软件评测师考试考点分析与真题详解(最新版)

软件测评师软件评测师考试考点分析与真题详解（最新版）第1章计算机系统构成及硬件基础知识1.1中央处理器现有的计算机（包括单片机、个人计算机、超级计算机）基本都是冯•诺依曼结构，这种结构将计算机分解成运算器、控制器、存储器、输入/输出设备，不加区别地将指令和数据存储在存储器中，指令、数据、存储地址都以二进制数表示。计算机运行时，执行的是存储器中的指令。由程序计数器来控制指令的执行。1.1.1中央处理器简介中央处理器是计算机的控制、运算中心，它主要通过总线和其他设备进行联系。另外，在嵌入系统设计中，外部设备也常常直接接到中央处理器（CPU）的外部输入/输出（I/O）脚的中断脚上。中央处理器的类型和品种异常丰富，各种中央处理器的性能也差别很大，有不同的内部结构、不同的指令系统。但由于它们都是基于冯•诺依曼结构，基本部分组成相似。1．运算器运算器的主要功能是在控制器的控制下完成各种算术运算、逻辑运算和其他操作。一个计算过程需要用到加法器/累加器、数据寄存器或其他寄存器、状态寄存器等。加法是加法运算器的基本功能，在大多数的中央处理器中，其他计算也是经过变换后使用的，一个位加法的逻辑图如图1-1所示。软件测评师图1-1位加逻辑图其中：Xi、Yi是加数和被加数；Ci+1是低位进位；Ci是进位；Zi是和。为完成多位数据加法，可以通过增加电路和部件，简单的加法器能够变成串行、并行加法器，超前进位加法器等。运算器的位数，即运算器一次能对多少位的数据做加法，是衡量中央处理器的一个重要指标。2．控制器控制器是中央处理器的核心，它控制和协调整个计算机的动作。控制通常需要程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时与控制电路，以及脉冲源、中断等共同完成，如图1-2所示。软件测评师图1-2控制器组成中央处理器中各组件介绍如下。（1）指令寄存器（InstructionRegister，IR）：显然，中央处理器即将执行的操作码表存放在这里。（2）指令译码器（InstructionDecoder，ID）：将操作码解码，告诉中央处理器该做什么。（3）定时与控制电路（ProgrammableLogicArray，PLA）：用来产生各种微操作软件测评师控制信号。（4）程序计数器（ProgramCounter，PC）：程序计数器中存放的是下一条指令的地址。由于多数情况下程序是顺序执行的，所以程序计数器设计成能自动加1的装置。当出现转移指令时，就需重填程序计数器。程序计数器可能是下一条指令的绝对地址，也可能是相对地址，即地址偏移量。（5）标志寄存器（FlagsRegister，FR）：这个寄存器通常记录运算器的重要状态或特征，典型的是是否溢出，结果为0，被0除等。这个寄存器的每一位表示一个特征。标志寄存器的典型应用是作为跳转指令的判断条件。（6）堆栈和堆栈指针：堆栈可以是一组寄存器或在存储器内的特定区域。由于寄存器数量总是有限的，所以大多数系统采用了使用存储器的软件堆栈。堆栈顶部的指针称为堆栈指针。3．寄存器组上面提及的程序计数器、标志寄存器等为专用寄存器，它们有特定的功能和用途。通用寄存器的功能由程序指令决定，最常见的应用是放置计算的中间结果，减少对存储器的访问次数。通常寄存器的宽度是和运算器的位数相一致的。1.1.2时序产生器和控制方式为了使得计算机各部件同步工作，计算机中都有一个脉冲源，通常是晶振。这个脉冲源产生主振脉冲，主振脉冲的时间间隔为主振周期，即时钟周期。中央处理器执行指令的时间（包括取址）为指令周期，由于指令可能有不同的复杂度，所以每种指令的指令周期可能不同。