计算机三级考点汇总：

    一、嵌入式系统及其应用

    二、嵌入式处理器

    三、嵌入式处理芯片

    四、嵌入式系统软件

    五、嵌入式系统的开发

一、嵌入式系统及其应用

1-1.什么是嵌入式系统？

嵌入式计算机系统的简称，是一种在设备或系统内部，为特定应用而设计开发的专用计算机系统。

1-2.嵌入式系统的共同特点

1. 专用型：与具体应用紧密结合。
2. 隐蔽性
3. 资源受限：软硬件资源受到严格限制。
4. 高可靠性
5. 实时性
6. 软件固化

2-1.嵌入式系统的组成

• 软件和硬件
• 硬件的主体是中央处理器和存储器，通过I/O接口和输入输出设备与外部联系

（1）处理器

能够按照指令高速度完成二进制数据算术和逻辑运算的部件

（2）存储器

（3）I/O接口

（4）数据总线

（5）软件

2-2.嵌入式处理芯片

• 微处理器
• 数字信号处理器（DSP）
• 微控制器（单片机MCU）
• 片上系统（SoC）：嵌入式系统全部功能都集成在一块芯片上

3.嵌入式系统的发展

• 第一个嵌入式系统是20世纪60年代初美国麻省理工学院开发的阿波罗导航计算机
• 20世纪90年代中期开始，使用32位精简指令集计算机处理器和嵌入式操作系统成为标志

4-1.微电子技术

（1）集成电路和制造

微电子技术是以半导体集成电路为核心，根据它所含的电子元件可分为小规模、中规模、大规模、超大规模和极大规模集成电路等。

（2）集成电路的发展趋势

主流技术已经达到12~14英寸晶圆、45nm或32nm的工艺水平；最复杂的CPU芯片集成晶体管数目超过10亿个。

（3）微机电系统（MEMS）

机电一体化向微型化发展。

4-2.SoC芯片的开发流程

总体设计—>逻辑设计—>综合与仿真—>芯片制造

4-3.IP核及其复用

• 以库中包含的IC设计文件按其复杂程度分为：逻辑门级；寄存器传输级；行为级，如CPU、DSP
• 这些已完成并经过验证的IC具有固定的不可再分解的功能特性，称之为核（Core）。分为：软核、固核和硬核。

5-1.数字电子文本

• ASCII码: 目前计算机中使用最广泛的西文字符集及其编码是ASCII字符集和ASCII码，包含128个字符，其中96个可打印字符（如拉丁字母、阿拉伯数字、标点符号等）和32个控制字符，每个字符使用7个二进制位进行编码。
• 汉字编码：GB2312: 我国早期广泛使用的汉字编码国家标准，包含6763个简体汉字，采用双字节编码。GB18030: 2005年发布的汉字编码国家标准，增加了更多汉字，与GB2312兼容，包含中日韩统一汉字约7万多个。
• UCS/Unicode编码：最常用的有两种，UTF-8和UTF-16。

• • UTF-8: 采用单字节可变长编码，一般使用3字节编码汉字，极少数使用4字节。
  • UTF-16: 采用双字节可变长编码，一般使用双字节编码汉字，其他不常用字符使用4字节。

兼容性: GB18030字符集与国际标准UCS/Unicode字符集基本兼容，但具体汉字的编码不同。

5-2.文本的类型

是否具有排版格式？	简单文本	txt
	丰富格式文本	.doc、 pdf、 .html
文本内容组织方式	线性文本	内容是线性的
	超文本	WWW网页，网状结构

5-3.文本展现

• 展现过程: 首先要对文本的格式描述进行解释，然后生成字符和图、表的位图图像(Bitmap)，最后再传送到显示器或打印机输出。
• 展现方式: 数字电子文本主要有两种展现方式，打印输出和在屏幕上进行阅读。
• 字符形状描述方法: 点阵法: 如4×4点阵，通过涂黑点阵表示字符。轮廓法: 也称适量法，用于描述字符形状。

