微处理器系统结构与嵌入式系统设计(第二版)答案

“微处理器系统原理与嵌入式系统设计”第十章习题解答10.2简述以ARM微处理器为核心的最小硬件系统的组成？●ARM微处理器；●电源模块，包括CPU内核和I/O接口电源；●时钟模块，包括系统主时钟和实时时钟；●复位模块，包括系统加电复位、手动复位和内部复位；●存储器模块，包括程序保存存储器和程序运行存储器；●JTAG调试接口模块。

10.4简述S3C2440A芯片中各模块时钟信号产生及配置的原理。

为降低系统功耗，可时钟信号进行哪些处理？系统复位信号与各时钟信号有什么关系？当系统主时钟送入S3C2440A芯片后，进入其时钟发生模块，由锁相环进行相应的处理，最终得到FCLK，HCLK，PCLK和UCLK四组时钟信号。

其中，FCLK信号主要供给ARM920T内核使用，HCLK主要供给AHB总线、存储器控制器、中断控制器、LCD控制器、DMA控制器和USB主机模块；PCLK主要供给访问APB总线的外设，例如WDT，I2S，I2C，PWM定时器，MMC接口，ADC，UART，GPIO，RTC和SPI模块；UCLK主要提供USB模块需要的48MHz 时钟。

为降低系统功耗，可对时钟信号进行门控管理。

最低功耗情况下，只开启FCLK信号，其他时钟信号关闭；若需对其他外设，只需使能相应总线及外设的时钟信号有效即可。

系统复位信号一般包括加电复位、手动复位和内部复位三类。

其中，加电复位和手动复位信号均来自外部复位电路，内部复位信号一般来自系统内部事务处理（例如看门狗复位等）。

因此，系统对外部复位信号波形有一定的要求，若不能满足要求系统将不能正常工作。

在S3C2440A芯片中，要完成正确的系统复位，在处理电源保持稳定之后，该信号必须至少维持4个FCLK时钟的低电平状态。

10.6利用S3C2440A的GPIO端口，设计包含8个LED的流水灯电路，每个LED 间隔1S轮流点亮，试画出程序流程图并写出相关程序段。

假设利用S3C2440A芯片的GPIO端口G的第0~7引脚驱动8个LED电路，对应GPIO输出为0时LED灯亮，则相应程序流程图及相应程序段如下所示：GPGCON EQU 0x56000060GPGDAT EQU 0x56000064GPGUP EQU 0x56000068;配置GPGCON寄存器，设置相关引脚为输出功能LDR R0,=GPGCONLDR R1,[R0]BIC R1,R1,#0x0000FFFFORR R1,R1,#0x00005555STR R1,[R0];配置GPGUP寄存器，断开各上拉电阻LDR R0,=GPGUPLDR R1,[R0]ORR R1,R1,#0x00FFSTR R1,[R0];输出驱动数据，点亮对应LED等LDR R2,=GPGDATLDR R3,[R2]BIC R3,R3,#0x00FFORR R3,R3,#0x00FESTR R3,[R2]LDR R0,=0xFFFFFF ;初始计数值BL DELAY ;调用延迟子程序…LDR R2,=GPGDATLDR R3,[R2]BIC R3,R3,#0x00FFORR R3,R3,#0x007FSTR R3,[R2]LDR R0,=0xFFFFFF ;初始计数值BL DELAY ;调用延迟子程序B LOOPSTARDELAYSUB R0,R0,#1CMP R0,#0x0BNE DELAYMOV PC,LR10.7在上题中，如果要加入一个按键，实现按键按下时流水灯停止流动，按键放开时流水灯正常流转的功能，思考应怎样修改电路和程序？在上题的基础上，添加一个GPIO口作为输入管脚(GPA的GPA[0])，按键按下GPA[0]值为1，否则为零。

