前言

计算机四级嵌入式主要考试的内容分为两个大部分：计算机组成与接口和操作系统原理

考点大纲每年不敢保证都一模一样，可以参考官网的考试大纲按需复习，但每年考来考去大差不差的都是那些东西。
官网网址：https://ncre.neea.edu.cn/html1/category/1507/899-1.htm

2025年的考试大纲如下所示：

我会按照该大纲的顺序将整理出来的知识点一章一章整理出来，都放在这个专栏中，希望能够帮助各位准备考试的同学能够顺利通过！

一、计算机系统结构

1. 硬件系统：包括中央处理器（CPU）、内存储器、外存储器（磁盘、磁带等）、输入 / 输出设备（键盘、鼠标、显示器、打印机等）。
2. 软件系统：
   • 系统软件：操作系统、编译器等。
   • 支撑软件：数据库、网络、多媒体等。
   • 应用软件：文字处理、图形图像处理、科学计算、MIS 等。

二、操作系统的定义与定位

1. 定义：操作系统是计算机系统中的系统软件，是程序模块的集合，能有效组织和管理计算机硬件与软件资源，合理组织计算机工作流程，控制程序执行，为用户提供各类服务功能，使用户灵活、方便、有效地使用计算机，保障整个计算机系统高效运行。
2. 层级定位：位于软件系统的硬件之上和支撑软件之下。
3. 核心功能集中：集中了资源管理功能和控制程序执行功能。

三、操作系统管理的基本资源

1. 中央处理器（CPU）。
2. 存储器：包括内存和外存。
3. 外部设备：各类输入 / 输出设备。
4. 信息（文件）：程序和数据等。
5. 注意：基本资源中无用户进程。

四、操作系统的体系结构

（一）整体式结构

1. 优点：结构紧密、接口简单直接、系统效率较高。
2. 缺点：
   • 模块间转接随意，相互牵连，独立性差，系统结构不清晰。
   • 数据多为全程量处理，系统内所有模块的任一程序均可存取和修改。
   • 系统可适应性差，未抽象出明确的并发概念。

（二）层次式结构

1. 优点：
   • 具备模块接口法优势，将复杂整体问题分解为相对独立的简单成分，实现整体问题局部化，使操作系统分解为多个功能单一的模块。
   • 模块间组织结构和依赖关系清晰，增加系统可读性和可适应性，使操作系统构建更可靠。
2. 缺点：功能较单一，系统规模较大。

（三）微内核（客户机 - 服务器）结构

1. 定义：在操作系统结构设计中，微内核结构即客户机 - 服务器结构。
2. 优点：
   • 高可靠性：系统服务或设备驱动故障与相关运行任务相互隔绝。
   • 高灵活性：运行应用程序时，仅需加载选定的系统服务到系统中。
   • 适合分布式处理：精炼的微内核接口可演绎为更多模块的系统结构。

五、操作系统的功能

（一）进程管理（处理器管理）

1. 实质：对中央处理器（CPU）进行管理。
2. 主要内容：
   • 进程控制：创建进程、撤销结束的进程、控制进程运行时的各种状态转换。
   • 进程同步：处理进程之间的关系，包括同步和互斥。
   • 进程通信：处理相互协作进程之间的信息交换问题。
   • 进程调度：按一定算法从就绪队列中挑选进程在处理器上执行。

（二）存储管理

1. 任务：管理计算机内存资源。
2. 核心功能：
   • 内存的分配与回收：为每个进程分配内存空间，同时尽可能提高内存资源使用效能。
   • 存储保护：防范程序越界，保护用户及计算机系统的程序运行安全。
   • 内存扩充：借助虚拟技术在逻辑上增加进程运行空间，其大小远大于实际物理内存；操作系统将正在使用的页面保留在内存，即将使用的页面调入内存，使用户无空间使用限制感。

（三）文件管理

1. 任务：有效支持文件的存储、检索和修改等操作，解决文件共享、保密和保护问题，方便用户安全访问文件。
2. 主要涉及方面：
   • 文件存储空间的管理：包括管理磁盘空间和磁盘碎片整理。
   • 目录管理：制定文件组织方法，为每个文件建立目录项并有效组织，为用户提供按名存取的便捷方式。
   • 文件系统的安全性：保障文件访问和使用的安全。
3. 注意：管理磁盘空间属于文件管理范畴。

