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  第58题      
  知识点:   校验码   循环冗余校验码   编码
  关键词:   编码   数据   校验码   校验位   循环冗余校验        章/节:   计算机硬件基础知识       

 
循环冗余校验码(CRC)利用生成多项式进行编码。设数据位为n位,校验位为k位,则CRC码的格式为()。
 
 
  A.  k个校验位按照指定间隔位与n个数据位混淆
 
  B.  k个校验位之后跟n个数据位
 
  C.  n个数据位之后跟k个校验位
 
  D.  k个校验位等间隔地放入n个数据位中
 
 
 

 
  第7题    2018年上半年  
   43%
流水线的吞吐率是指单位时间流水线处理的任务数,如果各段流水的操作时间不同,则流水线的吞吐率是(7)的倒数。
  第1题    2016年下半年  
   60%
在程序运行过程中,CPU需要将指令从内存中取出并加以分析和执行。CPU依据(1)来区分在内存中以二进制编码形式存放的指令和数据。..
  第3题    2010年下半年  
   46%
若内存容量为4GB,字长为32,则(3)。
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  第5题    2019年上半年  
   42%
在( )校验方法中,采用模二运算来构造校验位。
  第5题    2018年下半年  
   27%
以下关于采用一位奇校验方法的叙述中,正确的是(  )。
  第3题    2023年上半年  
   33%
设信息位是8位,用海明码来发现并纠正1位出错的情况,则校验位的位数至少为()。
   知识点讲解    
   · 校验码    · 循环冗余校验码    · 编码
 
       校验码
        计算机系统运行时,各个部件之间要进行数据交换,有两种方法可以确保数据在传送过程中正确无误,一是提高硬件电路的可靠性,二是提高代码的校验能力,包括查错和纠错。通常使用校验码的方法来检测传送的数据是否出错。码距是指一个编码系统中任意两个合法编码之间至少有多少个二进制位不同。
               奇偶校验
               奇偶校验是一种简单而有效的校验方法。其基本思想是,通过在编码中增加一位校验位来使编码中1的个数为奇数(奇校验)或者为偶数(偶校验),从而使码距变为2。对于奇校验,它可以检测代码中奇数位出错的编码,但不能发现偶数位出错的情况,即当合法编码中奇数位发生了错误,也就是编码中的1变成0或0变成1,则该编码中1的个数的奇偶性就发生了变化,从而可以发现错误。
               常用的奇偶校验码有3种,即水平奇偶校验码、垂直奇偶校验码和水平垂直校验码。
               海明码
               海明码的构成方法是:在数据位之间插入k个校验码,通过扩大码距来实现检错和纠错。设数据位是n位,校验位是k位,则nk必须满足2k-1≥n+k的关系。
               循环冗余校验码
               循环冗余校验码(CRC)广泛应用于数据通信领域和磁介质存储系统中。它利用生成多项式为k个数据位产生r个校验位来进行编码,其编码长度为k+r。CRC的代码格式如下图所示。
               
               CRC的代码格式
               由此可知,循环冗余校验码是由两部分组成的,左边为信息码(数据),右边为校验码。若信息码占k位,则校验码就占n-k位。其中,n为CRC码的字长,所以又称为(n,k)码。校验码是由信息码产生的,校验码位数越长,该代码的校验能力就越强。在求CRC编码时,采用的是模2运算。模2运算加减运算的规则是按位运算,不发生借位和进位。
 
       循环冗余校验码
        循环冗余校验码(CRC)广泛应用于数据通信领域和磁介质存储系统中。它利用生成多项式为k个数据位产生r个校验位来进行编码,其编码长度为k+r。CRC的代码格式如下图所示。
        
        CRC的代码格式
        由此可知,循环冗余校验码是由两部分组成的,左边为信息码(数据),右边为校验码。若信息码占k位,则校验码就占n-k位。其中,n为CRC码的字长,所以又称为(n,k)码。校验码是由信息码产生的,校验码位数越长,该代码的校验能力就越强。在求CRC编码时,采用的是模2运算。模2运算加减运算的规则是按位运算,不发生借位和进位。
 