第二章7. 若内存按字节编址，用存储容量为8K*8比特的存储器芯片构成地址编号A0000H～DFFFFH的内存空间，则至少需要多少片。

本题考查内存容量的计算。

给定起、止地址码的内存容量=终止地址–起始地址+1。

将终止地址加1等于E0000H，再减去起始地址，即E0000H–A0000H=40000H。

十六进制的(40000)16=218。

组成内存储器的芯片数量=内存储器的容量/单个芯片的容量。

218/(8*210)=218/213=258. 下面的代码就使用了__interrupt关键字去定义了一个中断服务子程序(ISR)，请评论一下这段代码。

__interrupt double xyz (double r){double xyz= PI * r * r;printf("\nArea = %f", xyz);return xyz;}ISR 不能返回一个值。

ISR 不能传递参数。

在ISR中做浮点运算是不明智的。

printf()经常有重入和性能上的问题9. 在某工程中，要求设置一绝对地址为0x987a的整型变量的值为0x3434。

编译器是一个纯粹的ANSI编译器。

写代码去完成这一任务。

•i nt *ptr;ptr = (int *)0x987a;*ptr = 0x3434;第五章1.在一个单CPU的计算机系统中，采用可剥夺式（也称抢占式）优先级的进程调度方案，且所有任务可以并行使用I/O设备。

下表列出了三个任务T1、T2、T3的优先级和独立运行时占用CPU与I/O设备的时间。

如果操作系统的开销忽略不计，这三个任务从同时启动到全部结束的总时间为多少ms，CPU的空闲时间共有多少ms。

本题考查的是操作系统进程调度方面的知识。

可以按照如下的推理步骤进行分析，如：根据题意可知，三个任务的优先级T1>T2>T3，进程调度过程如下所示，分析如下。

t0时刻：进程调度程序选任务T1投入运行，运行12ms，任务T1占用I/O。

5.10 用16K×1位的DRAM芯片组成64K×8位存储器，要求：(1) 画出该存储器的组成逻辑框图。

(2) 设存储器读/写周期为0.5μS, CPU在1μS内至少要访问一次。

试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？（1）组建存储器共需DRAM芯片数N=（64K*8）/（16K*1）=4*8（片）。

每8片组成16K×8位的存储区，A13~A0作为片内地址，用A15、A14经2:4译码器产生片选信号，逻辑框图如下（图有误：应该每组8片，每片数据线为1根）（2）设16K×8位存储芯片的阵列结构为128行×128列，刷新周期为2ms。

因为刷新每行需0.5μS，则两次（行）刷新的最大时间间隔应小于：为保证在每个1μS内都留出0.5μS给CPU访问内存，因此该DRAM适合采用分散式或异步式刷新方式，而不能采用集中式刷新方式。

●若采用分散刷新方式，则每个存储器读/写周期可视为1μS，前0.5μS用于读写，后0.5μS用于刷新。

相当于每1μS刷新一行，刷完一遍需要128×1μS＝128μS，满足刷新周期小于2ms的要求；●若采用异步刷新方式，则应保证两次刷新的时间间隔小于15.5μS。

如每隔14个读写周期刷新一行，相当于每15μS刷新一行，刷完一遍需要128×15μS＝1920μS，满足刷新周期小于2ms的要求；需要补充的知识：刷新周期：从上一次对整个存储器刷新结束到下一次对整个存储器全部刷新一遍为止的时间间隔。

刷新周期通常可以是2ms，4ms或8ms。

DRAM一般是按行刷新，常用的刷新方式包括：●集中式：正常读/写操作与刷新操作分开进行，刷新集中完成。

特点：存在一段停止读/写操作的死时间，适用于高速存储器。

（DRAM 共128行，刷新周期为2ms ，读/写/刷新时间均为0.5μS ）● 分散式：一个存储系统周期分成两个时间片，分时进行正常读/写操作和刷新操作。

1.2以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片1.3阐述摩尔定律。

每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。

1.5什么是SoC?什么是IP核，它有哪几种实现形式？SoC:系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。

IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。

它有软核、硬核和固核三种实现形式。

1.8什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。

特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。

2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。

3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。

4、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。

①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中；②要求高质量、高可靠性的软件代码；③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。

5、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。

6、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。

2.2完成下列逻辑运算(1) 101+1.01 = 110.01(2) 1010.001-10.1 = 111.101(3) -1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1(4) 10.1101-1.1001 = 1.01(5) 110011/11 = 10001(6) (-101.01)/(-0.1) = 1010.12.3完成下列逻辑运算(1)1011 0101V1111 0000==1111 0101(2)1101 0001A1010 1011==10000001(3)1010 1011®0001 1100==101101112.4选择题(1) 下列无符号数中最小的数是(A )。