CPU周期也称为机器周期，一般是从内存中读一个指令的最短时间。CPU周期又由若干个时钟周期组成，如图1-3所示。软件测评师图1-3一个指令周期通常把CPU执行指令的各个微操作遵循的时间顺序称为时序。时序图是形象表示信号线上信息变化的时间序列的图形。组合逻辑控制和微过程控制是两种基本的控制方式。1．组合逻辑控制组合逻辑控制器是使用专用门的逻辑电路。它的实现有硬件接线控制和可编程逻辑阵列两种：硬件连线法最直接，可以用较少的组件实现最快的速度，但是如果要更改，只有重新设计；可编程逻辑阵列采用低成本大规模集成电路的方式。组合逻辑控制灵活性很差，在复杂指令系统计算机中难以处理不断增加的复杂指令，但是它使用电子组件少，在采用精简指令集的计算机中发挥了很大作用。2．微过程控制为提高控制的灵活性，许多中央处理器采用微过程控制的控制方法，先看几个概念。（1）微程序：微程序对应一条机器指令，若干个微指令序列形成一段微程序。而微指令又可细分为若干微操作，控制内存是存放微程序的地方。（2）微操作：它是最基本的操作，可分为兼容性微操作和不兼容性微操作，两种微操软件测评师作的区别在于该微操作是否能在一个CPU周期内并行执行。（3）微指令格式：操作控制字段顺序控制字段前半部分存放对各种控制门进行激活或关闭的控制信息，后半部分是后续微指令的地址，这实现了数据结构中的单相列表。操作控制字段的格式有两种。（1）水平型微指令：操作控制字段的每一位控制不同的控制门，可以在一个微指令中定义，执行多个并行的微操作优点是效率高、灵活，执行时间短。（2）垂直型微指令：和水平型相比，其格式要短，一条微指令包括的微操作少，只有1~2个，由于其指令字短，所以比较容易掌握。在实践中也常常使用混合型微指令，即水平型微指令和垂直型微指令的混合。1.2输入/输出及其控制人们曾经在科幻作品中有大胆的设想：玻璃瓶中的大脑，如果科技发达到能给玻璃瓶中的大脑施加视觉、听觉、触觉等信号，这个大脑能够意识到自己是在玻璃瓶中，而不是在现实中吗？借助于输入/输出设备，我们才能“操纵计算机”和“知道它在工作”。1.2.1输入/输出设备一览计算机的输入/输出设备品种繁多，主要有以下几种。（1）纸带机、卡片机。它们都是“古代”大型计算机的输入设备，机器指令以打孔等方式存在于纸带、卡片上，由纸带机和卡片机输入计算机。软件测评师（2）键盘、鼠标。嵌入式系统中键盘往往简化成少数的几个键，和鼠标在本质上并没有区别，键盘负责输入字符，鼠标负责指示位置，进行选择或点取等操作。手写笔是鼠标的扩展，使用时需要识别软件的支持。（3）显示器。嵌入式系统中的显示器往往简化为小屏幕LCD（LiquidCrystalDisplay，液晶显示器）或数码管，显示器向着越来越大、越来越清晰的方面发展，现在，CRT（CathodeRayTube，阴极射线管）显示器逐渐淘汰，，液晶显示器占主流地位。触摸屏实际上是显示器和鼠标的结合。（4）外存。外存是主存的辅助和延伸，有软盘、硬盘、光存储器、磁带机、闪存等。（5）打印机。它将人们需要的结果在纸面上输出。打印机有针打、喷墨、激光打印机几种类型。绘图仪是一种特殊的打印机，专门用于大幅图形的精确输出。（6）图形图像摄影输入设备。这些是新兴的输入设备，包括扫描仪、数码相机、数字摄像机等。这些设备能够把图像摄影等信息输入计算机，极大地丰富了个人计算机在普通家庭的应用。图形图像已经形成了标准接口，软件通过这个标准接口，能同各种不同的图像输入设备进行交互。数字摄像机通过USB（UniversalSerialBus，通用串行总线）、1394或者专用的视频捕捉设备和个人计算机交互。