免费智能真题库 > 历年试卷 > 嵌入式系统设计师 > 2014年下半年 嵌入式系统设计师 下午试卷 案例
  第2题      
  知识点：   控制器   嵌入式系统   以太网   总线   Flash   Web服务   Web服务器   存储系统

 
阅读下列说明和图，回答问题1和问题2,将解答填入答题纸的对应栏内。
【说明】
在嵌入式系统设计中，李工使用某嵌入式处理器和对应的以太网芯进行带有网络功能的单板实现，该电路中还包含DDR、Flash等存储芯片和相应的外围控制芯片。图2-1为所选用嵌入式处理器的存储模块存储地址总线变换示意图，图2-2为以太网芯片外围设计的相关原理示意图，图2-3为用户在该嵌入式单板系统上实现内部嵌入式Web服务器的流程示意图。
在该嵌入式处理器的存储系统设计中，嵌入式处理器内部包含SA[25:0]（从髙到低）共26根系统地址总线，外部使用22根数据线和外部存储设备进行连接。
嵌入式处理器和以太网芯片之间的交互接口为Mil（Media Independent Interface）接口，包含数据线和控制线。数据线分为收发两个方向：其中RXD[3:0]为并行数据接收线，RXCLK为对应的时钟线；TXD[3:0]为并行数据发送线，TXCLK为对应的时钟线。MDIO和MDC为控制线，通过其进行以太网芯片的配置。以太网芯片的最大通信频率由其外围的晶振频率和收发数据线的并行数目决定。
在嵌入式系统设计中，嵌入式处理器和以太网芯片之间可以设计为一对多的方式，每个以太网控制器都有一个PHYID，该PHYID依赖于以太网芯片周边的电路设计。在图2-2的设计中，该以太W芯片的PHYID由图中的PHYID[4:0]五个管脚来定。对于该以太网芯片而言，PHYID[4:0]在启动时是作为PHYID选择控制使用，在启动后是作为其它指示功能使用。PHYID的最大值是31（五位），最小是0，由PHYID[4:0]从高位到低位决定，对应符脚为髙电平时对应的值为1，低电平时对应的值为0。
 
问题：2.1   如图2-1所示，用户可以通过寄存器将存储总线变换方式配置为字节模式（8位模式），半字模式（16位模式）或者字模式（32位模式）中的任何一种，不同模式下，所使用到的地址线不同。
在图2-1中的，①、②、和③分别对应的地址线连接应该依次是（1）。
A SA2-SA23，SA1-SA22，SA0-SA21
B SA0-SA21，SA2-SA23，SA1-SA22
C SA1-SA22，SA2-SA23，SA0-SA21
D SA0-SA21，SA1-SA22，SA2-SA23


根据图2-2的网络部分相关电路设计，可以知道该嵌入式处理器的W络通信中，最大通信频率是（2）Mbpso
A.10000 B. 1000 C. 100 D. 10
如果该网络芯片工作在100Mbps，那么在图2-2的设计中，RXCLK的工作频率应该是（3）Mbps.
根据图2-2的电路和题目说明，在该电路中，以太网芯片的PHYID应该是（4）。
 
问题：2.2   在图2-3中，为了实现嵌入式Web服务器和对应的请求流程，李工设计了该流程示意图，根据网络通信的过程，从下面选项中选择合适的处理过程，填充图2-3中的空（1）〜（4）。

空（1）〜（4）备选答案：
A.创建TCP socket套接字
B.关闭socket套接字
C.accept尝试建立TCP连接
D.HTTP服务
E.数据发送处理
F.数据接收处理
G.bind绑定套接字
H.本地其它服务处理
I.listen侦听客户套接字
J.创建UDP socket套接字
 
 
 

   知识点讲解    
   · 控制器    · 嵌入式系统    · 以太网    · 总线    · Flash    · Web服务    · Web服务器    · 存储系统
 