第一章习题解答1.1 什么是程序存储式计算机？程序存储式计算机指采用存储程序原理工作的计算机。

存储程序原理又称“冯·诺依曼原理”，其核心思想包括：●程序由指令组成，并和数据一起存放在存储器中；●计算机启动后，能自动地按照程序指令的逻辑顺序逐条把指令从存储器中读出来，自动完成由程序所描述的处理工作。

1.2 通用计算机的几个主要部件是什么？●主机（CPU、主板、内存）；●外设（硬盘/光驱、显示器/显卡、键盘/鼠标、声卡/音箱）；1.3 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片1.4 阐述摩尔定律。

每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。

1.5 讨论：摩尔定律有什么限制，可以使用哪些方式克服这些限制？摩尔定律还会持续多久？在摩尔定律之后电路将如何演化？摩尔定律不能逾越的四个鸿沟：基本大小的限制、散热、电流泄露、热噪。

具体问题如：晶体管体积继续缩小的物理极限，高主频导致的高温……解决办法：采用纳米材料、变相材料等取代硅、光学互联、3D、加速器技术、多内核……（为了降低功耗与制造成本，深度集成仍是目前半导体行业努力的方向，但这不可能永无止，因为工艺再先进也不可能将半导体做的比原子更小。

用作绝缘材料的二氧化硅，已逼近极限，如继续缩小将导致漏电、散热等物理瓶颈，数量集成趋势终有终结的一天。

一旦芯片上线条宽度达到纳米数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到它的尽头了。

业界专家预计，芯片性能的增长速度将在今后几年趋缓，一般认为摩尔定律能再适用10年左右，其制约的因素一是技术，二是经济。

）1.6 试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与相互影响。

计算机系统结构主要是指程序员关心的计算机概念结构与功能特性，而计算机组成原理则偏重从硬件角度关注物理机器的组织，更底层的器件技术和微组装技术则称为计算机实现。

第一章作业答案1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片1.3 阐述摩尔定律。

每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。

1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。

IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。

它有软核、硬核和固核三种实现形式。

1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。

特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。

2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。

3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。

4、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。

①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中；②要求高质量、高可靠性的软件代码；③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。

5、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。

6、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。

第二章作业答案2.2 完成下列逻辑运算（1）101+1.01 = 110.01（2）1010.001-10.1 = 111.101（3）-1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1（4）10.1101-1.1001 = 1.01（5）/11 = 10001（6）(-101.01)/(-0.1) = 1010.12.3 完成下列逻辑运算（1）1011 0101∨1111 0000 = 1111 0101（2）1101 0001∧1010 1011 = 1000 0001（3）1010 1011⊕0001 1100 = 1011 01112.4 选择题(1)A （2）B （3）A （4）BCD （5）D,C2.5通常使用逻辑运算代替数值运算是非常方便的。

【嵌⼊式】嵌⼊式系统开发与应⽤第⼆版课后答案第三章（⽥泽）⾃整理，复习⽤，考试只考前三章——海底淤泥⼀、简答题1ARM寻址⽅式有⼏种？举例说明ARM如何进⾏不同的寻址⽅式 6种 1.⽴即寻址： ADD R0，R0，#1 2.寄存器寻址： ADD R0，R1，R2，#2 3.寄存器间接寻址：　LDR R0,[R1] 4.基址加偏址寻址: 1.前：LDR R0,[R1,#4] 2⾃动：LDR R0，[R1,#4]! 3后：LDR R0，[R1],#4 5堆栈寻址:1.STMFD SP!{R1-R7,LR} 2.LDMFD SP!{R1-R7,LR} 6块拷贝寻址:1.LDMIA R0!,{R2-R9} 2.STMIA R1,{R2-R9} 7相对寻址：MOV PC,R142简述ARM指令分类以及指令格式形式 1.数据处理指令 <op>{<cond>}{S}Rd,Rn,#<32位操作数> <op>{<cond>}{S}Rd,Rn，Rm,｛<shift>｝ 2.Load/Store指令 LDR|STR{<cond>}{B}{T}Rd,[Rn,<offset>]{!} LDR|STR{<cond>}{B}{T}Rd,[Rn]<offset> LDR|STR{<cond>}{B}{T}Rd,LABEL LDM|STM<cond>}<add mode> Rn{!},<registers> SWP{<cond>}{B}Rd,Rm,[Rn] 3.状态寄存器与通⽤寄存器之间的传送指令 MRS{<cond>}Rd,CPSR|SPSR 4转移指令 B{L}{<cond>} <target address> 5异常中断产⽣指令 SWI{<cond>} <24位⽴即数> BKPT {immed_16} CLZ{cond} Rd,Rm 6协处理器指令 CDP{<cond>} <CP#>,<Copl>,CRd,CRn,CRm{,<Cop2>}3假设SP的内容为0x8000，寄存器R1、R2的内容分别为0x01与0x10，存储器内容为空，执⾏下述指令后，说明PC如何变化。

