怎么样来评价一台电脑的等次最好能用数据来说明下！

如何评价一台电脑的性能

当然，一台电脑的硬件性能，是要从多方面来衡量的，不能仅看其中某个或者几个性能指标。而一般评价一台电脑性能指标有如下几种：

（1）、CPU的类型和时钟频率

这是电脑最主要的性能指标，它决定了一台电脑的最基本性能。以前我们常说的286、386、486、586、686等就是按CPU的型号来叫的。

时钟频率是一台电脑按固定的节拍来工作的一种衡量方法吧，又称为主频，时钟频率越高，时钟周期就越短，它执行指令所需要的时间便越短，运算速度就越快。

（2）、内存的容量

内存的单位是MB，平常人们总说我的内存有多少多少MB就是指这个，如32MB、64MB、128MB、256MB等，一台电脑，它的内存容量越大，则电脑所能处理的任务可以越复杂，速度也会越快。

（3）、外部设备的配置情况

高档电脑一般都有较好的显示器、键盘、鼠标、音箱等等。

（4）、运行速度

一台电脑的运行速度主要是由CPU和内存的速度所决定的。

（5）、总线类型

总线位数越多，机器性能越高。

（6）、兼容性

是否具有广泛的兼容性，包括能否运行所有电脑上开发的各种应用软件和接受电脑各类扩展卡

无论是生产计算机的厂商还是计算机的用户都需要有某种方法来衡量计算机的性能,作为设计生产购买和使用的依据但是由于计算机系统是一个极其复杂的系统,其体系结构组成和实现都有若干种策略;而且其应用领域也千差万别,所以很难找到统一的规则或标准去评测所有的计算机所以人们不断的努力,在理论和实践中去总结经验

性能评测的常用方法

(1) 时钟频率

计算机的时钟频率在一定程度上反映了机器速度,一般来说,主频越高,速度越快但是相同频率不同体系结构的机器,其速度可能会相差很多倍,因此还需要用其他方法来测定机器性能

(2) 指令执行速度

在计算机发展的初期,曾用加法指令的运算速度来衡量计算机的速度,速度是计算机的主要性能指标之一因为加法指令的运算速度大体上可反映出乘法,除法等其他算术运算的速度,而且逻辑运算,转移指令等简单指令的执行时间往往设计成与加发指令相同,因此加法指令的运算速度有一定代表性当时表征机器运算速度的单位是KIPS(每秒千条指令),后来随着机器运算速度的提高,计量单位由KIPS发展到MIPS(每秒百万条指令)

(3)等效指令速度法

随着计算机指令系统的发展,指令的种类大大增加,用单位指令的MIPS值来表征机器的运算速度的局限性日益暴露,因此很快出现了改进的办法,称之为吉普森(Gibson)混合法或等效指令速度法

等效指令速度法统计各类指令在程序中所占比例,并进行折算设某类指令i在程序中所占比例为wi,执行时间为ti,则等效指令的执行时间为:

T= ∑(witi)

其中n为指令的种类数

(4)数据处理速率PDR(processing data rate)法

因为在不同程度中,各类指令的使用频率是不同的,所以固定比例方法存在着很大的局限性;而且数据长度与指令功能的强弱队解题的速度影响极大同时这种方法也不能反映现代计算机中高速缓冲存储器(cache)流水线交叉存储等结构的影响具有这种结构的计算机的性能不仅与指令的执行频率有关,而且也与指令的执行顺序与地址分布有关

数据处理速率PDR法采用计算”数据处理速率”PDR值的方法来衡量机器性能,PDR值越大,机器性能越好PDR与每条指令和每个 *** 作数的平均位数以及为条指令的平均运算速度有关,其计算方法如下:

PDR=L/R

其中:L=085G+015H+04J+015K

R=085M+009N+006P

式中:

G是每条定点指令的位数;

M是平均定点加发时间;

H是每条浮点指令位数;

N是平均浮点加发时间;

J是定点 *** 作数的位数;

P是平均浮点乘法时间

K是浮点 *** 作数的位数

此外,还作了如下规定:G>20位,H>30位;从主存取一条指令的时间等于取一个字的时间;指令与 *** 作数存放在主存,无变址或间址 *** 作;允许有并行或先行取址指令功能,此时选择平均取指令时间PDR值主要队CPU和主存储器的速度进行度量,但不适合衡量机器的整体速度,因为它没有涉及cache,多功能部件等技术队性能的影响

(5)核心程序法

上述性能评价方法主要针对CPU(有时包括主存),它没有考虑诸如I/O结构, *** 作系统,编译程序的效率等系统性能的影响,因此难以准确评价计算机的实际工作能力

核心程序法是研究较多的一种方法,它把应用程序中用得最频繁得那部分核心程序作为评价计算机性能得标准程序,在不同的机器上运行,测得其执行时间,作为各类机器性能评价得依据机器软硬件结构结构得特点能在核心程序中得到反映,但是核心程序个部分之间得联系较小由于程序短,所以访问存储器得局部性特征很明显,以致cache得命中率比一般程序高!

基准程序发(benchmark)是目前一致承认得测试性能得较好方法,有多种多样得基准程序,如主要测试整数性能得基准程序测试浮点性能的基准程序等等

一、基准测试程序介绍

（1）整数测试程序

Dhrystone是一个综合性的基准测试程序，它是为了测试编译器和CPU处理整数指令和控制功能的有效性，人为地选择一些“典型指令综合起来形成的测试程序。

用C语言编写的Dhrystone基准程序用了100条语句，由下列 *** 作组成：各种赋值语句；各种数据类型的数据区；各种控制语句；过程调用和参数传送；整数运算和逻辑 *** 作。

Dhrystone程序测试的结果由每秒1757Dhrystones，为便于比较，人们假设1 VAX MIPS=每秒1757Dhrystones，将被测机器的结果除以1757，就得到被测机器相对VAX 11/780的MIPS值。有些厂家在宣布机器性能时就用Dhrystone MIPS值作为各自机器的MIPS值。