       控制器
        运算器只能完成运算，而控制器用于控制整个CPU的工作，它决定了计算机运行过程的自动化。它不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件。控制器一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑等几个部分。
        指令控制逻辑要完成取指令、分析指令和执行指令的操作，其过程分为取指令、指令译码、按指令操作码执行、形成下一条指令地址等步骤。
        （1）指令寄存器（IR）。当CPU执行一条指令时，先把它从内存储器取到缓冲寄存器中，再送入IR暂存，指令译码器根据IR的内容产生各种微操作指令，控制其他的组成部件工作，完成所需的功能。
        （2）程序计数器（PC）。PC具有寄存信息和计数两种功能，又称为指令计数器。程序的执行分两种情况，一是顺序执行，二是转移执行。在程序开始执行前，将程序的起始地址送入PC，该地址在程序加载到内存时确定，因此PC的内容即是程序第一条指令的地址。执行指令时，CPU自动修改PC的内容，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改的过程通常只是简单地对PC加1。当遇到转移指令时，后继指令的地址根据当前指令的地址加上一个向前或向后转移的位移量得到，或者根据转移指令给出的直接转移的地址得到。
        （3）地址寄存器（AR）。AR保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于内存和CPU存在着操作速度上的差异，所以需要使用AR保持地址信息，直到内存的读／写操作完成为止。
        （4）指令译码器（ID）。指令包含操作码和地址码两部分，为了能执行任何给定的指令，必须对操作码进行分析，以便识别所完成的操作。指令译码器就是对指令中的操作码字段进行分析解释，识别该指令规定的操作，向操作控制器发出具体的控制信号，控制各部件工作，完成所需的功能。
        时序控制逻辑要为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号。总线逻辑是为多个功能部件服务的信息通路的控制电路。中断控制逻辑用于控制各种中断请求，并根据优先级的高低对中断请求进行排队，逐个交给CPU处理。
 
       嵌入式系统
        嵌入式计算机系统是与特定功能的设备集成在一起、且隐藏在这个功能系统内部为预定任务而设计的计算机系统。该计算机可对设备的状态进行采集，包括操作者的命令和受控对象的状态，按照设备所要求的、预先设定的特定规律进行计算，计算结果作为命令输出到设备的某些部件，控制某些操作，同时将人所关心的信息显示给操作者。一个典型的嵌入式系统如下图所示。
        
        嵌入式系统组成
        上述嵌入式系统的输入、处理、输出的各个部分，一般情况下都是通过软件运行完成的。因此嵌入式软件是嵌入式系统的重要组成部分，而且体现了系统的思想、方法和规律。
        在当今社会中，嵌入式系统已经和我们的生活息息相关，人们每时每刻都离不了嵌入式系统，如下图所示。
        
        嵌入式系统基本分类
        嵌入式系统一般是实时系统，《牛津计算机字典》对实时系统解释是：“系统的输入对应于一个外部物理世界的运动，而系统输出对应着另外一个物理世界的运动，而这两个运动的时间差必须在可接受的足够小的范围内，实时性就体现在从输入到形成输出所需的时间。”实时系统又进一步定义为硬实时系统和软实时系统两种，如下表所示。
        
        实时系统分类及其特性
        一般认为，嵌入式计算机相对于个人计算机或超级计算机，在软件或硬件上的资源是有限的，硬件资源体现在处理速度、功耗、存储空间等方面，软件资源指有限的应用、有限的操作系统支持、应用代码量少等方面。
        第一款大批量生产的嵌入式系统是美国1961年发布的民兵Ⅰ型导弹内嵌的D-17自动制导计算机。
        随着20世纪60年代早期应用开始，嵌入式系统的价格迅速降低，同时处理功能和能力获得快速提高。以第一款单片机Intel 4004为例，在存储器和外围芯片的配套使用下，实现了计算器和其他小型系统。1978年，美国国家工程制造商协会发布了可编程单片机的“标准”，涵盖了几乎所有以计算机为基础的控制器，如单板计算机、数控设备以及基于事件的控制器，使得微处理器得到了快速发展。
        无一例外，不断发展中的嵌入式计算功能的实现都通过用户需求驱动、顶层定义、硬件定义开始，但核心是软件的算法处理，实际上类似硬件功能通过不同软件的控制就可以实现不同用户所需要的嵌入式功能，如下图所示。
        