1.2.2输入/输出控制器由于外设的复杂多样性（控制方式、数据传输速率、数据格式也各不相同），同时不断有新的类型的外设出现，这使得很难使用中央处理器和它们直接打交道。另外，这些外设的数据传送速度往往远远低于系统总线的速度，不适合把它们直接挂在系统总线上。输入/输出控制器协调和控制数据的输入/输出，具体功能：缓冲锁存数据、地址译码、传递命令、码制转换、电平转换等，如图1-4所示。软件测评师图1-4输入输出控制器组成（1）数据寄存器：CPU或外设数据的缓冲。（2）状态寄存器：向中央处理器指示控制器和外设的状态。（3）控制寄存器：由中央处理器写入该输入/输出控制器的识别指令，指示输入/输出控制器去和外设交互，将数据寄存器的内容写入外设，或者将外设的数据写入数据寄存器，并将此过程的状态写入状态寄存器。（4）控制电路：是输入/输出控制的核心，负责输入/输出控制器的行为。1.2.3外设的识别计算机程序要访问外设，从输入/输出控制器组成图中可以看出，中央处理器需要访问输入/输出控制器的各种寄存器，这个识别是通过地址总线和接口电路的地址译码器来实现的，可以有不同的外设编址方式。1．独立编址方式在这种方式下，输入/输出地址和主存地址是分开的。从电路上说，有分离的输入/输出读写控制线；从指令上说，有专门的输入/输出控制指令。这些指令常常以汇编指令的方式软件测评师提供，往往是和具体的中央处理器密切相关的，这对程序的可移植性造成了影响，如表1-1所示。表1-1个人计算机部分输入/输出地址表2．统一编址方式与独立编址不同，统一编址方式中输入/输出地址是主存地址中的一部分，访问输入/输出寄存器和访问主存的方法是一样的，不需要单独的指令。这种方式能有效地降低软件编程的复杂度，在许多计算机，特别是嵌入式系统中得到了广泛的认可和应用，也称为地址映像。在统一编址方式编程过程中，需要注意的是程序优化带来的负面影响。对外设的操作往往需要一个过程，可能会对同一个地址多次写不同的值；在编译器看来，这种多次对一个变量的赋值是属于优化范围的，编译器通常会忽略掉前面的赋值语句，只保留它认为“有效的”赋值语句。这时就需要选择合适的编译选项告诉编译器停止这样的优化。统一编址方式不但会将内存地址和I/O地址统一编址，也会将各种存储器统一编址。1.2.4外设的访问1．程序查询方式这是最简单的方式，也是简单系统（外设种类和数目有限、数据传输速度较低的系统）中常用的方式。这种方式使中央处理器定时查询外设的状态，如果发现某个外设就绪，就开始和该外设进行输入/输出操作和处理，如图1-5所示。软件测评师图1-5程序查询和中断方式当存在多个外设时，中央处理器有串行和并行两种查询方式。串行查询是每次查询一个外设；并行则是将多个外设的状态位集中成一个专用端口，这样中央处理器一次查询即可得到多个外设的状态。程序查询方式的缺点：当输入/输出控制器和外设交换数据时，中央处理器必须等待。这种等待对于许多系统而言是无法容忍的。2．中断方式使用中断方式，可以克服查询方式低效的问题。当中央处理器执行到输入/输出请求指令时，向输入/输出控制器发出相应指令后，中央处理器并不等待，而是继续执行其他操作。此时，输入/输出控制器负责和外设进行通信，当数据从其数据寄存器写到外设后或者外设的数据写入其数据寄存器后，输入/输出控制器向中央处理器发出中断请求，中央处理器响应中断，并进行相应的处理。注意，由于输入/软件测评师输出控制器数据寄存器大小的限制，一次输入/输出请求往往要经过多次的中断过程才能够完成。由于中央处理器无须等待输入/输出控制器和外设的数据交换，因而提高了整个系统的效率。中断方式已经得到了普遍的应用。1）中断的基本概念中断