不过不同厂家在测试MIPS值时，使用的基准程序一般不一样的，因此不同厂家机器的MIPS值有时虽然相同的，但是性能却可能相差很大，那是因为各厂家在设计计算机时针对不同的应用领域：如科学和工程应用、商业管理应用、图形处理应用等，而采用了不同的体系结构和实现方法。同一个厂家的机器，采用相同的体系结构，用相同的基准程序测试，得到的MIPS值越大，一般说明机器速度越快。

（2）浮点测试程序

在计算机科学工程应用领域内，浮点计算工作量占很大比例，因此机器的浮点性能对系统的应用有很大的影响。有些机器只标出单个浮点 *** 作性能，如浮点加法、浮点乘法时间。而大部分工作站则标用Linpack和Whetstone基准程序测得浮点性能。Linpack主要测试向量性能和高速缓存性能。Whetstone是一个综合性测试程序，除测试浮点 *** 作外，还测试整数计算和功能调用等性能。

1 理论峰值浮点速度

巨型机和小巨型机在说明书中经常给出“理论峰值速度”的MFLOPS值。它不是机器实际执行程序时的速度，而是机器在理论上能完成的浮点处理速度。它不仅与处理机时钟周期有关，而且还与一个处理机里能并行执行 *** 作的流水线功能部件数目和处理机的数目有关。多个CPU机器的峰值速度是单个CPU的峰值速度与CPU个数的乘积。

2 Linpack基准测试程序

Linpack基准程序是一个用FORTRN语言写成的子程序软件包，称为基本线性代数子程序包，此程序完成的主要 *** 作是浮点加发和浮点乘法 *** 作。测量计算机系统的Linpack性能时，让机器运行Linpack程序，测量运行时间，将结果用MFLOPS表示。

当解n阶线性代数方程组时，n越大，向量化程度越高。其关系如表所示：

向量化百分比指的是向量成分的计算量占整个程序计算量的百分比。在同一台机器中，向量化程度越高，机器的运算速度越快，因为不管n的大小，求解方程时花的非向量 *** 作的时间差不多是相等的。

3 Whetstone基准测试程序

Whetstone是用FORTRAN语言编写的综合性测试程序，主要由执行浮点运算、整数算术运算、功能调用、数组变址、条件转移和超越函数的程序组成。Whetstone的测试结果用Kwips表示，1Kwips表示机器每秒钟能执行1000条Whetstone指令。

（3）SPEC基准程序（SPEC benchmark）

SPEC是System PerformanceEvaluation Cooperative的缩写，是几十家世界知名计算机大厂商所支持的非盈利的合作组织，旨在开发共同认可的标准基准程序。

SPEC基准程序是由SPEC开发的一组用于计算机性能综合评价的程序。以对VAX11/780机的测试结果作为基数，其他计算机的测试结果以相对于这个基数的比率来表示。SPEC基准程序能较全面地反映机器性能，有一定的参考价值。

SPEC版本10是1989年10月宣布的，是一套复杂的基准程序集，主要用于测试与工程和科学应用有关的数值密集型的整数和浮点数方面的计算。源程序超过15万行，包含10个测试程序，使用的数据量比较大，分别测试应用的各个方面。

SPEC基准程序测试结果一般以SPECmark（SPEC分数）、SPECint（SPEC整数）和SPECfp（SPEC浮点数）来表示。其中SPEC分数是10个程序的几何平均值，SPEC整数是4个整数程序的几何平均值，SPEC浮点数是6个浮点程序的集合平均值。

1992年在原来SPECint89和SPECfp89的基础上增加了两个整数测试程序和8个浮点数测试程序，因此SPECint92由6个程序组成，SPECfp92由14个程序组成。这20个基准程序是基于不同的应用写成的，主要测量32位cpu、主存储器、编译器和 *** 作系统的性能。

参加这个组织的主要成员有：IBM,AT&T,BULL,Compag，CDC,DG,DEC,Fujitsu，HP，Intel，MIPS,Motorola，SGI,SUN和Unisys等。1995年，这些厂商又共同推出了SPECint95和SPECfp95作为最新的测试标准程序。

（4）TPC基准程序

TPC是Transaction Processing Council（事务处理委员会）的缩写，TPC基准程序是由TPC开发的评价计算机事务处理性能的测试程序，用以评价计算机在事务处理、数据库处理、企业管理与决策支持系统等方面的性能。TPC成立与1988年，目前已有40多个成员，几乎包括了所有主要的商用计算机系统和数据库系统。该基准程序的评测结果用每秒完成的事务处理数TPC来表示。TPC基准测试程序在商业界范围内建立了用于衡量机器性能以及性能价格比的标准。

二、小结：

为大家介绍了四类基准测试程序，大家要针对不同领域选择不同的测试程序。任何一种测试程序都是有一定的适用范围的。

有三分之一的题目是用英语写的，还有不少离散数学的题。

－－－详细请看四级考试大纲－－－

基本要求

1、具有计算机及其应用的基础知识。

2、熟悉计算机 *** 作系统、软件工程和数据库的原理及其应用。

3、具有计算机体系结构、系统组成和性能评价的基础及应用知识。

4、具有计算机网络和通信的基础知识。

5、具有计算机应用项目开发的分析设计和组织实施的基本能力。

6、具有计算机应用系统安全和保密知识。 考试内容

一、计算机系统组成及工作原理

1、计算机系统组成：

（1）计算机的发展。（2）计算机的分类及应用。（3）计算机硬件结构。（4）主要部件功能。（5）计算机软件的功能与分类。（6）系统软件与应用软件。

2、计算机工作原理:

（1）计算机机中数的表示。 （2）运算器。 （3）控制器。 （4）存储器。 （5）输入与输出系统。

3、计算机的主要性能：

（1）计算机系统性能指标。 （2）处理机指标。 （3）存储容量指标。 （4）I/O总线能力。 （5）系统通信能力。 （6）联机事务处理能力。 （7）软件支持。

二、数据结构与算法

1、基本概念：

（1）数据结构的基本概念。 （2）算法的描述与分析。

2、线性表：

（1）线性表的逻辑结构。 （2）线性表的顺序存储结构。 （3）线性表的链式存储结构。

3、数组：

（1）数组的定义与运算。（2）数组的顺序存储结构。 （3）矩阵的压缩存储。

4、栈与队列：

（1）栈的定义和运算。 （2）栈的存储结构。 （3）队列的定义和运算。 （4）链队列与循环队列。

5、串：

（1）串及其 *** 作。 （2）串的存储结构。

6、树和二叉树：

（1）树的定义。 （2）二叉树的定义及性质。 （3）二叉树与树的转换。（4）二叉树的存储。（5）遍历二叉树与线索二叉树。

7、图：

（1）图及其存储结构。 （2）图的遍历。 （3）图的连通性。 （4）有向无环图。 （5）最短路径。 （6）拓扑排序。

8、查找：

（1）线性表查找。 （2）树形结构与查找。 （3）散列查找。

9、排序：

（1）插入排序。 （2）交换排序。 （3）选择排序。 （4）归并排序。 （5）基数排序。

10、文件组织：

（1）顺序文件。 （2）索引文件。 （3）散列文件。

三、离散数学

1、数理逻辑：

（1）命题及其符号化。 （2）命题公式及其分类。 （3）命题逻辑等值演算。 （4）范式。 （5）命题逻辑推理理论。 （6）谓词与量词。 （7）谓词公式与解释。 （8）谓词公式的分类。 （9）谓词逻辑等值演算与前束范式。 （10）谓词逻辑推理理论。

2、集合论：

（1）集合及其表示。 （2）集合的运算。 （3）有序对与笛卡尔积。 （4）关系及其表示法。 （5）关系的运算。 （6）关系的性质。 （7）关系的闭包。 （8）复合关系与逆关系。 （9）等价关系与偏序关系。 （10）函数及其性质。 （11）反函数与复合函数。

3、代数系统：

（1）代数运算及其性质。 （2）同态与同构。 （3）半群与群。 （4）子集与陪集。 （5）正规子群与商群。 （6）循环群与置换群。 （7）环与域。 （8）格与布尔代数。

4、图论：

（1）无向图与有向图。 （2）路、回路与图的连通性。 （3）图的矩阵表示。 （4）最短路径与关键路径。 （5）二部图。 （6）欧拉图与哈密尔顿图。 （7）平面图。 （8）树与生成树。 （9）根树及其应用。

四、 *** 作系统

1、 *** 作系统的基本概念：

（1） *** 作系统的功能。 （2） *** 作系统的基本类型。 （3） *** 作系统的组成。 （4） *** 作系统的接口。

2、进程管理：

（1）进程、线程与进程管理。 （2）进程控制。 （3）进程调度。 （4）进程通信。 （5）死锁。

3、作业管理：

（1）作业与作业管理。 （2）作业状态及其转换。 （3）作业调度。 （4）作业控制。

4、存储管理：

（1）存储与存储管理。 （2）虚拟存储原理。 （3）页式存储。 （4）段式存储。 （5）段页式存储。 （6）局部性原理与工作集概念。

5、文件管理：

（1）文件与文件管理。 （2）文件的分类。 （3）文件结构与存取方式。 （4）文件目录结构。 （5）文件存储管理。 （6）文件存取控制。 （7）文件的作用。

6、设备管理：

（1）设备与设备分类。 （2）输入输出控制方式。 （3）中断技术。 （4）通道技术。 （5）缓冲技术。 （6）设备分配技术与SPOOLing系统。 （7）磁盘调度。 （8）设备管理。

7、一种典型 *** 作系统（DOS/Unix/Windows）的使用：

（1）DOS的特点与使用。 （2）UNIX的特点与使用。 （3）Windows的特点与使用。

五、软件工程

1、软件工程基本概念：

（1）软件与软件危机。 （2）软件生命周期与软件工程。 （3）软件开发技术与软件工程管理。 （4）软件开发方法与工具、环境。

2、结构化生命周期方法：

（1）瀑布模型。 （2）可行性研究与可行性研究报告。 （3）软件计划与进度安排。 （4）软件需求分析。 （5）数据流程图（DFD）、数据字典（DD）。 （6）软件需求说明书。 （7）系统设计。 （8）概要设计与详细设计。 （9）模块结构设计与数据结构设计。 （10）接口设计与安全性设计。 （11）系统设计说明书。 （12）程序设计。 （13）程序设计语言。 （14）结构化程序设计。

3、原型化方法：

（1）原型化的基本原理。 （2）原型化的生命周期。 （3）原型化的人员与工具。 （4）原型化的实施。 （5）原型化的项目管理。 （6）原型化方法与结构化方法的关系。

4、软件测试：

（1）软件测试基本概念。 （2）软件测试方法。 （3）软件测试计划。 （4）单元测试、集成测试与系统测试。 （5）测试用例设计。 （6）测试分析报告。

5、软件维护：

（1）软件可维护性。 （2）校正性维护。 （3）适应性维护。 （4）完善性维护。

6、软件开发工具与环境：

（1）软件开发工具。 （2）软件开发环境。 （3）计算机辅助软件工程（CASE）。

7、软件质量评价：

（1）软件质量的度量与评价模型。 （2）软件复杂性的度量。 （3）软件可靠性的评价。 （4）软件性能的评价。 （5）软件运行评价。

8、软件管理：

（1）软件管理职能。 （2）软件开发组织。 （3）软件计划管理。 （4）标准化管理。 （5）软件工程国家标准。 （6）软件配置管理。 （7）软件产权保护。

六、数据库

1、数据库基本概念：

（1）数据与数据模型。 （2）数据库体系结构。 （3）数据库管理系统与数据库系统。 （4）数据库工程与应用。

2、关系数据库：

（1）关系数据库的基本概念。 （2）关系数据模型。 （3）关系定义、关系模型、关系模式与关系子模式。 （4）数据 *** 纵语言。 （5）关系代数。 （6）集合运算（并，差，交，笛卡尔积）与关系运算（投影，选择，连接）。 （7）关系演算。 （8）元组关系演算与域关系演算。 （9）数据库查询语言。 （10）SQL语言。