6.数字图像

6-1. 数字图像的获取和主要参数

1）图像获取的4个处理步骤

• 扫描: 将画面划分为M×N个网格，每个网格称为一个取样点。
• 分色: 将每个取样点的颜色分解成红、绿、蓝(R、G、B)3个基色，灰度图像或黑白图像则不必进行分色。
• 取样: 测量每个取样点的每个分量（基色）的亮度值。
• 量化: 对取样点每个分量的亮度值进行A/D转换，用数字量（一般是8位至12位的正整数）表示。

2）图像获取所使用的设备

• 数码相机: 将实际景物的2D映像输入到计算机内并以数字图像的形式进行表示。
• 扫描仪: 主要针对图片上的已有纸板，将其变成数字化图像。

3）数字图像的主要参数及其含义

• 图像大小: 也称为图像分辨率，用水平分辨率x垂直分辨率表示，如1400×300，800×600，高清图像分辨率为1920×1080
• 位平面数目: 像素颜色分量的数目。黑白或灰度图像只有一个位平面，彩色图像有3个或更多的位平面。
• 像素深度: 每像素用多少个二进制位来表示，是像素的所有颜色分量的二进制位数之和，决定了图像中可能出现的不同颜色（或不同亮度）的最大数目。
• 颜色模型: 彩色图像所使用的颜色描述方法。显示器通常使用RGB(红、绿、蓝)模型，彩色打印机使用CMYK(青、品红、黄、黑)模型。

6-2. 数字图像常用文件格式及其应用

1）图像数据量计算公式

图像数据量 = 图像水平分辨率 x 图像垂直分辨率 x 像素深度 / 8（以字节为单位）

KB = 2^10 = 1024B，MB = 2^20, GB = 2^30, TB = 2^40

2）数据压缩的类型

• 无损压缩

使用压缩后的数据还原图像时，重建的图像与原始图像完全相同，没有一点误差。如：行程长度编码(RLE)、哈夫曼(Huffman)编码等。

• 有损压缩

使用压缩后的图像数据进行还原时，重建的图像与原始图像虽有一些误差，但不影响人们对图像含义的正确理解和使用。如：变换编码、矢量编码等。

3）嵌入式系统常用的几种图像文件的格式

• BMP: 使用RLE(行程长度编码)，无损压缩，用于Windows应用程序，由Microsoft开发。
• TIF: 使用RLE和LZW(字典编码)，无损压缩，用于桌面出版，由Aldus和Microsoft开发。
• GIF: 使用LZW，无损压缩，用于互联网，由CompuServe开发。
• JPEG: 使用DCT(离散余弦变换)和Huffman编码，大多为有损压缩，用于互联网、数码相机等，由ISO/IEC制定。
• PNG: 使用LZ77派生的DEFLATE压缩算法，无损压缩，用于互联网、桌面出版等，由W3C开发。

7.数字音频与数字视频

7-1. 音频/视频信息的数字化

1）声音信号的数字化

取样: 将连续的声音信号离散为不连续的样本，取样频率决定每秒采样的次数，影响声音还原度。

量化: 将每个样本的模拟量转换为数字量，涉及A/D转换，量化位数决定数值表示范围。

编码: 对取样和量化后的数据进行压缩，减少数据量，并按特定格式组织为文件，便于存储、处理和传输。

2）视频信号的数字化

定义: 视频泛指活动图像序列，以帧为单位进行数字化。

过程: 类似于音频，但更复杂，涉及每帧图像的采集与处理，数据量巨大，必须压缩。

7-2. 数字音频常用文件格式及其应用

• 主要参数: 取样频率、量化位数、声道数目、压缩编码方法、比特率（码率）。
• 比特率计算: 波形声音的码率=取样频率×量化位数×声道数（单位：b/s），压缩编码后的码率为压缩前的码率除以压缩倍数。

7-3. 数字音频常用文件格式及其应用

• WAV: 未压缩，声音达到CD品质，支持多种采样频率和量化位数。
• MP3: 有损压缩，采用MPEG-1 audio层III压缩，压缩比高，广泛用于互联网音乐。
• FLAC/APE/M4A: 无损压缩，压缩比约为2:1，用于高品质数字音乐。
• WMA: 有损压缩，压缩比高于MP3，使用数字版权保护，适用于互联网音乐。
• AC3/AAC: 有损压缩，支持5.1、7.1声道（多声道），用于DVD、数字电视、家庭影院等。