第一章思考与练习1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。

答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒2、什么叫嵌入式系统嵌入式系统：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。

3、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。

嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)嵌入式片上系统(System On Chip)4、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。

其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。

再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32 位CPU 的多任务潜力。

第二章1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段？各自的具体任务是什么？项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4 个阶段。

识别需求阶段的主要任务是确认需求，分析投资收益比，研究项目的可行性，分析厂商所应具备的条件。

提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。

执行项目阶段细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源；定期监控进展，分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。

结束项目阶段主要包括移交工作成果，帮助客户实现商务目标；系统交接给维护人员；结清各种款项。

2、为何要进行风险分析？嵌入式项目主要有哪些方面的风险？在一个项目中，有许多的因素会影响到项目进行，因此在项目进行的初期，在客户和开发团队都还未投入大量资源之前，风险的评估可以用来预估项目进行可能会遭遇的难题。

需求风险；时间风险；资金风险；项目管理风险3、何谓系统规范？制定系统规范的目的是什么？规格制定阶段的目的在于将客户的需求，由模糊的描述，转换成有意义的量化数据。

“微处理器系统原理与嵌入式系统设计”第十章习题解答10.2 简述以ARM微处理器为核心的最小硬件系统的组成？●ARM微处理器；●电源模块，包括CPU内核和I/O接口电源；●时钟模块，包括系统主时钟和实时时钟；●复位模块，包括系统加电复位、手动复位和内部复位；●存储器模块，包括程序保存存储器和程序运行存储器；●JTAG调试接口模块。

10.4 简述S3C2440A芯片中各模块时钟信号产生及配置的原理。

为降低系统功耗，可时钟信号进行哪些处理？系统复位信号与各时钟信号有什么关系？当系统主时钟送入S3C2440A芯片后，进入其时钟发生模块，由锁相环进行相应的处理，最终得到FCLK，HCLK，PCLK和UCLK四组时钟信号。

其中，FCLK信号主要供给ARM920T内核使用，HCLK主要供给AHB总线、存储器控制器、中断控制器、LCD控制器、DMA控制器和USB主机模块；PCLK主要供给访问APB总线的外设，例如WDT，I2S，I2C，PWM定时器，MMC接口，ADC，UART，GPIO，RTC和SPI模块；UCLK主要提供USB模块需要的48MHz 时钟。