3、关系数据库设计理论：

（1）关系数据理论。 （2）函数依赖。 （3）关系模式分解。 （4）关系模式的范式。

4、数据库设计：

（1）数据库设计目标。 （2）数据库设计方法。 （3）数据库的设计步骤。 （4）数据库规划。 （5）需求分析。 （6）概念设计。 （7）逻辑设计。 （8）物理设计。 （9）数据库的实现与维护。

5、数据库的保护：

（1）数据库恢复。 （2）数据库的完整性。 （3）数据库的并发控制。 （4）数据库的安全性。

6、一种数据库管理系统（FoxPro/Oracle）应用：

（1）FoxPro DBMS的结构、特点及应用。 （2）Oracale DBMS的结构、特点及应用。

七、计算机体系结构

1、体系结构的基本概念：

（1）体系结构的定义。 （2）系统的功能层次。 （3）系统的分类。 （4）体系结构的继承与发展。 （5）系统的安全性。

2、指令系统：

（1）指令格式及其优化。 （2）指令系统的复杂化。 （3）RISC技术。 （4）MIPS与MFLOPS。

3、存储体系：

（1）存储层次。 （2）虚存工作原理。 （3）Cache工作原理。

4、通道及新型总线：

（1）I/O方式的发展。 （2）通道工作原理。 （3）EISA与MCA。 （4）局部总线：VFSA与PCI。

5、并行处理技术：

（1）流水线技术。 （2）超流水线与超标量技术。 （3）向量处理机。 （4）多机系统。

6、系统性能评价：

（1）性能评价的概念。 （2）测试程序的分类。 （3）Benchmark的举例。

八、计算机网络与通信

1、计算机网络的基本概念：

（1）网络的定义。 （2）网络的分类。 （3）网络的功能。 （4）网络拓扑。 （5）典型计算机网络组成。

2、数据通信技术：

（1）数据通信的基本概念。 （2）数据通信系统的组成。 （3）传输介质的类型与特点。 （4）数据传输方式。 （5）数据编码方式。 （6）同步方式。 （7）线路复用技术。 （8）数据交换方式。 （9）差错控制方法。

3、网络体系结构：

（1）网络体系结构的基本概念。 （2）ISO/OSIRM。 （3）物理层协议。 （4）数据链路层协议。 （5）网络层协议与X25网层次。 （6）传输层协议。 （7）高层协议。

4、局域网技术：

（1）局域网拓扑。 （2）局域网传输介质。 （3）IEEE802模型与标准。 （4）CSMA/CD工作原理。 （5）Token Bus工作原理。 （6）Token Ring工作原理。 （7）FDDI工作原理。 （8）局部网互连与TCP/IP协议。 （9）局域网 *** 作系统。 （10）局域网组网技术。 （11）局域网应用系统的安全性设计。

5、网络技术的发展：

（1）高速局域网。 （2）ISDN与B-ISDN。 （3）城域网。 （4）帧中继。 （5）ATM技术。 （6）智能大厦与网络综合布线技术。 （7）Clinent/Server的应用技术。 （8）ISO网络管理概念与标准。

上机测试内容

1、计算机 *** 作能力。

2、C语言程序设计能力。

3、项目开发能力。

4、开发工具的使用能力。

上机测试说明

1、考试形式包括课堂笔试（180分钟）和上机测试（60分钟）。

2、试题包括选择题和论述题两种类型。

3、笔试中的选择题用中、英两种文字命题，其中英文题约占三分之一，论述题用中文命题

amd的ht总线和外频是倍数关系，在bios里有这个选项，ht，一般后面可以选4x，5x，3x等等

内存和主频是倍数关系，可以改变内存设置从而改变主频和内存频率的倍数关系

超频建议，外频先上250，ht调到4x，内存设为ddr333

如果不稳定，可以加电压，建议不要高于01，太高了散热会很麻烦

肖文鹏

硕士研究生, 北京理工大学计算机系

2003 年 9 月

随着信息化技术的发展和数字化产品的普及，以计算机技术、芯片技术和软件技术为核心的嵌入式系统再度成为当前研究和应用的热点，通信、计算机、消费电子技术（3C）合一的趋势正在逐步形成，无所不在的网络和无所不在的计算（everything connecting, everywhere computing）正在将人类带入一个崭新的信息社会。

一、嵌入式系统

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件是可裁剪的，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统最典型的特点是与人们的日常生活紧密相关，任何一个普通人都可能拥有各类形形色色运用了嵌入式技术的电子产品，小到MP3、PDA等微型数字化设备，大到信息家电、智能电器、车载GIS，各种新型嵌入式设备在数量上已经远远超过了通用计算机。这也难怪美国著名未来学家尼葛洛庞帝在1999年1月访华时就预言，4~5年后嵌入式智能工具将成为继PC机和Internet之后计算机工业最伟大的发明。

11 历史与现状

虽然嵌入式系统是近几年才开始真正风靡起来的，但事实上嵌入式这个概念却很早就已经存在了，从上个世纪70年代单片机的出现到今天各种嵌入式微处理器、微控制器的广泛应用，嵌入式系统少说也有了近30年的历史。纵观嵌入式系统的发展历程，大致经历了以下四个阶段：

无 *** 作系统阶段

嵌入式系统最初的应用是基于单片机的，大多以可编程控制器的形式出现，具有监测、伺服、设备指示等功能，通常应用于各类工业控制和飞机、导d等武器装备中，一般没有 *** 作系统的支持，只能通过汇编语言对系统进行直接控制，运行结束后再清除内存。这些装置虽然已经初步具备了嵌入式的应用特点，但仅仅只是使用8位的CPU芯片来执行一些单线程的程序，因此严格地说还谈不上"系统"的概念。

这一阶段嵌入式系统的主要特点是：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简便、价格低廉，因而曾经在工业控制领域中得到了非常广泛的应用，但却无法满足现今对执行效率、存储容量都有较高要求的信息家电等场合的需要。