7-4. 视频压缩编码的国际标准及其应用

• MPEG-1：分辨率360x288，码率1.2~1.5Mb/s，适用于VCD、数码相机、数字摄像机等
• H.261：分辨率360x288或188x144，应用于视频通信
• MPEG-2(MP@ML): 用途最广，分辨率720x576，码率5~15Mb/s，用于DVD、数字卫星电视转播等
• MPEG-2 High Profile: 分辨率1440x1152，用于高清晰度电视(HDTV)，码率80-100Mb/s
• MPEG-4 ASP: 低分辨率低码率领域，如监控、IPTV、手机等
• MPEG-4 AVC(H.264): 多种不同的图像格式，最新且应用最广的标准，支持多种领域，如HDTV、蓝光光盘、XBOX、iPad等

7-5. 数字视频及其伴音的文件格式

• 国际标准MPEG格式: .dat、.mpg、.mpeg、.mp4、.vob、.3gP、.3g2等。
• AVI/ASF: 微软公司格式，ASF适合流媒体应用。
• QTFF格式: 苹果公司，扩展名为.mov和.qt。
• DivX格式: DivX公司。
• RM/RMVB格式: RealNetwork公司，RMVB采用H.264/MPEG-4 AVC算法，性能优于DivX和Xvid。
• FLV/F4V格式: Adobe公司，支持流式传输。

.asf,.wmv,,mov,.rm,.rmvb,.flv,f4v等均支持流式传输

8.数字通信

8-1. 通信的基本任务

1）通信的要素与信号形式

• 通信三要素:信源: 信息的发送者。信宿: 信息的接收者。信道: 传输的通道。
• 信号形式:模拟信号、数字信号。

2）模拟信号与数字信号的比较

• 模拟信号:连续变化，易受噪声干扰，传输质量不稳定。
• 数字信号:电平或电流只有有限状态，抗噪声能力强。

3）数字通信的优势

抗噪声能力强: 数字信号由于只有有限状态，因此对噪声的抵抗能力更强。

传输质量稳定: 相比模拟信号，数字信号在传输过程中的质量更加稳定。

便于处理与存储: 数字信号易于被计算机等数字设备处理与存储。

易于加密与解密: 数字信号便于进行加密处理，提高通信的安全性。

8-2. 有线与无线通信

有线通信:

• 双绞线: 成本低，易受外部高频电磁波干扰，误码率较高；传输距离有限；应用于固定电话本地回路、计算机局域网等。
• 同轴电缆: 传输特性和屏蔽特性良好，可作为传输干线长距离传输信号，但成本较高；应用于固定电话中继线路、有线电视接入等。
• 光缆: 传输损耗小，通信距离长，容量大，屏蔽特性好/不易被窃听，重量轻，便于铺设，但强度稍差，精确连接两根光纤比较困难；应用于电话、电视等通信系统的远程干线，计算机网络的主干线路。

无线通信：

• 自由空间: 建设费用低，抗灾能力强，容量大，无线接入使得通信更加方便，但容易被窃听和受干扰；应用于广播，电视，移动通信系统，计算机无线局域网等。
• 微波通信：利用300MHz~300GHz的电磁波

8-3. 数字通信的传输技术

1）调制与解调技术

• 调制: 信息传输时，利用信源信号去调整（改变）载波的某个参数（幅度、频率或相位）的过程。
• 解调: 接收方把载波所携带的信号检测出来恢复为原始信号的形式的过程。

2）多路复用技术

• 目的: 提高传输线路的利用率，降低通信成本。
• 时分多路复用（TDM）: 各通信终端以事先规定的顺序轮流使用同一传输线路进行信号传输。
• 频分多路复用（FDM）: 将每个信源发送的信号调制在不同频率的载波上，通过多路复用器将它们复合成为一个信号，在同一传输线路上传输。
• 波分多路复用（WDM）: 频分多路复用技术的一种，主要应用于光的传输，通过不同波长的光信号来携带不同的信息。