        嵌入式计算机的层次化架构
        当基础硬件接口、计算和存储资源、总线与网络乃至各种传感器、作动器、液压等以模块化、通用化、组合化等变得越来越成熟，他们就可以方便地组合成硬件平台。而软件却恰恰相反，基本是为满足人类某种新的设想或应用要求开始进行新的设计。这些设计从诸如领域、实现功能、性能、可靠性、安全性等方面，可以是全新理念设备、或是适应性修改升级等途径，都会导致软件有不同程度的差异。
        嵌入式系统具有以下特征：
        （1）嵌入式系统的时间敏感性。嵌入式实时系统对时间响应都是有要求的。例如对于一个设备的运动控制系统，从操作指令发出，嵌入式计算机根据指令和外部条件计算并输出到动作器的动作，要保证在所有的条件下、在确定的时间内产生所需的输出。这对于设计者来说，一般的实时系统都会围绕这个关键需求进行系统设计。另外为了满足时间敏感性要求，确保在最复杂行为和最大延时情况下，系统操作不发生延迟，要求处理器的利用率要有40%左右的余量。有时为满足某些强实时嵌入式系统的应答时间限定在毫秒级或更低，需要在高级语言中嵌入低级语言编程实现。
        （2）嵌入式系统的可靠性和安全性。嵌入式计算机系统的失效带来的可能是个人娱乐系统故障的微小损失，可能是铁路信号失效的巨额经济损失，也可能是战略武器控制等经济损失以及重大的社会政治影响等。所以在某种设计缺陷被诱发后，对于不同的系统需要采取不同的策略，例如对具有重大影响的系统，要求计算机或计算机软件对设计缺陷、制造缺陷等失效采取“永不放弃”的安全性设计技术，将损失控制在可接受的范围内。在有人为输入情况下，嵌入式系统还需考虑最大可能地减少人为失误所引起的系统失效。这些算法或机制可以是输入有效性合理性检查、硬件容错、软件容错、错误后的系统缓慢降级、系统进入安全模式等。
        （3）嵌入式软件的复杂性。软件复杂度取决于问题规模和复杂度。简单问题的软件可由个人完成，甚至可以进行软件正确性证明；即使过程中更换人员，花费少许时间就可掌握和维护。但如汽车控制、飞机控制等大型复杂软件，其需要根据复杂的外部输入、按照多变量物理规律和人们的预期，实现预定的功能。软件需要根据系统的外部事件及其组合，考虑各种处理、逻辑、时序、边界、超出边界的鲁棒性等进行详细算法和策略研究。还需要考虑如安全性、可靠性、维护性等质量要求。更困难的是大规模软件需要团队联合定义、并行开发、持续维护，同时考虑处理平台限制条件。
 
       以太网
        以太网接口一般分为十兆、百兆、千兆以太网接口。
        （1）传统以太网接口符合10Base-T物理层规范，工作速率为10Mb/s，有全双工和半双工两种工作方式。
        （2）快速以太网接口符合100Base-TX物理层规范，兼容10Base-T物理层规范，可以在10Mb/s、100Mb/s两种速率下工作，有半双工和全双工两种工作方式。它具有自动协商模式，可以与其他网络设备协商确定工作方式和速率，自动选择最合适的工作方式和速率，从而可以大大简化系统的配置和管理。传统以太网接口的配置与快速以太网接口的配置基本相同，但前者配置简单，配置项较少。
        （3）千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的有效解决方案，这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。千兆技术仍然是以太技术，它采用了与10Mb/s以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全／半双工工作方式、流控模式以及布线系统。
        千兆以太网技术有两个标准：IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab。
        IEEE 802.3z工作组负责制定光纤（单模或多模）和同轴电缆的全双工链路标准。IEEE 802.3z定义了基于光纤和短距离铜缆的1000Base-X，采用8B/10B编码技术，信道传输速度为1.25Gb/s，去耦后实现1000Mb/s传输速度。
        IEEE 802.3ab工作组负责制定基于半双工链路的千兆以太网标准，产生IEEE 802.3ab标准及协议。
        以太网卡可以工作在两种模式下：半双工和全双工。
        半双工：半双工传输模式实现以太网载波监听多路访问冲突检测。传统的共享LAN是在半双工下工作的，在同一时间只能传输单一方向的数据。当两个方向的数据同时传输时，就会产生冲突，这会降低以太网的效率。
        全双工：全双工传输是采用点对点连接，这种安排没有冲突，因为它们使用双绞线中两个独立的线路，这等于没有安装新的介质就提高了带宽。在全双工模式下，冲突检测电路不可用，因此每个全双工连接只用一个端口，用于点对点连接。标准以太网的传输效率可达到50%～60%的带宽，全双工在两个方向上都提供100%的效率。
 
