《微處理器系統結構與嵌入式系統設計》 （第2版）李廣軍
這是博主電科考研複試（微機原理）筆記！
1.緒論（略看）
（1）it行業四大規律
（2）發展概述
（3）普適計算與泛在通訊
（4）物聯網
（5）soc
（6）cmp
（7）流處理器
（8）pim
（9）嵌入式系統
2.重要課後題及答案
摩爾定律：處理器內電晶體整合度每18個月翻一番；
貝爾定律：如果保持計算能力不變，微處理器的**每18個月減少一半；（歸於摩爾定律）
吉爾德定律：主幹網的頻寬將每6個月翻一倍；
梅爾卡夫定律：網路價值與網路使用者數的平方成正比，或者說網路的利用價值等於使用者數的平方；
摩爾定律和貝爾定律描述了晶元的計算能力、**與規模之間的關係，指出了it產品變得更快、更小、更便宜的發展趨勢，為「計算的普及運用」提供了物質基礎；吉爾德定律給出了通訊系統頻寬的發展趨勢；梅特卡夫定律定量描述了單機與連網之間的巨大差別和網路的重要價值，反映了資料通訊網相對於其他通訊網路的效率差別。
①2023年，法國物理學家帕斯卡發明了機械性的齒輪式加法器；2023年德國數學家萊布尼茲發明了乘除器；2023年出現了商品機械計算器；19世界30年代至40年代英國發明家查理斯.巴貝設計了差分機和分析機；
②演算法理論基礎研究在20世紀30年代至40年代取得了突破性發展；
③英國艾蘭.圖靈在20世界40年代提出「圖靈機」，能解決所有的計算問題；
④2023年，美國數學家馮.諾依曼設計了edsac（第一台儲存計算機）；
⑤1955-2023年，用於算術邏輯的真空管被晶體三極體取代, 作為開關元件，使計算機的可靠性得到提高；
⑥2023年，ti發明了平面電晶體，製造出了第乙個ic；
資源使用的靈活性
大型機分時系統/批處理系統/單使用者系統
計算的自由性
低小型機
分布式計算
低微型機
基於網路的個人計算
基於開放系統的客戶/伺服器
協同計算
高普適計算終端
普適計算
高普適計算與泛在通訊的核心思想是，小型、便宜、網路化的計算和通訊裝置廣泛分布在日常生活的各個場所，計算和通訊裝置將不只依賴命令列、圖形介面進行人機互動，而更依賴「自然」的互動方式，計算/通訊裝置的尺寸將縮小到公釐級甚至奈米級。
普適計算也稱為泛在計算。環境感知，是泛在計算的核心。其意圖是：希望嵌入到環境或日常工具中的計算能夠使人更自然地和計算機互動；顯著目標之一：使計算機裝置可以感知周圍環境地變化，從而根據環境變化自動做出基於使用者需要或設定的行為。實質上，泛在通訊運用了無線電網路科技，與一般的行動計算的不同之處在於具有環境感知的特性。
無線感測器網路也可稱為泛在感測器網路或智慧型感測器網路，其是由多個節點組成的面向人物的無線自組織網路。它綜合了感測器技術、嵌入式計算技術、現代網路及無線通訊技術、分布式資訊處理技術等，通過各類微型感測器對目標資訊進行實時監測，由嵌入式計算模組對資訊進行處理，並通過無線通訊網路或其他形式的傳輸網路將資訊傳送至遠端監控中心。無線感測器網路由無線感測器檢測節點、網關節點（sink節點）、傳輸網路和遠端監控中心這4個基本部分組成；無線感測器網路的微型感測器具有感知、計算和通訊能力，它主要是由感知單元、傳輸單元和電源組成；在完成對感知物件的資訊採集、儲存和簡單計算後，通過傳輸網路傳送給遠端的監控中心。無線感測器網路中的部分節點或者全部節點可以移動，但網路節點發生較大範圍內的移動，勢必會使網路拓撲結構發生動態變化。網路中每個節點還具備動態搜尋、定位和恢復連線的能力。其特點包括：①自組織方式的組網 ②無中心結構 ③網路有動態拓撲 ④採用多跳路由進行路由接力傳遞 ⑤wsn的空間位置定址 ⑥高冗餘 ⑦硬體資源及功能有限 ⑧電源容量限制
物聯網是指物體通過智慧型感應裝置，經過傳輸網路，到達指定的資訊處理中心，最終實現物與物、人與物之間的自動化資訊互動與處理的智慧型網路；其重要特徵包括：（1）全面感知（2）可靠傳遞 （3）智慧型處理 物聯網面臨五個主要技術問題：技術標準問題、安全問題、協議問題、ip位址問題、終端問題