3）交换技术

• 电路交换: 通话前经过拨号接通双方的线路（建立一条物理通路），通话后再释放（拆线）。特点是在通话的全部时间内用户始终占用端到端的传输信道。
• 分组交换: 将数据分成多个小分组进行传输，每个分组携带目的地址和源地址，通过中间节点进行选路。优点是大大提高传输线路的利用率，但会产生额外开销（如分组头部信息）。

9.计算机网络（局域网）

计算机网络是利用通信设备、传输线路和网络软件，连接地理上分散的计算机及其他智能设备，实现相互通信和资源共享的工具。

9-1. 计算机网络的组成

• 计算机等智能电子设备: 网络的通信终端，如手机、电视机顶盒、监控报警设备、厨房卫生设备等。
• 数据通信链路: 用于数据传输的双绞线、同轴电缆、光缆，以及通信控制设备（如网卡、集线器、交换机、调制解调器、路由器等）。
• 通信协议: 确保网络互联互通，计算机和通信控制设备必须遵循的规则和约定。
• 网络软件: 实现网络通信协议，包含在操作系统中，还包括网络应用，如电子邮件程序、浏览器程序、即时通信软件、网络游戏软件等。

9-2. 计算机网络的类型

1）网络的划分

• 按传输介质: 可分为有线网和无线网。
• 按拓扑结构: 可分为星型网、环型网、总线型网、混合型网等。
• 按访问控制方法: 可分为以太网(Ethernet)、FDDI网和令牌网等。
• 一般按照网络覆盖的地域范围，分为：局域网、城域网、广域网

2）以太局域网

• 自建自管，地理范围有限。
• 使用以太网协议，用专门铺设的传输介质进行联网和数据通信。
• 数据传输速率高(10Mb/s∼10Gb/s)( 10 \mathrm{Mb/s} \sim 10 \mathrm{Gb/s} )(10Mb/s∼10Gb/s)，延迟时间短，误码率低(10−8∼10−11)\left( 10^{-8} \sim 10^{-11} \right)(10−8∼10−11)。
• 采用分组交换技术，数据帧包含发送设备MAC地址、接收设备MAC地址、控制信息、有效载荷、校验信息。

3）无线局域网

• 以太网与无线通信技术相结合。
• 借助无线电波进行数据传输，主要使用2.4 GHz和5.8 GHz两个频段。
• 采用的协议主要是IEEE 802.11（俗称WiFi）。
• 需使用无线网卡、无线接入点（热点）等设备构建。

蓝牙技术:

• 短距离、低速率、低成本的无线通信技术。
• 用于去掉手机、平板电脑等移动终端设备之间及其与附属装置之间的连接电缆，构成无线个人区域网络。

10.互联网

10-1. IP协议与路由器

1）IP地址

• 定义: IP地址是TCP/IP协议中用于标识连接到网络的终端设备的统一格式地址。
• 格式: IPv4地址长度为32位（4字节），采用点分十进制表示，如26.10.35.48。
• 分类: IP地址分为A类、B类、C类、D类（组播地址）和E类（备用地址）。其中，C类地址适用于小规模局域网，最多包含254台主机。
• IPv6: 由于IPv4地址空间不足，IPv6将地址长度扩展到128位，几乎可以无限提供IP地址。

2）IP数据报

• 定义: IP数据报是IP协议定义的一种独立于各种物理网络的数据包格式，用于克服物理网络的异构性。
• 组成: IP数据报由头部和数据区两部分组成。头部信息: 包含发送和接收数据报的终端设备的IP地址、IP协议版本号、头部长度、数据报长度、服务类型等。数据区: 携带要传输的数据，长度可变，最小为1字节，最大可达64KB（包括头部信息）。
• 封装与分拆: 所有在TCP/IP网络中传输的数据都必须在IP层面封装或分拆成IP数据报后才能进行发送或接收。