为降低系统功耗，可对时钟信号进行门控管理。

最低功耗情况下，只开启FCLK信号，其他时钟信号关闭；若需对其他外设，只需使能相应总线及外设的时钟信号有效即可。

系统复位信号一般包括加电复位、手动复位和内部复位三类。

其中，加电复位和手动复位信号均来自外部复位电路，内部复位信号一般来自系统内部事务处理（例如看门狗复位等）。

因此，系统对外部复位信号波形有一定的要求，若不能满足要求系统将不能正常工作。

在S3C2440A芯片中，要完成正确的系统复位，在处理电源保持稳定之后，该信号必须至少维持4个FCLK时钟的低电平状态。

10.6 利用S3C2440A的GPIO端口，设计包含8个LED的流水灯电路，每个LED 间隔1S轮流点亮，试画出程序流程图并写出相关程序段。

假设利用S3C2440A芯片的GPIO端口G的第0~7引脚驱动8个LED电路，对应GPIO输出为0时LED灯亮，则相应程序流程图及相应程序段如下所示：GPGCON EQU 0x56000060GPGDAT EQU 0x56000064GPGUP EQU 0x56000068;配置GPGCON寄存器，设置相关引脚为输出功能LDR R0,=GPGCONLDR R1,[R0]BIC R1,R1,#0x0000FFFFORR R1,R1,#0x00005555STR R1,[R0];配置GPGUP寄存器，断开各上拉电阻LDR R0,=GPGUPLDR R1,[R0]ORR R1,R1,#0x00FFSTR R1,[R0];输出驱动数据，点亮对应LED等LDR R2,=GPGDATLDR R3,[R2]BIC R3,R3,#0x00FFORR R3,R3,#0x00FESTR R3,[R2]LDR R0,=0xFFFFFF ;初始计数值BL DELAY ;调用延迟子程序…LDR R2,=GPGDATLDR R3,[R2]BIC R3,R3,#0x00FFORR R3,R3,#0x007FSTR R3,[R2]LDR R0,=0xFFFFFF ;初始计数值BL DELAY ;调用延迟子程序B LOOPSTARDELAYSUB R0,R0,#1CMP R0,#0x0BNE DELAYMOV PC,LR10.7 在上题中，如果要加入一个按键，实现按键按下时流水灯停止流动，按键放开时流水灯正常流转的功能，思考应怎样修改电路和程序？在上题的基础上，添加一个GPIO口作为输入管脚(GPA的GPA[0])，按键按下GPA[0]值为1，否则为零。

微处理器系统结构与嵌入式系统设计（第2版）第3章答案“微处理器系统原理与嵌入式系统设计”第三章习题解答3.1处理器有哪些功能？说明实现这些功能各需要哪些部件，并画出处理器的基本结构图。

处理器的基本功能包括数据的存储、数据的运算和控制等功能。

其有5个主要功能：①指令控制②操作控制③时间控制④数据加工⑤中断处理。

其中，数据加工由ALU 、移位器和寄存器等数据通路部件完成，其他功能由控制器实现。

处理器的基本结构图如下：寄存器组控制器整数单元浮点单元数据通路处理器数据传送到内存数据来自内存数据传送到内存指令来自内存3.2处理器内部有哪些基本操作？这些基本操作各包含哪些微操作？处理器基本操作有：取指令、分析指令、执行指令。

取指令：当程序已在存储器中时，首先根据程序入口地址取出一条程序，为此要发出指令地址及控制信号。

分析指令：对当前取得的指令进行分析，指出它要求什么操作，并产生相应的操作控制命令。

执行指令：根据分析指令时产生的“操作命令”形成相应的操作控制信号序列，通过运算器、存储器及输入/输出设备的执行，实现每条指令的功能，其中包括对运算结果的处理以及下条指令地址的形成。

3.3什么是冯·诺伊曼计算机结构的主要技术瓶颈？如何克服？冯·诺伊曼计算机结构的主要技术瓶颈是数据传输和指令串行执行。

可以通过以下方案克服：采用哈佛体系结构、存储器分层结构、高速缓存和虚拟存储器、指令流水线、超标量等方法。

3.5指令系统的设计会影响计算机系统的哪些性能？指令系统是指一台计算机所能执行的全部指令的集合，其决定了一台计算机硬件主要性能和基本功能。

指令系统一般都包括以下几大类指令。

：1）数据传送类指令。

（2）运算类指令包括算术运算指令和逻辑运算指令。

（3）程序控制类指令主要用于控制程序的流向。

（4）输入/输出类指令简称I/O 指令，这类指令用于主机与外设之间交换信息。

因而，其设计会影响到计算机系统如下性能: 数据传送、算术运算和逻辑运算、程序控制、输入/输出。

第一章习题解答1.1 什么是程序存储式计算机？程序存储式计算机指采用存储程序原理工作的计算机。

存储程序原理又称“冯·诺依曼原理”，其核心思想包括：●程序由指令组成，并和数据一起存放在存储器中；●计算机启动后，能自动地按照程序指令的逻辑顺序逐条把指令从存储器中读出来，自动完成由程序所描述的处理工作。

1.2 通用计算机的几个主要部件是什么？●主机（CPU、主板、内存）；●外设（硬盘/光驱、显示器/显卡、键盘/鼠标、声卡/音箱）；1.3 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片1.4 阐述摩尔定律。

每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。

1.5 讨论：摩尔定律有什么限制，可以使用哪些方式克服这些限制？摩尔定律还会持续多久？在摩尔定律之后电路将如何演化？摩尔定律不能逾越的四个鸿沟：基本大小的限制、散热、电流泄露、热噪。