简单 *** 作系统阶段

20世纪80年代，随着微电子工艺水平的提高，IC制造商开始把嵌入式应用中所需要的微处理器、I/O接口、串行接口以及RAM、ROM等部件统统集成到一片VLSI中，制造出面向I/O设计的微控制器，并一举成为嵌入式系统领域中异军突起的新秀。与此同时，嵌入式系统的程序员也开始基于一些简单的" *** 作系统"开发嵌入式应用软件，大大缩短了开发周期、提高了开发效率。

这一阶段嵌入式系统的主要特点是：出现了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU（如Power PC等），各种简单的嵌入式 *** 作系统开始出现并得到迅速发展。此时的嵌入式 *** 作系统虽然还比较简单，但已经初步具有了一定的兼容性和扩展性，内核精巧且效率高，主要用来控制系统负载以及监控应用程序的运行。

实时 *** 作系统阶段

20世纪90年代，在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下，嵌入式系统进一步飞速发展，而面向实时信号处理算法的DSP产品则向着高速度、高精度、低功耗的方向发展。随着硬件实时性要求的提高，嵌入式系统的软件规模也不断扩大，逐渐形成了实时多任务 *** 作系统（RTOS），并开始成为嵌入式系统的主流。

这一阶段嵌入式系统的主要特点是： *** 作系统的实时性得到了很大改善，已经能够运行在各种不同类型的微处理器上，具有高度的模块化和扩展性。此时的嵌入式 *** 作系统已经具备了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面（GUI）等功能，并提供了大量的应用程序接口（API），从而使得应用软件的开发变得更加简单。

面向Internet阶段

21世纪无疑将是一个网络的时代，将嵌入式系统应用到各种网络环境中去的呼声自然也越来越高。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，随着Internet的进一步发展，以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密，嵌入式设备与Internet的结合才是嵌入式技术的真正未来。

信息时代和数字时代的到来，为嵌入式系统的发展带来了巨大的机遇，同时也对嵌入式系统厂商提出了新的挑战。目前，嵌入式技术与Internet技术的结合正在推动着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式系统的研究和应用产生了如下新的显著变化：

1 新的微处理器层出不穷，嵌入式 *** 作系统自身结构的设计更加便于移植，能够在短时间内支持更多的微处理器。

2 嵌入式系统的开发成了一项系统工程，开发厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还要提供强大的硬件开发工具和软件支持包。

3 通用计算机上使用的新技术、新观念开始逐步移植到嵌入式系统中，如嵌入式数据库、移动代理、实时CORBA等，嵌入式软件平台得到进一步完善。

4 各类嵌入式Linux *** 作系统迅速发展，由于具有源代码开放、系统内核小、执行效率高、网络结构完整等特点，很适合信息家电等嵌入式系统的需要，目前已经形成了能与Windows CE、Palm OS等嵌入式 *** 作系统进行有力竞争的局面。

5 网络化、信息化的要求随着Internet技术的成熟和带宽的提高而日益突出，以往功能单一的设备如电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一，结构变得更加复杂，网络互联成为必然趋势。

6 精简系统内核，优化关键算法，降低功耗和软硬件成本。

7 提供更加友好的多媒体人机交互界面。

12 体系结构

根据国际电气和电子工程师协会（IEEE）的定义，嵌入式系统是"控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置"（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。一般而言，整个嵌入式系统的体系结构可以分成四个部分：嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式 *** 作系统和嵌入式应用软件，如图1所示。

图1 嵌入式系统的组成

嵌入式处理器

嵌入式系统的核心是各种类型的嵌入式处理器，嵌入式处理器与通用处理器最大的不同点在于，嵌入式CPU大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中，它将通用CPU中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。

嵌入式处理器的体系结构经历了从CISC（复杂指令集）至RISC（精简指令集）和Compact RISC的转变，位数则由4位、8位、16位、32位逐步发展到64位。目前常用的嵌入式处理器可分为低端的嵌入式微控制器（Micro Controller Unit，MCU）、中高端的嵌入式微处理器（Embedded Micro Processor Unit，EMPU）、用于计算机通信领域的嵌入式DSP处理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP）和高度集成的嵌入式片上系统（System On Chip，SOC）。

目前几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，并且越来越多的公司开始拥有自主的处理器设计部门，据不完全统计，全世界嵌入式处理器已经超过1000多种，流行的体系结构有30多个系列，其中以ARM、PowerPC、MC 68000、MIPS等使用得最为广泛。

嵌入式外围设备

在嵌入系统硬件系统中，除了中心控制部件（MCU、DSP、EMPU、SOC）以外，用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件，事实上都可以算作嵌入式外围设备。目前常用的嵌入式外围设备按功能可以分为存储设备、通信设备和显示设备三类。

存储设备主要用于各类数据的存储，常用的有静态易失型存储器（RAM、SRAM）、动态存储器（DRAM）和非易失型存储器（ROM、EPROM、EEPROM、FLASH）三种，其中FLASH凭借其可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格便宜等优点，在嵌入式领域内得到了广泛应用。

目前存在的绝大多数通信设备都可以直接在嵌入式系统中应用，包括RS-232接口（串行通信接口）、SPI（串行外围设备接口）、IrDA（红外线接口）、I2C（现场总线）、USB（通用串行总线接口）、Ethernet（以太网接口）等。

由于嵌入式应用场合的特殊性，通常使用的是阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）和触摸板（Touch Panel）等外围显示设备。

嵌入式 *** 作系统

为了使嵌入式系统的开发更加方便和快捷，需要有专门负责管理存储器分配、中断处理、任务调度等功能的软件模块，这就是嵌入式 *** 作系统。嵌入式 *** 作系统是用来支持嵌入式应用的系统软件，是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动程序、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形用户界面（GUI）等。嵌入式 *** 作系统具有通用 *** 作系统的基本特点，如能够有效管理复杂的系统资源，能够对硬件进行抽象，能够提供库函数、驱动程序、开发工具集等。但与通用 *** 作系统相比较，嵌入式 *** 作系统在系统实时性、硬件依赖性、软件固化性以及应用专用性等方面，具有更加鲜明的特点。