       总线
        计算机系统中的总线（Bus）是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道，是连接计算机硬件系统内多种设备的通信线路，它的一个重要特征是由总线上的所有设备共享，因此可以将计算机系统内的多种设备以总线方式进行连接。
               总线的分类
               按照所传输的信号类型可将总线分为数据总线、地址总线和控制总线3类。不同型号的CPU芯片，其数据总线、地址总线和控制总线的条数可能不同。
               .数据总线（Data Bus，DB）用来传送数据信息，是双向的。CPU既可通过DB从内存或输入设备读入数据，也可通过DB将内部数据送至内存或输出设备。DB的宽度决定了CPU和计算机其他设备之间每次交换数据的位数。
               .地址总线（Address Bus，AB）用于传送CPU发出的地址信息，是单向的。传送地址信息的目的是指明与CPU交换信息的内存单元或I/O设备。存储器是按地址访问的，所以每个存储单元都有一个固定地址，要访问1MB存储器中的任一单元，需要给出220个地址，即需要20位地址（220=1M）。因此，地址总线的宽度决定了CPU的最大寻址能力。
               .控制总线（Control Bus，CB）用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。其中有的信号是CPU向内存或外部设备发出的信息，有的是内存或外部设备向CPU发出的信息。显然，CB中的每一条线的信息传送方向是单方向且确定的，但CB作为一个整体则是双向的。所以，在各种结构框图中，凡涉及到控制总线CB，均是以双向线表示。
               总线的性能直接影响到整机系统的性能，而且任何系统的研制和外围模块的开发都必须依从所采用的总线规范。总线技术随着微机结构的改进而不断发展与完善。
               在计算机的概念模型中，CPU通过系统总线和存储器之间直接进行通信。实际上在现代的计算机中，存在一个控制芯片的模块。CPU需要和存储器，I/O设备等进行交互，会有多种不同功能的控制芯片，称之为控制芯片组。对于目前的计算机结构来说，控制芯片集成在主板上，典型的有南北桥结构和单芯片结构。与芯片相连接的总线可以分为前端总线（FSB）、存储总线、I/O总线、扩展总线等。
                      南北桥芯片结构
                      北桥芯片直接与CPU、内存、显卡、南桥相连，控制着CPU的类型、主板的总线频率、内存控制器、显示核心等。前端总线（FSB）是将CPU连接到北桥芯片的总线。内存总线是将内存连接到北桥芯片的总线。用于和北桥之间的通信，显卡则通过I/O总线连接到北桥芯片。
                      南桥芯片主要负责外部设备接口与内部CPU的联系，其中，通过I/O总线连接外部I/O设备连接到南桥，例如USB设备、ATA和SATA设备以及一些扩展接口，扩展总线则指是主板上提供的一些PCI、ISA等插槽。
                      单芯片结构
                      单芯片组方式取消了北桥。由于CPU中内置了内存控制器，不再需要通过北桥来控制，这样就能提高内存控制器的频率，减少延迟。还有一些CPU还集成了显示单元，使得显示芯片的频率更高，延迟更低。
               常见总线
               （1）ISA总线。ISA是工业标准总线，只支持16位I/O设备，数据传输率大约是16Mb/s，也称为AT标准。
               （2）EISA总线。EISA是在ISA总线的基础上发展起来的32位总线。该总线定义32位地址线、32位数据线以及其他控制信号线、电源线、地线等共196个接点。总线传输速率达33MB/s。
               （3）PCI总线。PCI总线是目前微型机上广泛采用的内总线，采用并行传输方式。PCI总线有适于32位机的124个信号的标准和适于64位机的188个信号的标准。PCI总线的传输速率至少为133MB/s，64位PCI总线的传输速率为266MB/s。PCI总线的工作与CPU的工作是相互独立的，也就是说，PCI总线时钟与处理器时钟是独立的、非同步的。PCI总线上的设备是即插即用的。接在PCI总线上的设备均可以提出总线请求，通过PCI管理器中的仲裁机构允许该设备成为主控设备，主控设备与从属设备间可以进行点对点的数据传输。PCI总线能够对所传输的地址和数据信号进行奇偶校验检测。
               （4）PCI Express总线。PCI Express简称为PCI-E，采用点对点串行连接，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输，PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量。
               PCI Express的接口根据总线位宽不同而有所差异，包括X1、X4、X8以及X16（X2模式将用于内部接口而非插槽模式），其中X1的传输速度为250MB/s，而X16就是等于16倍于X1的速度，即是4GB/s。较短的PCI Express卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用。PCI Express接口能够支持热拔插。同时，PCI Express总线支持双向传输模式，还可以运行全双工模式，它的双单工连接能提供更高的传输速率和质量，它们之间的差异与半双工和全双工类似。因此连接的每个装置都可以使用最大带宽。
               （5）前端总线。微机系统中，前端总线（Front Side Bus，FSB）是将CPU连接到北桥芯片的总线。需要注意主板和CPU的搭配问题。一般来说，如果CPU不超频，那么前端总线是由CPU决定的，如果主板不支持CPU所需要的前端总线，系统就无法工作。
               通常情况下，一个CPU默认的前端总线是唯一的。北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件，并与南桥芯片连接。CPU通过前端总线（FSB）连接到北桥芯片，进而通过北桥芯片与内存、显卡交换数据。FSB是CPU和外界交换数据的最主要通道，因此FSB的数据传输能力对计算机整体性能作用很大，如果没足够快的FSB，再强的CPU也不能明显提高计算机整体速度。
               （6）RS-232C。RS-232C是一条串行外总线，其主要特点是所需传输线比较少，只需三条线（一条发、一条收、一条地线）即可实现全双工通信。传送距离远，用电平传送为15m，电流环传送可达千米。有多种可供选择的传送速率。采用非归零码负逻辑工作，电平≤-3V为逻辑1，而电平≥+3V为逻辑0，具有较好的抗干扰性。
               （7）SCSI总线。小型计算机系统接口（SCSI）是一条并行外总线，广泛用于连接软硬磁盘、光盘、扫描仪等。该接口总线早期是8位的，后来发展到16位。传输速率由SCSI-1的5MB/s到16位的Ultra2 SCSI的80MB/s。今天的传输速率已高达320MB/s。该总线上最多可接63种外设，传输距离可达20m（差分传送）。
               （8）SATA。SATA是Serial ATA的缩写，即串行ATA。它主要用作主板和大量存储设备（如硬盘及光盘驱动器）之间的数据传输之用。SATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。
               （9）USB。通用串行总线（USB）当前风头正劲，近几年得到十分广泛的应用。USB由4条信号线组成，其中两条用于传送数据，另外两条传送+5V容量为500mA的电源。可以经过集线器（Hub）进行树状连接，最多可达5层。该总线上可接127个设备。USB 1.0有两种传送速率：低速为1.5MB/s，高速为12MB/s。USB 2.0的传送速率为480MB/s。USB总线最大的优点还在于它支持即插即用，并支持热插拔。
               （10）IEEE-1394。IEEE-1394是高速串行外总线，近几年得到广泛应用。IEEE-1394也支持外设热插拔，可为外设提供电源，省去了外设自带的电源，能连接多个不同设备，支持同步和异步数据传输。IEEE-1394由6条信号线组成，其中两条用于传送数据，两条传送控制信号，另外两条传送8～40V容量为1500mA的电源，IEEE-1394总线理论上可接63个设备。IEEE-1394的传送速率从400MB/s、800MB/s、1600MB/s直到3.2GB/s。
               （11）IEEE-488总线。IEEE-488是并行总线接口标准。微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用IEEE-488总线连接装配，它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备不需中介单元直接并联于总线上。总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20m，信号传输速度一般为500Kb/s，最大传输速度为1MB/s。
 
