《ARM体系结构》PPT课件.ppt

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1、第2章ARM体系结构ARM概述ARM－AdvancedRISCMachinesARM公司从事基于RISC芯片技术开发的公司，是IP供应商。该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC（精简指令集）处理器。公司的特点是只设计芯片，而不生产。它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，并提供服务。IP（IntellectualProperty）知识产权。Fabless(无生产线）RISC（ReducedInstructionSetComputer）ARM：RISC处理器IP核＋FablessARM公司成立于1981年，最初与英国

2、广播公司合作为英国教育界设计小型机，当时采用的是美国的6502芯片。取得成功后，他们开始设计自己的芯片，受当时美国加洲大学伯克利分校提出的RISC思想的影响，他们设计的芯片也采用RISC体系结构，并命名为“AcornRISCMachine”。ARM公司的第一款芯片ARM1在1985年被设计出来，次年又设计了真正实用的ARM2。ARM2具有32位数据总线和24位地址总线，带有16个寄存器。ARM2可能是当时最简化的32位微处理器，上面仅有30000个晶体管（4年前Motorola公司的68000则有68000个晶体管）。这种精简的结构使AR

3、M2具有优异的低功耗特性，而性能则超过了同期Intel公司的286（134K个晶体管）。1990年ARM公司另外组建了一个名为“AdvancedRISCMachines”的公司，专门从事ARM系列微处理器的开发。1998年ARM公司在伦敦证券交易所和NASDAQ上市。ARM微处理器的特点体积小、低功耗、低成本、高性能支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集大量使用寄存器，指令执行速度更快大多数数据操作都在寄存器中完成寻址方式灵活简单，执行效率高指令长度固定2.1RISC技术和流水线技术2.1.1计算机体系结构1.冯·诺依曼体系结

4、构冯·诺依曼机：将数据和指令都存储在存储器中的计算机。（延用至今）计算系统由一个中央处理单元（CPU）和一个存储器组成。存储器拥有数据和指令，并且可以根据所给的地址对它进行读或写。冯·诺依曼简化了十进制的第一台计算机，最大的贡献：提出了二进制的存储程序模式处理器PC存储器指令数据2.1.1计算机体系结构（2）2.哈佛体系结构为数据和程序提供了各自独立的存储器。程序计数器只指向程序存储器而不指向数据存储器两组数据线允许同时访问指令和数据（访问指令和数据互不干扰）2.1.2RISC技术CISC：复杂指令集计算机（ComplexInstruct

5、ionSetComputer）计算机性能的提高往往是通过增加硬件的复杂性来获得。随着集成电路技术，特别是VLSI（超大规模集成电路）技术的迅速发展，为了软件编程方便和提高程序的运行速度，硬件工程师采用的办法是不断增加可实现复杂功能的指令和多种灵活的编址方式。甚至某些指令可支持高级语言语句归类后的复杂操作。至使硬件越来越复杂，造价也相应提高。为实现复杂操作，微处理器除向程序员提供类似各种寄存器和机器指令功能外．CISC不适用于嵌入式系统，因为嵌入式要求精简指令。RISC：1979年美国加州大学伯克利分校提出精简指令集计算机（ReducedI

6、nstructionSetComputer，RISC）RISC的目标：设计出简单有效的指令集。（需要用软件降低硬件执行的指令的复杂度。）RISC能够精简指令集的复杂度，简化指令实现的硬件设计，硬件只执行很有限的最常用的的那部分指令，大部分复杂的操作则由简单指令合成。80%的程序只用到了20%的指令。编译器处理器（复杂性高）编译器（复杂性高）处理器CISCRISCCISC和RISC的不同RISC体系结构特点：大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率（优点：大部分的操作可在寄存器内

7、执行，不需经过处理器，提高了处理速度，寄存器的速度比存储器快。）在进行指令系统设计时，只选择使用频率很高的指令，在此基础上增加少量能有效支持操作系统和高级语言实现以及其他功能的指令，使指令条数大大减少简单的寻址模式采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有2～3种使用单周期指令，便于流水线操作执行为提高指令执行速度，大部分指令直接采用硬件电路实现，少量采用微码实现RISC体系结构特点ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗。大多数的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提

8、高指令的执行效率可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率取指令3执行指令32.1.3流水