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冯诺依曼结构和哈佛结构.docx
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计算机基本知识
计算机体系结构分类
冯·诺依曼结构
冯·诺依曼机:将数据和指令都存储在存储器中的计算机。
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。因此程序指令和数据的宽度相同;如:Intel 8086、
ARM7、MIPS 处理器等
哈佛机: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,这样做的后果是很难在哈佛机上编写出
一个自修改的程序 。
独立的程序存储器和数据存储器为数字信号处理提供了较高的性能。
指令和数据可以有不同的数据宽度;具有较高的效率;如摩托罗拉公司的 MC68 系列、Zilog
公司的 Z8 系列、ARM10 系列等
ARM 9 使用哈佛体系结构。
ARM 公司简介
ARM 是 Advanced RISC Machines的缩写,它是一家微处理器行业的知名企业,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。 1985 年第一个 ARM
原型在英国剑桥诞生。
公司的特点是只设计芯片,而不生产。它提供ARM 技术知识产权(IP)核,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。有 ARM7/ARM9等多个版本。
ARM,既可以认为是一个公司的名字,也可以认为是对一类微处理器的通称,还可以认为
ARM 处理器的应用
到目前为止,基于 ARM 技术的微处理器应用约占据了 32 位嵌入式微处理器 75%以上的市
场份额。
全球 80%的 GSM/3G 手机、99%的 CDMA 手机以及绝大多数 PDA 产品均采用 ARM 体
系的嵌入式处理器。
主要应用:消费类电子,无线、图像应用开放平台、存储、自动化、智能卡、SIM 卡等。
ARM 处理器的三大特点:耗电少功能强、16 位/32 位双指令集、众多合作伙伴。
为了清楚地表达每个 ARM 应用实例所使用的指令集,ARM 公司定义了 6 种主要的 ARM 指
令集体系结构版本,以版本号 V1~V6 表示
ARM 版本Ⅰ: V1 版架构
该版架构只在原型机 ARM1 出现过,只有 26 位的寻址空间,没有用于商业产品。
其基本性能有:
基本的数据处理指令(无乘法);
ARM 版本Ⅱ: V2 版架构
该版架构对 V1 版进行了扩展,例如ARM2 和 ARM3(V2a)架构。包含了对32 位乘法指
令和协处理器指令的支持。
版本 2a 是版本 2 的变种,ARM3 芯片采用了版本 2a,是第一片采用片上 Cache 的 ARM
处理器。同样为 26 位寻址空间,现在已经废弃不再使用。
V2 版架构与版本 V1 相比,增加了以下功能:
支持协处理器操作指令;
快速中断模式;
SWP/SWPB 的最基本存储器与寄存器交换指令;
寻址空间:64MB。
ARM 版本Ⅲ : V3 版架构
ARM 作为独立的公司,在1990 年设计的第一个微处理器采用的是版本3 的 ARM6。它作
为 IP 核、独立的处理器、具有片上高速缓存、MMU 和写缓冲的集成 CPU。
变种版本有 3G 和 3M。版本 3G 是不与版本 2a 向前兼容的版本 3,版本 3M 引入了有符
号和无符号数乘法和乘加指令,这些指令产生全部64 位结果。
当前程序状态信息从原来的 R15 寄存器移到当前程序状态寄存器 CPSR 中(Current
Program Status Register);
增加了程序状态保存寄存器 SPSR(Saved Program Status Register);
增加了两种异常模式,使操作系统代码可方便地使用数据访问中止异常、指令预取中止异常
和未定义指令异常。;
增加了 MRS/MSR指令,以访问新增的 CPSR/SPSR寄存器;
增加了从异常处理返回的指令功能。
V4版架构在V3版上作了进一步扩充,V4版架构是目前应用最广的ARM体系结构,ARM7、
ARM8、ARM9 和 StrongARM 都采用该架构。
V4 不再强制要求与 26 位地址空间兼容,而且还明确了哪些指令会引起未定义指令异常。
指令集中增加了以下功能:
符号化和非符号化半字及符号化字节的存/取指令;
增加了 T 变种,处理器可工作在 Thumb 状态,增加了 16 位 Thumb 指令集;
完善了软件中断 SWI 指令的功能;
处理器系统模式引进特权方式时使用用户寄存器操作;
把一些未使用的指令空间捕获为未定义指令
ARM 版本Ⅴ : V5 版架构
V5 版架构是在 V4 版基础上增加了一些新的指令,ARM10 和 Xscale 都采用该版架构。
ARM 版本Ⅵ : V6 版架构
V6 版架构是 2001 年发布的,首先在2002 年春季发布的 ARM11 处理器中使用。在降低
耗电量地同时,还强化了图形处理性能。通过追加有效进行多媒体 处理的 SIMD(Single
Instruction, Multiple Data,单指令多数据 )功能,将语音及图像的处理功能提高到了原
型机的 4 倍。
ARM 公司开发了很多系列的 ARM 处理器核,目前最新的系列已经是 ARM11。
ARM7、ARM9、ARM9E 和 ARM10 为 4 个通用处理器系列。
每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。
ARM7 微处理器系列
低功耗的 32 位 RISC 处理器,冯·诺依曼结构。极低的功耗,适合便携式产品。
具有嵌入式 ICE-RT 逻辑,调试开发方便。
3 级流水线结构。能够提供 0.9MIPS 的三级流水线结构
代码密度高,兼容 16 位的 Thumb 指令集。
对操作系统的支持广泛,包括 Windows CE、Linux、Palm OS 等。
指令系统与 ARM9 系列、ARM9E 系列和 ARM10E 系列兼容,便于用户的产品升级换代。
主频最高可达 130MIPS。
主要应用领域:工业控制、Internet 设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒
ARM7TDMI 微处理器
4 种类型:
ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。
ARM7TMDI 是目前使用最广泛的 32 位嵌入式 RISC 处理器,属低端 ARM 处理器核。
注:“ARM 核”并不是芯片,ARM 核与其它部件如 RAM、ROM、片内外设组合在一起才能
构成现实的芯片。
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