       Flash
        Flash是Macromedia公司推出的一款设计与制作动画的专业软件。Flash的前身是FutureSplash，1996年11月被正式卖给Macromedia，更名为Flash 1.0。经过Macromedia近十年的经营，推出了十个版本，Flash已经发展为一款风靡Internet的二维动画设计与制作软件，取代了GIF等动画的地位，成为这一领域的霸主。2005年，Adobe公司耗资34亿美元并购了Macromedia，从此Flash冠上了Adobe的头衔，陆续推出了Adobe Flash CS3、Adobe Flash CS4版本，开始了新的征程。
        Flash具有友好的操作界面，易学易用。Flash支持SWF、AVI、EXE等多种动画格式输出，适用于在线、离线观看动画，或将动画嵌入其他程序中播放。Flash生成的文件体积小，易于网络传输。Flash采用矢量图形和流式播放技术生成动画，生成的动画文件体积小，图像不易失真，可自由缩放，可自动调整图像尺寸，文件大小不会改变，适应于网络流式传输。Flash功能强大，使得设计者可以随心所欲地设计出高品质的动画，通过ActionScript脚本语言可以实现交互，使Flash具有更高的设计自由度。
 
       Web服务
        Web是为了程序到用户的交互，而Web服务是为程序到程序的交互做准备。Web服务使公司可以降低进行电子商务的成本、更快地部署解决方案以及开拓新机遇。实现Web服务的关键在于通用的程序到程序通信模型，该模型应建立在现有的和新兴的标准之上，例如，HTTP、可扩展标记语言（Extensible Markup Language，XML）、简单对象访问协议（Simple Object Access Protocol，SOAP）、Web服务描述语言（Web Service Description Language，WSDL）以及通用描述发现和集成（Universal Description Discovery and Integration，UDDI）。
               Web服务的定义
               Web服务是描述一些操作（利用标准化的XML消息传递机制可以通过网络访问这些操作）的接口。Web服务是用标准的、规范的XML概念描述的，称为Web服务的服务描述。这一描述包括了与服务交互需要的全部细节，包括消息格式（详细描述操作）、传输协议和位置。该接口隐藏了实现服务的细节，允许独立于实现服务所基于的硬件或软件平台和编写服务所用的编程语言使用服务。Web服务履行一项特定的任务或一组任务。Web服务可以单独或同其他Web服务一起用于实现复杂的聚集或商业交易。
               Web服务体系结构基于三种角色（服务提供者、服务注册中心和服务请求者）之间的交互。交互涉及发布、查找和绑定操作。这些角色和操作一起作用于Web服务构件——Web服务软件模块及其描述。在典型情况下，服务提供者托管可通过网络访问的软件模块（Web服务的一个实现），服务提供者定义Web服务的服务描述并把它发布到服务请求者或服务注册中心。服务请求者使用查找操作来从本地或服务注册中心检索服务描述，然后使用服务描述与服务提供者进行绑定并调用Web服务实现或同它交互。服务提供者和服务请求者角色是逻辑结构，因而服务可以表现两种特性。下图描述了这些操作、提供这些操作的组件及它们之间的交互。
               