嵌入式 *** 作系统根据应用场合可以分为两大类：一类是面向消费电子产品的非实时系统，这类设备包括个人数字助理（PDA）、移动电话、机顶盒（STB）等；另一类则是面向控制、通信、医疗等领域的实时 *** 作系统，如WindRiver公司的VxWorks、QNX系统软件公司的QNX等。实时系统（Real Time System）是一种能够在指定或者确定时间内完成系统功能，并且对外部和内部事件在同步或者异步时间内能做出及时响应的系统。在实时系统中， *** 作的正确性不仅依赖于逻辑设计的正确程度，而且与这些 *** 作进行的时间有关，也就是说，实时系统对逻辑和时序的要求非常严格，如果逻辑和时序控制出现偏差将会产生严重后果。

实时系统主要通过三个性能指标来衡量系统的实时性，即响应时间（Response Time）、生存时间（Survival Time）和吞吐量（Throughput）：

o 响应时间 是实时系统从识别出一个外部事件到做出响应的时间；

o 生存时间 是数据的有效等待时间，数据只有在这段时间内才是有效的；

o 吞吐量 是在给定的时间内系统能够处理的事件总数，吞吐量通常比平均响应时间的倒数要小一点。

实时系统根据响应时间可以分为弱实时系统、一般实时系统和强实时系统三种。弱实时系统在设计时的宗旨是使各个任务运行得越快越好，但没有严格限定某一任务必须在多长时间内完成，弱实时系统更多关注的是程序运行结果的正确与否，以及系统安全性能等其他方面，对任务执行时间的要求相对来讲较为宽松，一般响应时间可以是数十秒或者更长。一般实时系统是弱实时系统和强实时系统的一种折衷，它的响应时间可以在秒的数量级上，广泛应用于消费电子设备中。强实时系统则要求各个任务不仅要保证执行过程和结果的正确性，同时还要保证在限定的时间内完成任务，响应时间通常要求在毫秒甚至微秒的数量级上，这对涉及到医疗、安全、军事的软硬件系统来说是至关重要的。

时限（deadline）是实时系统中的一个重要概念，指的是对任务截止时间的要求，根据时限对系统性能的影响程度，实时系统又可以分为软实时系统（soft real-time-system）和硬实时系统（hard real-time-system）。软实时指的是虽然对系统响应时间有所限定，但如果系统响应时间不能满足要求，并不会导致系统产生致命的错误或者崩溃；硬实时则指的是对系统响应时间有严格的限定，如果系统响应时间不能满足要求，就会引起系统产生致命的错误或者崩溃。如果一个任务在时限到达之时尚未完成，对软实时系统来说还是可以容忍的，最多只会降低系统性能，但对硬实时系统来说则是无法接受的，因为这样带来的后果根本无法预测，甚至可能是灾难性的。在目前实际运用的实时系统中，通常允许软硬两种实时性同时存在，其中一些事件没有时限要求，另外一些事件的时限要求是软实时的，而对系统产生关键影响的那些事件的时限要求则是硬实时的。

嵌入式应用软件

嵌入式应用软件是针对特定应用领域，基于某一固定的硬件平台，用来达到用户预期目标的计算机软件，由于用户任务可能有时间和精度上的要求，因此有些嵌入式应用软件需要特定嵌入式 *** 作系统的支持。嵌入式应用软件和普通应用软件有一定的区别，它不仅要求其准确性、安全性和稳定性等方面能够满足实际应用的需要，而且还要尽可能地进行优化，以减少对系统资源的消耗，降低硬件成本。

13 关键问题

嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术以及电子技术与特定行业的具体应用相结合的产物，因此必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统，嵌入式系统的开发充满了竞争、机遇与创新，需要解决好如下一些关键问题：

1 内核精巧 嵌入式系统的应用领域一般都是小型电子装置，系统资源相对有限，因此对内核的要求相当高，较之传统的 *** 作系统来讲要小得多，例如ENEA公司推出的OSE分布式嵌入式系统，整个内核只有5KB。

2 面向应用 嵌入式系统通常是面向用户、面向产品、面向特定应用的。嵌入式系统中的CPU大多工作在为特定用户群定制的环境中，具有低耗、体积小、集成度高等特点，在进行软硬件设计时必须突出效率、去除冗余，针对用户的具体需求对系统进行合理的配置，方能达到理想的性能。

3 系统精简 嵌入式系统中的系统软件和应用软件通常没有明显的区别，不要求其功能及实现上过于复杂，这样一方面有利于控制系统成本，另一方面也有利于保证系统安全。

4 性能优化 嵌入式系统通常都要求有一定的实时性保障，为了提高执行速度和系统性能，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储芯片或者处理器的内部存储器件当中，而不是存贮在磁盘等外部载体中。由于嵌入式系统的运算速度和存储容量存在一定程度上的限制，而且大部分系统都必须有较高的实时性保证，因此对软件质量（特别是可靠性方面）有着较高的要求。

5 专业开发 嵌入式系统本身并不具备自主开发能力，用户不能直接在其上进行二次开发。当系统完成之后，用户如果需要修改其中某个程序的功能，必须借助一套完整的开发工具和环境。嵌入式系统中专用的开发工具和环境通常是基于通用计算机上的软硬件设备，以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。

二、嵌入式Linux

Linux从1991年问世到现在，短短的十几年时间已经发展成为功能强大、设计完善的 *** 作系统之一，不仅可以与各种传统的商业 *** 作系统分庭抗争，在新兴的嵌入式 *** 作系统领域内也获得了飞速发展。嵌入式Linux（Embedded Linux）是指对标准Linux经过小型化裁剪处理之后，能够固化在容量只有几K或者几M字节的存储器芯片或者单片机中，适合于特定嵌入式应用场合的专用Linux *** 作系统。

21 优势

嵌入式Linux的开发和研究是 *** 作系统领域中的一个热点，目前已经开发成功的嵌入式系统中，大约有一半使用的是Linux。Linux之所以能在嵌入式系统市场上取得如此辉煌的成果，与其自身的优良特性是分不开的。