（四）作业管理

为用户作业的执行提供相关管理支持，保障作业有序、高效完成。

（五）设备管理

1. 定义：管理计算机系统中除 CPU 和内存以外的所有输入、输出设备。
2. 关键技术：包括中断技术、通道技术、虚拟设备技术和缓冲技术。

（六）接口管理

1. 任务：为用户提供使用系统的良好环境。
2. 核心定位：操作系统是用户与计算机系统之间的接口，也是计算机硬件和其他软件的接口。

六、操作系统的主要作用

1. 计算机应用角度：管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是用户和计算机、计算机硬件和其他软件的接口。
2. 软件设计和开发角度：软件开发基础平台，屏蔽管理和控制计算机硬件与软件资源的底层操作，提供高层次软件调用接口。
3. 计算机安全保护角度：提供第一道安全防线。
4. 计算机系统发展角度：将裸机扩充为功能强、使用方便的虚拟计算机。

七、操作系统的分类

（一）基本类型（按用户界面使用环境和功能特征）

1. 批处理系统（Batch Processing Operating System）
   • 优点：批量处理用户作业、系统资源利用率高、作业吞吐率高。
   • 缺点：用户不能直接与计算机交互。
2. 分时系统（Time-sharing System）
   • 特点：多路性（多个用户同时使用一台计算机）、交互性（用户可根据系统响应提出下一个请求，方便调试程序）、独占性（用户感觉系统为个人独占）、及时性（系统及时响应用户请求）。
3. 实时系统（Real-time System，RTS）
   • 定义：能使计算机在规定时间内及时响应外部事件请求，完成事件处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致工作的操作系统。
   • 主要目标：严格时间范围内实时响应用户请求、对外部请求作出反应、过载防护、系统高度可靠。

（二）其他类型（随计算机体系结构发展出现）

1. 个人操作系统：适配个人计算机使用场景。
2. 网络操作系统：支持计算机网络相关功能和管理。
3. 分布式操作系统
   • 主要特点：是统一的操作系统；实现资源深度共享；透明性（用户无需了解本地与异地主机差异）；自治性（各主机地位平等，无主从关系）；具有较高可靠性。
4. 嵌入式操作系统：适配嵌入式设备使用场景。
5. 交互式操作系统：为用户提供交互式操作支持。

（三）常见操作系统及非操作系统辨析

1. 常见操作系统：Linux、BSD、DOS、Ubuntu、Windows、UNIX、Android（基于 Linux 的自由及开放源代码操作系统，主要用于智能手机、平板电脑等移动设备，支持移动应用和网络，由 Google 公司和开放手机联盟领导及开发）。
2. 非操作系统：TCP/IP（网络协议）、Tivoli（大型软件管理环境，应用软件）、SNMP（简单网络管理协议）、Eclipse（Java 语言集成开发工具）。

八、操作系统的接口

（一）命令接口

1. 功能：提供一组命令供用户直接或间接操作。
2. 分类：根据作业方式分为联机命令接口和脱机命令接口。
3. 示例：fork () 创建进程采用系统调用命令接口。

（二）程序接口

1. 组成：由一组系统调用命令组成。
2. 功能：供用户程序使用。
3. 示例：用户编程需要打印输出时，需调用 write () 系统调用；write () 会把参数 buf 所指的内存写入 count 个字节到参数 fd 所指的文件内，文件读写位置随之移动。

（三）图形界面接口

通过图标、窗口、菜单、对话框及其他元素和文字组合，在桌面上形成直观易懂、使用方便的计算机操作环境。

九、操作系统的关键特性

（一）共享性

1. 互斥共享：资源正在被使用时，其他请求该资源的程序必须等待，资源使用完毕后，操作系统按策略选择一个用户程序占用该资源。
   • 示例：中央处理器、存储器（所有进程交替轮流占用）、打印机、磁带机、扫描仪、临界区、中断服务程序。
2. 同时共享：多个程序可同时访问和使用资源。
   • 示例：可重入代码、硬盘、内存储器。
3. 特殊说明：内核调度模块属于软件级别，不存在同时共享和互斥共享。

（二）并发性

1. 定义：计算机系统中同时存在若干个运行着的程序。
2. 表现：
   • 宏观上：这些程序同时向前推进。
   • 微观上：单处理器环境中，程序交替在 CPU 上运行；多处理器环境中，程序在宏观和微观（处理器一级）均并发执行。

十、处理器的存储保护与特权指令

（一）处理器工作状态

1. 核心态（管态 / 特权态 / 系统态）：操作系统内核（CPU）运行模式，该模式下的代码可无限制访问系统存储和外部设备。
2. 用户态（目态 / 普通态 / 普态）：用户程序运行状态，特权级别较低。
3. 说明：多数系统将处理器工作状态划分为管态和目态。

（二）特权指令与非特权指令

1. 特权指令：指令系统中只能由操作系统使用的指令，不允许一般用户使用。
2. 非特权指令：用户和操作系统都可以使用的指令。

十一、特殊概念说明

中断服务程序是固定在某个地址的代码段，没有进程的概念。