具体问题如：晶体管体积继续缩小的物理极限，高主频导致的高温……解决办法：采用纳米材料、变相材料等取代硅、光学互联、3D、加速器技术、多内核……（为了降低功耗与制造成本，深度集成仍是目前半导体行业努力的方向，但这不可能永无止，因为工艺再先进也不可能将半导体做的比原子更小。

用作绝缘材料的二氧化硅，已逼近极限，如继续缩小将导致漏电、散热等物理瓶颈，数量集成趋势终有终结的一天。

一旦芯片上线条宽度达到纳米数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到它的尽头了。

业界专家预计，芯片性能的增长速度将在今后几年趋缓，一般认为摩尔定律能再适用10年左右，其制约的因素一是技术，二是经济。

）1.6 试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与相互影响。

计算机系统结构主要是指程序员关心的计算机概念结构与功能特性，而计算机组成原理则偏重从硬件角度关注物理机器的组织，更底层的器件技术和微组装技术则称为计算机实现。

微处理器与嵌入式系统设计_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.单纯从理论出发，计算机的所有功能都可以交给硬件实现，也可以采用软硬件相结合来实现。

完成同样的功能和任务，纯硬件实现的特点是( )。

参考答案:速度快，灵活性适应性差2.通常情况下，计算机中（）的宽度通常与CPU字长相同。

参考答案:运算器一次处理数据3.冯·诺依曼型计算机的设计思想主要有（）。

a程序存储，b二进制表示，c微程序，d局部性原理，e流水线参考答案:a，b4.计算机系统中，可以作为底层硬件与上层应用软件之间的界面是（）。

参考答案:操作系统5.CPU内部指令流水级数增加是有一定限度的，为进一步提高CPU芯片性能还可以采用其它多种技术，但不包括下面的（）。

参考答案:多线程技术6.程序计数器PC是CPU内部的一种专用寄存器，其中存放的是（）。

参考答案:下一条待取指令的存放地址7.（）仍然被公认为是目前绝大多数商用计算机的基本体系架构。

参考答案:冯.诺依曼架构8.在计算机的软硬件分层模型中，包括1指令系统、2数字逻辑电路、3操作系统、4MOS管、5应用软件等，从低往上的层次排列顺序是（）。

参考答案:421359.MIPS通常用来描述计算机的运算速度，其含义是（）。

参考答案:每秒执行百万条指令10.下列关于冯·诺依曼体系结构的描述，不正确的是（）。

参考答案:计算机由CPU、总线、存储器、输入设备和输出设备五部分组成11.Cache技术和虚拟存储技术的相同点不包括（）。

参考答案:主要目的均是为了提高计算机速度12.计算机系统中软硬件在逻辑上是等效的，提高软件功能实现的比例将会( )。

参考答案:提高系统灵活性13.关于冯·诺依曼计算机中指令流的流向，下述正确的是（）。

参考答案:存储器到控制器14.计算机体系结构的Flynn分类法中，目前尚无实际实现机型的是（）。

参考答案:多指令单数据MISD15.64位计算机中的“64”通常是指其（）。

“微处理器系统结构与嵌入式系统设计”第一章习题解答1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片1.3 阐述摩尔定律。

每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。

1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。

IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。

它有软核、硬核和固核三种实现形式。

1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。

特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。

2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。

3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。

4、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。

①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中；②要求高质量、高可靠性的软件代码；③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。

5、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。

6、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。

第二章习题答案2.2 完成下列逻辑运算（1）101+1.01 = 110.01（2）1010.001-10.1 = 111.101（3）-1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1（4）10.1101-1.1001 = 1.01（5）110011/11 = 10001（6）(-101.01)/(-0.1) = 1010.12.3 完成下列逻辑运算（1）1011 0101∨1111 0000 = 1111 0101（2）1101 0001∧1010 1011 = 1000 0001（3）1010 1011⊕0001 1100 = 1011 01112.4 选择题（1）下列无符号数中最小的数是( A )。