广泛的硬件支持

Linux能够支持x86、ARM、MIPS、ALPHA、PowerPC等多种体系结构，目前已经成功移植到数十种硬件平台，几乎能够运行在所有流行的CPU上。Linux有着异常丰富的驱动程序资源，支持各种主流硬件设备和最新硬件技术，甚至可以在没有存储管理单元（MMU）的处理器上运行，这些都进一步促进了Linux在嵌入式系统中的应用。

内核高效稳定

Linux内核的高效和稳定已经在各个领域内得到了大量事实的验证，Linux的内核设计非常精巧，分成进程调度、内存管理、进程间通信、虚拟文件系统和网络接口五大部分，其独特的模块机制可以根据用户的需要，实时地将某些模块插入到内核或从内核中移走。这些特性使得Linux系统内核可以裁剪得非常小巧，很适合于嵌入式系统的需要。

开放源码，软件丰富

Linux是开放源代码的自由 *** 作系统，它为用户提供了最大限度的自由度，由于嵌入式系统千差万别，往往需要针对具体的应用进行修改和优化，因而获得源代码就变得至关重要了。Linux的软件资源十分丰富，每一种通用程序在Linux上几乎都可以找到，并且数量还在不断增加。在Linux上开发嵌入式应用软件一般不用从头做起，而是可以选择一个类似的自由软件做为原型，在其上进行二次开发。

优秀的开发工具

开发嵌入式系统的关键是需要有一套完善的开发和调试工具。传统的嵌入式开发调试工具是在线仿真器（In-Circuit Emulator，ICE），它通过取代目标板的微处理器，给目标程序提供一个完整的仿真环境，从而使开发者能够非常清楚地了解到程序在目标板上的工作状态，便于监视和调试程序。在线仿真器的价格非常昂贵，而且只适合做非常底层的调试，如果使用的是嵌入式Linux，一旦软硬件能够支持正常的串口功能时，即使不用在线仿真器也可以很好地进行开发和调试工作，从而节省了一笔不小的开发费用。嵌入式Linux为开发者提供了一套完整的工具链（Tool Chain），它利用GNU的gcc做编译器，用gdb、kgdb、xgdb做调试工具，能够很方便地实现从 *** 作系统到应用软件各个级别的调试。

完善的网络通信和文件管理机制

Linux至诞生之日起就与Internet密不可分，支持所有标准的Internet网络协议，并且很容易移植到嵌入式系统当中。此外，Linux还支持ext2、fat16、fat32、romfs等文件系统，这些都为开发嵌入式系统应用打下了很好的基础。

22 挑战

目前，嵌入式Linux系统的研发热潮正在蓬勃兴起，并且占据了很大的市场份额，除了一些传统的Linux公司（如RedHat、MontaVista等）正在从事嵌入式Linux的开发和应用之外，IBM、Intel、Motorola等著名企业也开始进行嵌入式Linux的研究。虽然前景一片灿烂，但就目前而言，嵌入式Linux的研究成果与市场的真正要求仍有一段差距，要开发出真正成熟的嵌入式Linux系统，还需要从以下几个方面做出努力。

提高系统实时性

Linux虽然已经被成功地应用到了PDA、移动电话、车载电视、机顶盒、网络微波炉等各种嵌入式设备上，但在医疗、航空、交通、工业控制等对实时性要求非常严格的场合中还无法直接应用，原因在于现有的Linux是一个通用的 *** 作系统，虽然它也采用了许多技术来加快系统的运行和响应速度，并且符合POSIX 10031b标准，但从本质上来说并不是一个嵌入式实时 *** 作系统。Linux的内核调度策略基本上是沿用UNIX系统的，将它直接应用于嵌入式实时环境会有许多缺陷，如在运行内核线程时中断被关闭，分时调度策略存在时间上的不确定性，以及缺乏高精度的计时器等等。正因如此，利用Linux作为底层 *** 作系统，在其上进行实时化改造，从而构建出一个具有实时处理能力的嵌入式系统，是现在日益流行的解决方案。

改善内核结构

Linux内核采用的是整体式结构（Monolithic），整个内核是一个单独的、非常大的程序，这样虽然能够使系统的各个部分直接沟通，有效地缩短任务之间的切换时间，提高系统响应速度，但与嵌入式系统存储容量小、资源有限的特点不相符合。嵌入式系统经常采用的是另一种称为微内核（Microkernel）的体系结构，即内核本身只提供一些最基本的 *** 作系统功能，如任务调度、内存管理、中断处理等，而类似于文件系统和网络协议等附加功能则运行在用户空间中，并且可以根据实际需要进行取舍。Microkernel的执行效率虽然比不上Monolithic，但却大大减小了内核的体积，便于维护和移植，更能满足嵌入式系统的要求。可以考虑将Linux内核部分改造成Microkernel，使Linux在具有很高性能的同时，又能满足嵌入式系统体积小的要求。

完善集成开发平台

引入嵌入式Linux系统集成开发平台，是嵌入式Linux进一步发展和应用的内在要求。传统上的嵌入式系统都是面向具体应用场合的，软件和硬件之间必须紧密配合，但随着嵌入式系统规模的不断扩大和应用领域的不断扩展，嵌入式 *** 作系统的出现就成了一种必然，因为只有这样才能促成嵌入式系统朝层次化和模块化的方向发展。很显然，嵌入式集成开发平台也是符合上述发展趋势的，一个优秀的嵌入式集成开发环境能够提供比较完备的仿真功能，可以实现嵌入式应用软件和嵌入式硬件的同步开发，从而摆脱了"嵌入式应用软件的开发依赖于嵌入式硬件的开发，并且以嵌入式硬件的开发为前提"的不利局面。一个完整的嵌入式集成开发平台通常包括编译器、连接器、调试器、跟踪器、优化器和集成用户界面，目前Linux在基于图形界面的特定系统定制平台的研究上，与Windows CE等商业嵌入式 *** 作系统相比还有很大差距，整体集成开发环境有待提高和完善。