系統整合晶元（soc）以嵌入式系統為核心，以智財權（ip）復用技術為基礎，集軟、硬為一體，採用超神亞微公尺工藝技術，將微處理器、模擬ip核、數字ip核和儲存單元等整合在單一晶元上。資料傳輸速率也由每秒吉位元（gbps）提高到每秒太位元（tbps），soc是一種實現複雜系統功能的超大規模積體電路，soc不僅包含複雜硬體電路部分，還包含軟體部分，複雜硬體電路一般內含乙個或多個芯核，採用深亞微公尺和超深亞微公尺工藝技術來實現。ip是構成soc的基本單元，ip核分為軟核、硬核和固核，軟核一般是指以可綜合的rtl級描述提交的核，通常以hdl語言形式提交；硬核是指經過預先布局且不能由系統設計者修改的ip核，硬核一般是以電路版圖形式提交的核；固核介於硬核核軟核之間，由rtl的描述和可綜合的網表組成，一般是以門級網表的形式提交。
片上多核處理器又稱多核微處理器，已幾乎成為構造現代高效能微處理器的唯一途徑。傳統超標量指令發射技術無法從典型程式指令流中發掘出足夠多的並行性，處理器的功耗與散熱問題日益嚴重。通過在單個晶元中放入多個結構相對簡單的處理器核心，而不是使用乙個巨大的處理器核心。其特點如下：（1）易擴充套件（2）設計可復用（3）低功耗（4）容忍線延遲
乙個典型的流處理系統可以劃分為三部分：源結點，用於將資料傳入系統；計算結點，執行原子計算；終結點，將系統的資料輸出。
即將cpu核儲存器整合到一塊晶元內，又稱iram，大幅度改善儲存延遲。
指任何乙個可程式設計的計算機裝置。硬體是指核心晶元，儲存器系統及外部介面；軟體是指嵌入式作業系統核應用軟體。
（1）以積體電路級別而言，計算機系統的三個主要組成部分是什麼？
答：**處理器、儲存器晶元、匯流排介面晶元
（2）闡述摩爾定律
答：每 18 個月，晶元的電晶體密度提高一倍，運算效能提高一倍，而**下降一 半。
（3）什麼是 soc ？什麼是 ip 核，它有哪幾種實現形式？
答：soc ：系統級晶元、片上系統、系統晶元、系統整合晶元或系統晶元集等，從應用 開發角度出發，其主要含義是指單晶元上整合微電子應用產品所需的所有功能系統。ip 核：滿足特定的規範和要求，並且能夠在設計中反覆進行復用的功能模組。它 有軟核、硬核和固核三種實現形式。
（4）什麼是嵌入式系統？嵌入式系統的主要特點有哪些？
答：以應用為中心， 以計算機技術為基礎， 軟硬體可裁剪， 適應應用系統對功能、 可靠性、成本、體積和功耗的嚴格要求的專用計算機系統，即「嵌入到應用物件體系中 的專用計算機系統」 。特點：①嵌入式系統通常是面向特定應用的②嵌入式系統式將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業 的具體應用相結合的產物③嵌入式系統的硬體和軟體都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗餘， 力爭在同樣的矽片面積上實現更高的效能④嵌入式處理器的應用軟體是實現嵌入式系統功能的關鍵，對嵌入式處理器系統軟體和應用軟體的要求也和通用計算機有以下不同點：<1>軟體要求固體化，大多數嵌入式系統的軟體固化在唯讀儲存器中<2>要求高質量、高可靠性的軟體**；<3>許多應用中要求系統軟體具有實時處理能力⑤嵌入式系統和具體應用有機的結合在一起，它的公升級換代也是和具體產品同步進行的，因此嵌入式系統產品一旦進入市場，就具有較長的生命週期⑥嵌入式系統本身不具備自開發能力，設計完成以後使用者通常也不能對其 中的程式功能進行修改，必須有一套開發工具和環境才能進行開發
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