               Web服务的角色、操作和构件
               WSDL——Web服务描述语言（Web Service Description Language）
               WSDL是一种XML Application，它将Web服务描述定义为一组服务访问点，客户端可以通过这些服务访问点对包含面向文档信息或面向过程调用的服务进行访问（类似远程过程调用）。WSDL首先对访问的操作和访问时使用的请求／响应消息进行抽象描述，然后将其绑定到具体的传输协议和消息格式上以最终定义具体部署的服务访问点。相关的具体部署的服务访问点通过组合就成为抽象的Web服务。
               UDDI——通用描述发现和集成（Universal Description Discovery and Integration）
               （1）UDDI的基本概念。UDDI允许动态发现相关的Web服务并将其集成到聚合的业务过程中。UDDI提供一种搜索有关企业和电子化服务的信息。在UDDI中发布企业与服务信息使其他企业能大范围访问到这些信息。UDDI基于现成的标准，如可扩展标记语言（Extensible Markup Language，XML）和简单对象访问协议（Simple Object Access Protocol，SOAP）。
               （2）UDDI注册中心。在UDDI中，一个重要的概念就是UDDI注册中心。UDDI注册中心包含了通过程序手段可以访问到的对企业和企业支持的服务所做的描述。此外，还包含对Web服务所支持的因行业而异的规范、分类法定义以及标识系统的引用。UDDI提供了一种编程模式，定义与注册中心通信的规则。UDDI规范中所有API都用XML来定义，包装在SOAP信封中，在HTTP上传输。
 
       Web服务器
        Web服务器也称为WWW服务器，主要功能是提供网上信息浏览服务。
        在UNIX和Linux平台下使用最广泛的HTTP服务器是W3C、NCSA和Apache服务器，而Windows平台使用IIS的Web服务器。跨平台的Web服务器有IBM WebSphere、BEA WebLogic、Tomcat等。在选择使用Web服务器应考虑的本身特性因素有性能、安全性、日志和统计、虚拟主机、代理服务器、缓冲服务和集成应用程序等。
        Web服务器的主要性能指标包括最大并发连接数、响应延迟、吞吐量（每秒处理的请求数）、成功请求数、失败请求数、每秒点击次数、每秒成功点击次数、每秒失败点击次数、尝试连接数、用户连接数等。
 
       存储系统
               存储器的层次结构
               计算机的三层存储体系结构如下图所示。
               
               存储器层次结构示意框图
               三层存储结构是高速缓存（Cache）、主存储器（Main Memory，MM）和辅助存储器（外存储器）。若将CPU内部寄存器也看作存储器的一个层次，那么存储器的层次分为4层。若有些计算机没有高速缓存，那么存储器的层次分为两层，即只有主存和辅存。
               存储器的分类
               1）按位置分类
               存储器按位置分类，可分为内存和外存。
               （1）内存（主存）：用来存储当前运行所需要的程序和数据，速度快，容量小。
               （2）外存（辅存）：用来存储目前不参与运行的数据，容量大但速度慢。
               2）按材料分类
               存储器按材料分类，可分为磁存储器、半导体存储器和光存储器。
               （1）磁存储器：用磁性介质做成的，如磁芯、磁泡、磁盘、磁带等。
               （2）半导体存储器：根据所用元件又可分为双极型和MOS型；根据是否需要刷新又可分为静态和动态两类。
               （3）光存储器：由光学、电学和机械部件等组成，如光盘存储器。
               3）按工作方式分类
               存储器按工作方式分类，可分为读写存储器和只读存储器。
               （1）读写存储器：既能读取数据也能存入数据的存储器。
               （2）只读存储器：根据数据写入方式，又可细分为固定只读存储器、可编程只读存储器、可擦除可编程只读存储器、电擦除可编程只读存储器和闪速存储器。
               4）按访问方式分类
               存储器按访问方式分类，可分为按地址访问的存储器和按内容访问的存储器。
               5）按寻址方式分类
               存储器按寻址方式分类，可分为随机存储器、顺序存储器和直接存取存储器。
               （1）随机存储器（RandomAccessMemory，RAM）：这种存储器可对任何存储单元存入或读取数据，访问任何一个存储单元所需时间都是相同的。
               （2）顺序存储器（SequentiallyAddressedMemory，SAM）：访问数据所需时fi间与数据所在存储位置有关，磁带是典型的顺序存储器。
               （3）直接存取存储器（DirectAddressedMemory，DAM）：采用介于随机存取和顺序存取之间的一种寻址方式。磁盘是一种直接存取控制器，它对磁道的寻址是随机的，而在一个磁道内，则是顺序寻址。
               相联存储器
               相联存储器是一种按内容访问的存储器。其工作原理是把数据或数据的某一部分作为关键字，将该关键字与存储器中的每一单元进行比较，找出存储器中所有与关键字相同的数据字。
               高速缓冲存储器（可简称为高速缓存或缓存）可用在相联存储器中，在虚拟存储器中用来作段表、页表或块表存储器，还可以用在数据库和知识库中。
               高速缓存
               高速缓存（Cache）是位于CPU和主存之间的高速存储子系统。采用高速缓存的主要目的是提高存储器的平均访问速度，使存储器的速度与CPU的速度相匹配。Cache的存在对程序员是透明的。其地址变换和数据块的替换算法均由硬件实现。通常Cache被集成到CPU内，以提高访问速度，其主要特点是容量小、速度快、成本高。
               1）Cache的组成
               Cache的组成如下图所示。Cache由两部分组成，即控制部分和缓存部分。缓存部分用来存放主存的部分复制信息。控制部分的功能是：判断CPU要访问的信息是否在Cache中，若在即为命中，若不在则没有命中。命中时直接对Cache寻址；未命中时，要按照替换原则，决定主存的一块信息放到Cache的哪一块里面。
               