       编码
               编码过程
               在给定了软件设计规格说明书后,下一步的工作就是编写代码。一般来说,编码工作可以分为四个步骤:
               (1)确定源程序的标准格式,制订编程规范。
               (2)准备编程环境,包括软硬件平台的选择,包括操作系统、编程语言、集成开发环境等。
               (3)编写代码。
               (4)进行代码审查,以提高编码质量。为提高审查的效率,在代码审查前需要准备一份检查清单,并设定此次审查须找到的bug数量。在审查时,要检查软件规格说明书与编码内容是否一致;代码对硬件和操作系统资源的访问是否正确;中断控制模块是否正确等。
               编码准则
               在嵌入式系统中,由于资源有限,且实时性和可靠性要求较高,因此,在开发嵌入式软件时,要注意对执行时间、存储空间和开发/维护时间这三种资源的使用进行优化。也就是说,代码的执行速度要越快越好,系统占用的存储空间要越小越好,软件开发和维护的时间要越少越好。
               具体来说,在编写代码时,需要做到以下几点:
               .保持函数短小精悍。一个函数应该只实现一个功能,如果函数的代码过于复杂,将多个功能混杂在一起,就很难具备可靠性和可维护性。另外,要限制函数的长度,一般来说,一个函数的长度最好不要超过100行。
               .封装代码。将数据以及对其进行操作的代码封装在一个实体中,其他代码不能直接访问这些数据。例如,全局变量必须在使用该变量的函数或模块内定义。对代码进行封装的结果就是消除了代码之间的依赖性,提高了对象的内聚性,使封装后的代码对其他行为的依赖性较小。
               .消除冗余代码。例如,将一个变量赋给它自己,初始化或设置一个变量后却从不使用它,等等。研究表明,即使是无害的冗余也往往和程序的缺陷高度关联。
               .减少实时代码。实时代码不但容易出错、编写成本较高,而且调试成本可能更高。如果可能,最好将对执行时间要求严格的代码转移到一个单独的任务或者程序段中。
               .编写优雅流畅的代码。
               .遵守代码编写标准并借助检查工具。用自动检验工具寻找缺陷比人工调试便宜,而且能捕捉到通过传统测试检查不到的各种问题。
               编码技术
                      编程规范
                      在嵌入式软件开发过程中,遵守编程规范,养成良好的编程习惯,这是非常重要的,将直接影响到所编写代码的质量。
                      编程规范主要涉及的三方面内容:
                      .命名规则。从编译器的角度,一个合法的变量名由字母、数字和下画线三种字符组成,且第一个字符必须为字母或下画线。但是从程序员的角度,一个好的名字不仅要合法,还要载有足够的信息,做到“见名知意”,并且在语意清晰、不含歧义的前提下,尽可能地简短。
                      .编码格式。在程序布局时,要使用缩进规则,例如变量的定义和可执行语句要缩进一级,当函数的参数过长时,也要缩进。另外,括弧的使用要整齐配对,要善于使用空格和空行来美化代码。例如,在二元运算符与其运算对象之间,要留有空格;在变量定义和代码之间要留有空行;在不同功能的代码段之间也要用空行隔开。
                      .注释的书写。注释的典型内容包括:函数的功能描述;设计过程中的决策,如数据结构和算法的选择;错误的处理方式;复杂代码的设计思想等。在书写注释时要注意,注释的内容应该与相应的代码保持一致,同时要避免不必要的注释,过犹不及。
                      性能优化
                      由于嵌入式系统对实时性的要求较高,因此一般要求对代码的性能进行优化,使代码的执行速度越快越好。以算术运算为例,在编写代码时,需要仔细地选择和使用算术运算符。一般来说,整数的算术运算最快,其次是带有硬件支持的浮点运算,而用软件来实现的浮点运算是非常慢的。因此,在编码时要遵守以下准则:
                      .尽量使用整数(char、short、int和long)的加法和减法。
                      .如果没有硬件支持,尽量避免使用乘法。
                      .尽量避免使用除法。
                      .如果没有硬件支持,尽量避免使用浮点数。
                      下图是一个例子,其中两段代码的功能完全一样,都是对一个结构体数组的各个元素进行初始化,但采用两种不同的方法来实现。下图(a)采用数组下标的方法,在定位第i个数组元素时,需要将i乘以结构体元素的大小,再加上数组的起始地址。下图(b)采用的是指针访问的方法,先把指针fp初始化为数组的起始地址,然后每访问完一个数组元素,就把fp加1,指向下一个元素。在一个奔腾4的PC上,将这两段代码分别重复10 700次,右边这段代码需要1ms,而左边这段代码需要2.13ms。
                      
                      算术运算性能优化的例子
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