【嵌⼊式】嵌⼊式系统开发与应⽤第⼆版课后答案第⼆章（⽥泽）复习⽤，⾃整理、%%犇orz——海底淤泥1尝试⽐较CISC体系结构和RISC体系结构的特点。

ARM为何采⽤RISC体系结构？ CISC：增加指令集的复杂度，以芯⽚⾯积为代价 RISC：只执⾏最常⽤的指令，⼤部分复杂指令由简单指令合成 因为： 组织结构： 1RISC的硬连线的指令编码逻辑 2便于流⽔线执⾏ 3⼤多数RISC指令为单周期执⾏ 处理器： 1处理器管芯⾯积⼩ 2开发时间缩短，开发成本减低 3容易实现⾼性能，低成本的处理器2简述ARM体系结构的特点 1.Load/Store 体系结构 2.固定的32为指令 3.3地址指令格式3什么是Thumb技术，其优点是什么？与ARM指令集相⽐，Thumb指令集有哪些局限？ Thumb是ARM体系结构的扩展 优点:提⾼了代码密度 局限： 1.完成相同操作时，Thumb需要更多的指令 2.Thumb指令集没有包含进⾏异常处理时需要的⼀些指令4什么是Thumb-2内核技术？它有哪些特点？ Thumb-2内核技术是ARM体系的新指令集 特点：更⾼性能，更低功耗，更简短的代码长度5⽬前ARM处理器核有哪⼏种？简述ARM7TDMI内核的重要特性 处理器内核： ARM7TDMI ARM9TDMI ARM10TDMI ARM11 SecurCore Cortex 重要特性： 1.能实现ARM体系结构版本4T 2.⽀持Thumb指令集 3.32*8 DSP乘法器 4.32位寻址空间，4GB线性地址空间 5.包含ICE模块6分别以ARM7TDMI和ARM9TDMI为例，介绍3级流⽔线和5级流⽔线的执⾏过程，并进⾏相应的⽐较 三级流⽔：取指--->译码--->执⾏ 五级流⽔：取指--->译码--->执⾏--->缓冲/数据--->回写 ⽐较： 1三级流⽔译码不包含reg读，五级流⽔译码包含reg读 2三级流⽔执⾏包含reg读，移位/ALU，reg写，五级流⽔执⾏只包含位移/ALU 3五级流⽔增加了存储器数据访问过程，并将reg写单独分离为⼀个过程7ARM Cortex处理器包括哪⼏个系列？各有什么特点？ ARM Cortex-A系列：微处理器核，能运⾏通⽤操作系统 ARM Cortex-R系列：微处理器核，运⾏实时操作系统 ARM Cortex-M系列：微控制核，功耗低，性能⾼8ARM微处理器⽀持哪⼏种⼯作模式？各个⼯作模式有什么特点？ 7种： 特点： 1.⽤户 程序正常执⾏ 2.FIQ 快速中断模式，处理快速中断 3.IRQ 外部中断模式，处理普通中断 4.SVC 特权模式，处理软中断 5.ABT 中⽌模式，处理存储器故障 6.UNQ　未定义模式，处理未定义指令陷阱 7.系统 运⾏特权操作系统任务9ARM处理器共有多少个寄存器？这些寄存器在⽤户编程的功能中是如何划分的？ARM状态下的通⽤寄存器可分为哪⼏类？ 31个通⽤寄存器，6个状态寄存器 ⽤户编程： R0~R14，R15（PC），CPSR ARM状态： 1.未分组寄存器R0~R7 2.分组寄存器R8~R14 3.程序计数器R1510简述ARM状态下分组寄存器R13 R14 R15 的功能以及R15使⽤的注意事项 R13 ⽤作堆栈指针SP R14 ⼦程序连接寄存器LR R15 程序计数器PC R15注意事项：由于ARM多级流⽔技术，R15的程序地址并不是当前指令的地址，指令“BX Rm”利⽤Rm的bit[0]来判断跳转到ARM还是thumb状态11简述ARM程序状态寄存器各位的功能 1条件码标志位 最⾼4位——N，Z，C，V N：补码状态下，N=0是⾮负数，N=1是负数 Z：Z=1表⽰结果为0，Z=0表⽰结果为⾮0 C：1.加法，c=1有进位 2.减法，c=0有借位 3.位移,c存储最后被移出的值 V：运算溢出V=1否则V=0 2.控制位 最低8位——I，F，T，M[4:0] I：I=1，禁⽌IRQ中断 F：F=1，禁⽌FRQ中断 T：T=0，ARM执⾏，T=1，Thumb执⾏ M[4:0]：记录当前模式 3.保留位 其他位保留作以后的扩展12试分析Thumb状态与ARM寄存器的关系 Thumb状态的R0~R7与ARM状态的R0~R7是⼀致的 Thumb状态的CPSR和SPSR与ARM状态的CPSR和SPSR是⼀致的 Thumb状态的SP映射到ARM状态的R13 Thumb状态的LR映射到ARM状态的R14 Thumb状态的PC映射到ARM状态的R1513ARM体系结构⽀持哪⼏种类型的异常？他们之间的优先级关系如何？各种异常与处理模式有何关系？ 7种类型： 优先级： 处理模式： 复位 1 SVC 未定义的指令 6 UNQ 软件中断 6 SVC 指令预取中⽌ 5 ABT 数据访问中⽌ 2 ABT 外部中断请求 4 IRQ 快速中断请求 3 FIQ14简述ARM处理对异常中断响应过程 1.将CPSR的内容保存到要执⾏的异常中断SPSR中，以实现对处理器当前状态中断屏蔽位以及各个标志位的保存 2.设置当前状态寄存器的CPSR的相应位 3.将寄存器LR_<mode>设置为异常返回的地址，使异常处理程序执⾏完后能正确返回原程序 4给程序计数器PC强制赋值，使程序从相应的向量地址开始执⾏中断程序15ARM如何从异常中断处理程序返回？需要注意哪些问题 1.所有修改过的⽤户寄存器必须从处理程序的保护堆栈中恢复 2.将SPSR_<mode>寄存器内容复制到CPSR中，使得CPSR从相应的SPSR中恢复，即恢复被中断程序的处理器⼯作状态 3.根据异常类型将PC变回到⽤户指令流中的相应指令处 4.最后清除CPSR中的中断禁⽌标志位I/F16什么是ARM异常中断向量表？它有何作⽤？存储在什么地⽅？ 异常中断向量表中指定了各异常中断与处理程序的对应关系 作⽤：每个异常中断对应异常中断向量表中4个字节，存放⼀个跳转指令或者⼀个向PC寄存器中赋值的数据访问指令LDR。