               高速缓存的组成框图
               2）Cache中的地址映像方法
               因为处理机访问都是按主存地址访问的，而应从Cache中读写信息，因此这就需要地址映像，即把主存中的地址映射成Cache中的地址。地址映像的方法有3种，即直接映像、全相联映像和组相联映像。
               （1）直接映像就是主存的块与Cache中块的对应关系是固定的。主存中的块只能存放在Cache的相同块号中。因此，只要主存地址中的主存区号与Cache中的主存区号相同，则表明访问Cache命中。一旦命中，以主存地址中的区内块号立即可得到要访问的Cache中的块。这种方式的优点是地址变换很简单，缺点是灵活性差。
               （2）全相联映像允许主存的任一块可以调入Cache的任何一块的空间中。在地址变换时，利用主存地址高位表示的主存块号与Cache中的主存块号进行比较，若相同则为命中。这种方式的优点是主存的块调入Cache的位置不受限制，十分灵活；其缺点是无法从主存块号中直接获得Cache的块号，变换比较复杂，速度比较慢。
               （3）组相联映像是前面两种方式的折中。具体做法是将Cache中的块再分成组。组相联映像就是规定组采用直接映像方式而块采用全相联映像方式。这种方式下，通过直接映像方式来决定组号，在一组内再用全映像方式来决定Cache中的块号。由主存地址高位决定主存区号，与Cache中区号比较可决定是否命中。主存后面的地址即为组号，但组块号要根据全相联映像方式，由记录可以决定组内块号。
               3）替换算法
               选择替换算法的目标是使Cache获得最高的命中率。常用的替换算法有以下几种。
               （1）随机替换（RAND）算法：用随机数发生器产生一个要替换的块号，将该块替换出去。
               （2）先进先出（FIFO）算法：将最先进入的Cache信息块替换出去。
               （3）近期最少使用（LRU）算法：将近期最少使用的Cache中的信息块替换出去。这种算法比先进先出算法要好些，但此法也不能保证过去不常用的将来也不常用。
               （4）优化替换（OPT）算法：先执行一次程序，统计Cache的替换情况。有了这样的先验信息，在第二次执行该程序时便可以用最有效的方式来替换，达到最优的目的。
               4）Cache的性能分析
               若H为Cache的命中率，tc为Cache的存取时间，tm为主存的访问时间，则Cache的等效访问时间ta为
               ta=Htc+(1-H)tm
               使用Cache比不使用Cache的CPU访问存储器的速度提高的倍数r可以用下式求得，即
               
