【新版系统架构补充】-嵌入式技术

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

• 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。

• 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

软考-系统架构设计师知识点提炼-系统架构设计师教程（第2版）

1. 第一章-绪论
2. 第二章-计算机系统基础知识（一）
3. 第二章-计算机系统基础知识（二）
4. 第三章-信息系统基础知识
5. 第四章-信息安全技术基础知识
6. 第五章-软件工程基础知识（一）
7. 第五章-软件工程基础知识（需求工程和系统分析与设计）
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）
10. 第六章-数据库设计基础知识（数据库设计）
11. 第七章-系统架构设计基础知识（基于架构的软件开发方法）
12. 第七章-系统架构设计基础知识（架构风格、复用）
13. 第八章-系统质量属性与架构评估
14. 第九章-软件可靠性基础知识
15. 第十章-软件架构的演化和维护
16. 第十一章-未来信息综合技术
17. 第十二章-信息系统架构设计理论和实践
18. 第十三章-层次式架构设计理论与实践
19. 第十四章-云原生架构设计理论与实践
20. 第十五章-面向服务架构设计理论与实践
21. 第十六章-嵌入式系统架构设计理论与实践
22. 第十七章-通信系统架构设计理论与实践
23. 第十八章-安全架构设计理论与实践
24. 第十九章-大数据架构设计理论与实践