第二章 ARM体系结构

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1、第2章ARM体系结构1目录2.1总体介绍2.2ARM处理器的分类2.3流水线（pipeline）2.4模式（model）和寄存器2.5异常和异常向量表2.6存储组织2.7AMBA总线22.1总体介绍32.1.1ARM公司和ARM处理器1）ARM是一个CPU内核。ARM公司自己并不生产或销售芯片，它采用技术授权模式，通过出售芯片技术授权，收取授权费和技术转让费。2）基于ARM内核的处理器是目前消费类电子市场中占有量第一的处理器，尤其是手机行业。3）ARM是“AdvancedRISCMachine”的缩

2、写，最早的ARM处理器诞生于80年代的英国。4ARMPRODUCTE5ARMPartnershipModel62.1.3ARM处理器的特点支持CACHE和MMU冯·诺依曼体系结构/哈佛体系结构RISC指令集固定的32位指令Load/Store体系结构大多数指令单周期完成流水线执行ThumbDSPjazeller功能扩展低功耗7支持CACHE和MMU(1)1、为什么采用高速缓存微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提高内存的平均性能。2、高速缓存的工作原理高速缓存是一种小型、快速的存

3、储器，它保存部分主存内容的拷贝。CPU高速缓存控制器CACHE主存数据数据地址8MMU(MemoryManagementUnit)虚实地址变换内存地址访问保护支持CACHE和MMU(2)9指令寄存器控制器数据通道输入输出中央处理器存储器程序指令0指令1指令2指令3指令4数据数据0数据1数据2冯·诺依曼体系结构模型ARM7101）数据与指令都存储在同一存储区中，取指令与取数据利用同一数据总线。2）被早期大多数计算机所采用3）ARM7——冯诺依曼体系结构简单,但速度较慢。取指不能同时取数据11指令寄存器

4、控制器数据通道输入输出中央处理器程序存储器指令0指令1指令2数据存储器数据0数据1数据2地址指令地址数据哈佛体系结构模型ARM9+121）程序存储器与数据存储器分开.2）提供了较大的存储器带宽，各自有自己的总线。3）适合于数字信号处理.4）大多数DSP都是哈佛结构.5）ARM9是哈佛结构取指和取数在同一周期进行，提高速度，13RISC和CISC是目前设计制造微处理器的两种典型技术，虽然它们都是试图在体系结构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出某种平衡，以求达到高效的目的，但采用的

5、方法不同，因此，在很多方面差异很大，它们主要有：RISC是一种设计思想，其目的是设计出一套能在高时钟频率下但周期执行，简单而有效的指令集。降低硬件的复杂程度，提高对编译器的要求。14指令集CISC复杂指令集（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和寻址方式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。CISCCPU包含有丰富的单元电路，因而功能强、面积大、功耗大。RISC：精简指令集（ReducedInstructionSetCo

6、mputer)在通道中只包含最有用的指令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RISCCPU包含较少的单元电路，因而面积小、功耗低15RISC与CISCCISCRISCIFIDREGALUMEM开始退出IFIDALUMEMREG微操作通道开始退出单通数据通道16寄存器RISC指令集拥有更多的通用寄存器，每个可以存放数据和地址，寄存器为所有的数据操作提供快速的存储访问。CISC指令集多用于特定目的的专用寄存器。17LOAD–STORE结构RISC结构CPU仅处理寄存器中的数据，

7、采用独立的、专用的LOAD–STORE指令来完成数据在寄存器和外存之间的传送。（访存费时，处理和存储分开，可以反复的使用保存在寄存器中的数据，而避免多次访问外存）。CISC结构能直接处理存储器中的数据。18流水线操作流水线技术：几个指令可以并行执行提高了CPU的运行效率内部信息流要求通畅流动译码取指执行add译码取指执行sub译码取指执行cmp时间AddSubCmp192.1.4初始ARM结构20ARM体系结构的演变发展1998200020022004timeversionV5TEV5TEJV619

8、9419962006V4V4TARM7TDMIARM926EJARM1022EXScaleTMARM1020ARM1026EJARM9EARM920TARM1136J(F)StrongARM®ARM720TStrongARM,XScale是英特尔持的有商标21ARM架构（Architecture）THUMBTMDSPJazelleTMMedia不断创新以提升性能THUMBTM:35%代码压缩DSP扩充:定点DSP的高性能JazelleTM:Java性能显著提高,最高到