               虚拟存储器
               虚拟存储器是由主存、辅存、存储管理单元及操作系统中存储管理软件组成的存储系统。程序员使用该存储系统时，可以使用的内存空间远远大于主存的物理空间，但实际上并不存在那么大的主存，故称其为虚拟存储器。虚拟存储器的空间大小取决于计算机的访存能力而不是实际外存的大小，实际存储空间可以小于虚拟地址空间。从程序员的角度看，外存被看作逻辑存储空间，访问的地址是一个逻辑地址（虚地址），虚拟存储器使存储系统既具有相当于外存的容量又有接近于主存的访问速度。
               虚拟存储器的访问也涉及虚地址与实地址的映像、替换算法等，这与Cache中的类似。前面讲的地址映像以块为单位，而在虚拟存储器中，地址映像以页为单位。设计虚拟存储系统需考虑的指标是主存空间利用率和主存的命中率。按存储映像算法，可将虚拟存储器的管理方式分为以下3种。
               （1）页式虚拟存储器。以页为信息传送单位的虚拟存储器。为实现页式管理，须建立实页与虚页间的关系表，称为页表；在页表及变换软件的控制下，可将程序的虚拟地址变换为内存的实地址。页式虚拟存储器的优点是：页表硬件少，查表速度快；主存零头少。页式虚拟存储器的缺点是：分页无逻辑意义，不利于存储保护。
               （2）段式虚拟存储器。以程序的逻辑结构形成的段作为主存分配依据的一种管理方法。为实现段式管理，须建立段表；在段地址变换机构及软件的控制下，可将程序的虚拟地址变换为主存的实地址。段式虚拟存储器的优点是：段的界线分明；支持程序的模块化设计；易于对程序段的编译、修改和保护；便于多道程序的共享。段式虚拟存储器的主要缺点是：主存利用率不高，查表速度慢。
               （3）段页式虚拟存储器。这是将段式虚拟存储器和页式虚拟存储器结合的一种管理方式。在这种虚拟存储器中，程序按逻辑结构分段，每一段再分成若干大小固定的页。程序的调入调出是按页进行的，而程序又可按段实现保护。这种管理方式兼有两者的优点，但地址变换速度比较慢。
               外存储器
               外存储器用来存放暂时不用的程序和数据，并且以文件的形式存储。CPU不能直接访问外存中的程序和数据，将其以文件为单位调入主存后方可访问。外存由磁表面存储器（如磁盘、磁带）及光盘存储器构成。
               1）磁盘存储器
               （1）磁盘存储器的构成。磁盘存储器由盘片、驱动器、控制器和接口组成。盘片用来存储信息；驱动器用于驱动磁头沿盘面径向运动以寻找目标磁道位置，驱动盘片以额定速率稳定旋转，并且控制数据的写入和读出；控制器接收主机发来的命令，将它转换成磁盘驱动器的控制命令，并实现主机和驱动器之间数据格式的转换及数据传送，以控制驱动器的读写操作；接口是主机和磁盘存储器之间的连接逻辑。
               （2）磁盘存储器的种类。根据所用材质的不同，磁盘存储器分为软盘和硬盘。
               ①软盘。为了正确存储信息，将盘片划成许多同心圆，称为磁道，从外到里编号，最外一圈为0道，往内道号依次增加。沿径向的单位距离的磁道数称为道密度，单位为tpi。将一个磁道沿圆周等分为若干段，每段称为一个扇段或扇区，每个扇区内可存放一个固定长度的数据块。磁道上单位距离可记录的比特数称为位密度，单位为bpi。因为每条磁道上的扇区数相同，而每个扇区的大小又一样，所以每个磁道都记录同样多的信息。又因为里圈磁道的圆周比外圈磁道的圆周小，所以里圈磁道的位密度要比外圈磁道的位密度高。最内圈的位密度称为最大位密度。
               磁盘容量有两种指标：一种是非格式化容量，它是指一个磁盘所能存储的总位数；另一种是格式化容量，它是指各扇区中数据区容量的总和。计算公式分别为：
               非格式化容量=面数×(磁道数/面)×内圆周长×最大位密度
               格式化容量=面数×(磁道数/面)×(扇区数/道)×(字节数/扇区)
               ②硬盘。按盘片是否固定、磁头是否移动等指标，硬盘可分为移动磁头固定盘片的磁盘存储器、固定磁头的磁盘存储器、移动磁头可换盘片的磁盘存储器和温彻斯特磁盘存储器（简称温盘）。一个硬盘驱动器内可装多个盘片，组成盘片组，每个盘片都配有一个独立的磁头。所以记录面上相同序号的磁道构成一个圆柱面，其编号与磁道编号相同。文件存储在硬盘上时尽可能放在同一圆柱面上，或者放在相邻柱面上，这样可以缩短寻道时间。
               2）光盘存储器
               （1）光盘存储器的类型。根据性能和用途，可分为只读型光盘、只写一次型光盘和可擦除型光盘。
               （2）光盘存储器的组成及特点。光盘存储器由光学、电学和机械部件等组成。特点是：记录密度高；存储容量大；采用非接触式读写信息；信息可长期保存；采用多通道记录时数据传输率可超过200Mb/s；制造成本低；对机械结构的精度要求不高；存取时间较长。
               磁盘阵列技术
               磁盘阵列是由多台磁盘存储器组成的、快速大容量且高可靠的外存子系统。现在常见的廉价冗余磁盘阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks，RAID），就是一种由多块廉价磁盘构成的冗余阵列。虽然RAID包含多块磁盘，但是在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现的。RAID技术分为几种不同的等级，分别可以提供不同的速度、安全性和性价比，如下表所示。
               
               廉价冗余磁盘阵列（RAID）
   题号导航      2014年下半年 嵌入式系统设计师 下午试卷 案例   本试卷我的完整做题情况  
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第2题    在手机中做本题