体系结构与编程arm处理器课件

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1、ARM体系结构与编程——ARM处理器指令集CISC：复杂指令集（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和寻址方式，指令长度可变8/2原则：80%的程序只使用20%的指令大多数程序只使用少量的指令就能够运行。RISC：精简指令集（ReducedInstructionSetComputer)只包含最有用的指令，指令长度固定确保数据通道快速执行每一条指令使CPU硬件结构设计变得更为简单CISC的背景和特点背景:存储资源紧缺,强调编译优化。增强指令功能，设置一些功能复杂的指令，把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的（微程序）指令系统来实现。为节省存储空间，强

2、调高代码密度，指令格式不固定，指令可长可短，操作数可多可少。寻址方式复杂多样，操作数可来自寄存器，也可来自存储器。采用微程序控制，执行每条指令均需完成一个微指令序列。CPI>５，指令越复杂，CPI越大。CISC的主要缺点指令使用频度不均衡。高频度使用的指令占据了绝大部分的执行时间，扩充的复杂指令往往是低频度指令。大量复杂指令的控制逻辑不规整，不适于VLSI工艺VLSI的出现，使单芯片处理机希望采用规整的硬联逻辑实现，而不希望用微程序，因为微程序的使用反而制约了速度提高。(微码的存控速度比CPU慢5-10倍)。软硬功能分配复杂指令增加硬件的复杂度，使指令执行周期大大加长，直接访存次数增多，数据

3、重复利用率低。不利于先进指令级并行技术的采用流水线技术。RISC基本设计思想减小CPI:CPUtime=Instr_Count*CPI*Clock_cycle。精简指令集：保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高的指令。采用Load/Store结构，有助于减少指令格式，统一存储器访问方式。采用硬接线控制代替微程序控制。RISC:减少指令平均执行周期数CPUtime=Instr_Count*CPI*Clock_cycleICRISC>ICCISC,30%---40%CCRISC

4、1RISC的提出与发展Load/Store结构提出：CDC6600(1963)--CRAY1(1976)RISC思想最早在IBM公司提出，但不叫RISC,IBM801处理器是公认体现RISC思想的机器。1980年，Berkeley的Patterson和Dizel提出RISC名词，并研制了RISC-,实验样机。1981年Stenford的Hennessy研制MIPS芯片。85年后推出商品化RISC:MIPS1(1986)和SPARCV1(1987)典型的高性能RISC处理器SUN公司的SPARC(1987)MIPS公司的SGI:MIPS(1986)HP公司的PA-RISC,IBM,Moto

5、rola公司的PowerPCDEC、Compac公司的AlphaAXPIBM的RS6000(1990)第一台SuperscalarRISC机CISC与RISC的对比类别CISCRISC指令系统指令数量很多较少，通常少于100执行时间有些指令执行时间很长，如整块的存储器内容拷贝；或将多个寄存器的内容拷贝到存贮器没有较长执行时间的指令编码长度编码长度可变，1-15字节编码长度固定，通常为4个字节寻址方式寻址方式多样简单寻址操作可以对存储器和寄存器进行算术和逻辑操作只能对寄存器对行算术和逻辑操作，Load/Store体系结构编译难以用优化编译器生成高效的目标代码程序采用优化编译技术，生成高效的目标

6、代码程序ARM发展ARM处理器工作模式ARM有7个基本工作模式:User:非特权模式，大部分任务执行在这种模式正常程序执行的模式FIQ:当一个高优先级(fast)中断产生时将会进入这种模式高速数据传输和通道处理IRQ:当一个低优先级(normal)中断产生时将会进入这种模式通常的中断处理Supervisor:当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式供操作系统使用的一种保护模式Abort:当存取异常时将会进入这种模式虚拟存储及存储保护Undef:当执行未定义指令时会进入这种模式软件仿真硬件协处理器System:使用和User模式相同寄存器集的特权模式特权级的操作系统任务About工作模式除用户

7、模式外其它6种处理器模式称为特权模式(PriviegedModes)。这些模式下程序可以访问所有的系统资源，也可以任意的进行处理器模式切换。其中的5种又称之为特权模式，分别为：FIQ(FastInterruptreQuest)IRQ(Interruptrequest)管理(Supervisor)中止(Abort)未定义(Undefined)ARM寄存器组织ARM处理器有37个32位长的寄存器1个用作PC(pr