嵌入式系统设计教程（第2版）简答题答案.pdf第一章嵌入式系统概论1.嵌入式系统的定义是什么？答：以应用为中心，以计算机技术为基础，硬件、软件可裁剪，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

2.简述嵌入式系统的主要特点。

答：（1）功耗低、体积小、具有专用性（2）实时性强、系统内核小（3）创新性和高可靠性（4）高效率的设计（5）需要开发环境和调试工具3. 嵌入式系统一般可以应用到那些领域？答：嵌入式系统可以应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、网络及电子商务、环境监测和机器人等方面。

4. 简述嵌入式系统的发展趋势答：（1）嵌入式应用的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持（2）连网成为必然趋势（3）精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本（4）提供精巧的多媒体人机界面（5）嵌入式软件开发走向标准化5.嵌入式系统基本架构主要包括那几部分？答：嵌入式系统的组织架构是由嵌入式处理器、存储器等硬件、嵌入式系统软件和嵌入式应用软件组成。

嵌入式系统一般由硬件系统和软件系统两大部分组成，其中，硬件系统包括嵌入式处理器、存储器、I/O系统和配置必要的外围接口部件；软件系统包括操作系统和应用软件。

6.嵌入式操作系统按实时性分为几种类型，各自特点是什么？答：（1）具有强实时特点的嵌入式操作系统。

（2）具有弱实时特点的嵌入式操作系统。

（3）没有实时特点的嵌入式操作系统。

第二章嵌入式系统的基础知识1.嵌入式系统体系结构有哪两种基本形式？各自特点是什么？答：冯诺依曼体系和哈佛体系。

冯诺依曼体系结构的特点之一是系统内部的数据与指令都存储在同一存储器中，其二是典型指令的执行周期包含取指令TF，指令译码TD，执行指令TE，存储TS四部分，目前应用的低端嵌入式处理器。

哈佛体系结构的特点是程序存储器与数据存储器分开，提供了较大的数据存储器带宽，适用于数据信号处理及高速数据处理的计算机。

2.在嵌入式系统中采用了哪些先进技术？答：（1）流水线技术（2）超标量执行（3）总线和总线桥3.简述基于ARM架构的总线形式答：ARM架构总线具有支持32位数据传输和32位寻址的能力，通过先进微控制器总线架构AMBA支持将CPU、存储器和外围都制作在同一个系统板中。