程序、操作系统等硬件设计设计电路板、选择元器件，实现硬件功能，与软件接口协同工作测试与调试进行硬件和软件测试，发现和解决问题，确保系统功能和性能满足要求系统集成将硬件和软件整合在一起，形成完整的系统，并进行最终测试和验证嵌入式系统优化技术优化性能提高速度、降低能耗优化内存减少内存占用，提高效率::优化安全性增强系统防御能力，防:范攻击嵌入式系统安全性数据保护网络安全物理安全确保敏感数据的机密性、完整性和可用性保护嵌入式系统免受网络攻击，例如恶意防止对硬件的未经授权的访问，例如设备软件、拒绝服务攻击和数据窃取丢失、损坏或篡改嵌入式系统实例分析我们将分析一些现实世界的嵌入式系统例子，例如智能手机、无人机、物联网设备等，以帮助你理解嵌入式系统的实际应用和设计原理通过这些实例分析，你将更深刻地理解嵌入式系统的关键概念和设计原则，并能够将其应用到实际的项目开发中微机原理典型应用嵌入式系统网络通信12微机原理在嵌入式系统设计和网络路由器、交换机、服务器开发中扮演着重要角色，例如等设备的硬件架构和通信协议智能手机、汽车电子、工业自都基于微机原理动化等数据处理3微机原理是数据中心、云计算、大数据等领域的关键技术基础，用于高效处理海量数据课程总结及复习建议系统理解重点掌握全面掌握计算机系统硬件结构，重点关注指令系统、中断系统、了解各个部件的相互联系和工作内存管理和输入输出技术等核心原理内容实践练习持续学习多做习题和实验，巩固理论知识关注计算机领域的新技术和发展，培养动手能力趋势，保持学习的热情答疑环节欢迎大家提出问题，我会尽力解答大家可以在课程结束后，通过电子邮件或微信联系我，或者加入讨论群进行交流。