3）路由器

路由器是遵循IP协议将异构网络互相连接起来的关键设备，能够屏蔽不同网络的技术差异，确保数据正确传输。

功能:选择路由: 确定数据包的最佳传输路径。 转发IP数据报: 将数据包从输入端口转发到输出端口，并进行协议转换。

结构: 路由器具有多个输入端口和多个输出端口，通常使用高速通信链路连接，且可以拥有多个IP地址。

作用:

• 网络分割: 将大型网络分割成多个子网络，避免广播风暴。
• 负载均衡: 平衡网络负载，提高传输效率。
• 安全监控: 监视用户流量，过滤特定IP数据报，保障网络安全。
• 特殊服务: 通过优先权控制、预约网络带宽等措施提供网络特殊服务。

10-2. 互联网及其组成

互联网（Internet）: 指的是在美国ARPA网基础上，通过采用TCP/IP协议连接其他计算机网络发展而成的世界上最大的一个互联网络。

1）互联网的结构

• 早先的三级结构：主干网: 覆盖全美主要的大学和研究所。地区网: 连接各地区的网络。校园网: 连接具体学校或机构的网络。
• 基于ISP（互联网服务提供商）的多层次结构

第1层ISP: 服务面积最大，一般能覆盖国家范围，如中国移动、中国联通、中国电信。

第2层ISP: 和一些大公司都是第1层ISP的用户，如某些宽带接入公司。

第3层ISP（本地ISP）: 只拥有本地域范围的网络，普通的校园网和企业网以及家庭和个人都是其用户。

• ISP的作用：1.拥有通信线路和IP地址: ISP通常拥有自己的通信线路，并从互联网管理机构申请得到许多IP地址。2.分配IP地址: 用户的计算机若要接入互联网，必须获得ISP分配的IP地址。

2）互联网的接入方式

• 逐级接入: 用户可以通过一级、二级或三级ISP逐级接入互联网。
• 获取IP地址: 接入时，用户会获得所接入的ISP提供的IP地址，这是接入互联网的关键。

10-3. 互联网的接入

1）ADSL接入

ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）即不对称数字用户线，利用普通电话线作为传输介质，通过加装ADSL设备实现数据的高速传输。

数据传输速度:上传64∼256kb/s，最高达1Mb/s。下行理想状态下可达8Mb/s，通常1Mb/s或2Mb/s左右。有效传输距离一般为3∼5km。

特点:

• 电话线可同时接听、拨打电话并进行数据传输，互不影响。
• 数据不通过电话交换机传输，因此上网无需额外电话费。
• 数据传输速率根据线路情况自动调整，适应大多数用户使用要求。

2）有线电视网接入

有线电视（Cable MODEM）广泛采用光纤同轴电缆混合网（HFC）传输电视节目和数据。HFC主干线部分使用光纤连接到小区。“最后1公里”使用同轴电缆以树型总线方式接入用户居所。

特点:

• 传输容量大，抗电子干扰能力强。
• 融数字与模拟传输技术于一身，既能传输高质量电视节目，又能提供高速数据传输和信息增值服务。
• 数据通信与电视信号传输互不影响，上网时可同时收看电视节目。

3）光纤接入

使用光纤作为主要传输介质的互联网接入系统。传输过程为ISP交换局侧将电信号转换为光信号，在光纤中传输；用户端使用光网络单元将光信号转换回电信号，经交换机传送到计算机。

根据光网络单元的安装位置，可分为FTTC（光纤到路边）、FTTZ（光纤到小区）、FTTB（光纤到大楼）、FTTH（光纤到家庭）等。

优势: 带宽大，传输速度快，稳定性高。

4）无线接入

主要包括3G、4G、无线局域网（WLAN，如WiFi）、GPRS等。5G技术已经颁发牌照，未来将通过移动通信达到Gbps量级，无线接入将更加便捷高效。

特点:

• 用户不受时间地点约束，随时随地访问互联网。
• 3G、4G提供移动通信服务，速率逐渐提升，4G成为主流。
• WiFi需在有接入点（AP）的热点区域接入，速率较高。
• GPRS方便，有手机信号的地方即可上网，但速率不高，费用较高。