三、关键技术

嵌入式系统是一种根据特定用途所专门开发的系统，它只完成预期要完成的功能，因此其开发过程和开发环境同传统的软件开发相比有着显著的不同。

31 开发流程

在嵌入式系统的应用开发中，整个系统的开发过程如图2所示：

图2 嵌入式系统的开发流程

嵌入式系统发展到今天，对应于各种微处理器的硬件平台一般都是通用的、固定的、成熟的，这就大大减少了由硬件系统引入错误的机会。此外，由于嵌入式 *** 作系统屏蔽了底层硬件的复杂性，使得开发者通过 *** 作系统提供的API函数就可以完成大部分工作，因此大大简化了开发过程，提高了系统的稳定性。嵌入式系统的开发者现在已经从反复进行硬件平台设计的过程中解脱出来，从而可以将主要精力放在满足特定的需求上。

嵌入式系统通常是一个资源受限的系统，因此直接在嵌入式系统的硬件平台上编写软件比较困难，有时候甚至是不可能的。目前一般采用的解决办法是首先在通用计算机上编写程序，然后通过交叉编译生成目标平台上可以运行的二进制代码格式，最后再下载到目标平台上的特定位置上运行。

需要交叉开发环境（Cross Development Environment）的支持是嵌入式应用软件开发时的一个显著特点，交叉开发环境是指编译、链接和调试嵌入式应用软件的环境，它与运行嵌入式应用软件的环境有所不同，通常采用宿主机／目标机模式，如图3所示。

图3 交叉开发环境

宿主机（Host）是一台通用计算机（如PC机或者工作站），它通过串口或者以太网接口与目标机通信。宿主机的软硬件资源比较丰富，不但包括功能强大的 *** 作系统（如Windows和Linux），而且还有各种各样优秀的开发工具（如WindRiver的Tornado、Microsoft的Embedded Visual C++等），能够大大提高嵌入式应用软件的开发速度和效率。

目标机（Target）一般在嵌入式应用软件开发期间使用，用来区别与嵌入式系统通信的宿主机，它可以是嵌入式应用软件的实际运行环境，也可以是能够替代实际运行环境的仿真系统，但软硬件资源通常都比较有限。嵌入式系统的交叉开发环境一般包括交叉编译器、交叉调试器和系统仿真器，其中交叉编译器用于在宿主机上生成能在目标机上运行的代码，而交叉调试器和系统仿真器则用于在宿主机与目标机间完成嵌入式软件的调试。在采用宿主机／目标机模式开发嵌入式应用软件时，首先利用宿主机上丰富的资源和良好的开发环境开发和仿真调试目标机上的软件，然后通过串口或者以网络将交叉编译生成的目标代码传输并装载到目标机上，并在监控程序或者 *** 作系统的支持下利用交叉调试器进行分析和调试，最后目标机在特定环境下脱离宿主机单独运行。

建立交叉开发环境是进行嵌入式软件开发的第一步，目前常用的交叉开发环境主要有开放和商业两种类型。开放的交叉开发环境的典型代表是GNU工具链、目前已经能够支持x86、ARM、MIPS、PowerPC等多种处理器。商业的交叉开发环境则主要有Metrowerks CodeWarrior、ARM Software Development Toolkit、SDS Cross compiler、WindRiver Tornado、Microsoft Embedded Visual C++等。

32 交叉编译和链接

在完成嵌入式软件的编码之后，需要进行编译和链接以生成可执行代码，由于开发过程大多是在使用Intel公司x86系列CPU的通用计算机上进行的，而目标环境的处理器芯片却大多为ARM、MIPS、PowerPC、DragonBall等系列的微处理器，这就要求在建立好的交叉开发环境中进行交叉编译和链接。

交叉编译器和交叉链接器是能够在宿主机上运行，并且能够生成在目标机上直接运行的二进制代码的编译器和链接器。例如在基于ARM体系结构的gcc交叉开发环境中，arm-linux-gcc是交叉编译器，arm-linux-ld是交叉链接器。通常情况下，并不是每一种体系结构的嵌入式微处理器都只对应于一种交叉编译器和交叉链接器，比如对于M68K体系结构的gcc交叉开发环境而言，就对应于多种不同的编译器和链接器。如果使用的是COFF格式的可执行文件，那么在编译Linux内核时需要使用m68k-coff-gcc和m68k-coff-ld，而在编译应用程序时则需要使用m68k-coff-pic-gcc和m68k-coff-pic-ld。

嵌入式系统在链接过程中通常都要求使用较小的函数库，以便最后产生的可执行代码能够尽可能地小，因此实际运用时一般使用经过特殊处理的函数库。对于嵌入式L

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网站架构，一般认为是根据客户需求分析的结果，准确定位网站目标群体，设定网站整体架构，规划、设计网站栏目及其内容，制定网站开发流程及顺序，以最大限度地进行高效资源分配与管理的设计。其内容有程序架构，呈现架构，和信息架构三种表现。而步骤主要分为硬架构和软架构两步程序。网络架构是现代网络学习和发展的一个必须的基础技术。对于访问量大点的网站而言，分离单独的服务器和页面服务器相当必要，我们可以用lig>

数据库服务器是重中之重，因为网站的瓶颈问题十有八九是出在数据库身上。现在一般的中小网站多使用MySQL数据库，不过它的集群功能似乎还没有达到stable的阶段，所以这里不做评价。一般而言，使用MySQL数据库的时候，我们应该搞一个主从（一主多从）结构，主数据库服务器使用innodb表结构，从数据服务器使用myisam表结构，充分发挥它们各自的优势，而且这样的主从结构分离了读写 *** 作，降低了读 *** 作的压力，甚至我们还可以设定一个专门的从服务器做备份服务器，方便备份。不然如果你只有一台主服务器，在大数据量的情况下，mysqldump基本就没戏了，直接拷贝数据文件的话，还得先停止数据库服务再拷贝，否则备份文件会出错。但对于很多网站而言，即使数据库服务仅停止了一秒也是不可接受的。

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