Question

ARM的概念

Answer 1

概述

　　ARM（Advanced RISC Machines）处理器是Acorn计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。更早称作Acorn RISC Machine。
　　ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集。一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。
　　ARM的Jazelle技术使Java加速得到比基于软件的Java虚拟机(JVM)高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80%。CPU功能上增加DSP指令集提供增强的16位和32位算术运算能力，提高了性能和灵活性。ARM还提供两个前沿特性来辅助带深嵌入处理器的高集成SoC器件的调试，它们是嵌入式ICE-RT逻辑和嵌入式跟踪宏核(ETMS)系列。
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特点

　　ARM处理器的三大特点是：耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。
　　1、体积小、低功耗、低成本、高性能；
　　2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
　　3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；
　　4、大多数数据操作都在寄存器中完成；
　　5、寻址方式灵活简单，执行效率高；
　　6、指令长度固定。
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结构

　　体系结构
　　1 CISC（Complex　Instruction　Set　Computer，复杂指令集计算机）
　　在CISC指令集的各种指令中，大约有20%的指令会被反复使用，占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用，在程序设计中只占20%。
　　2 RISC（Reduced　Instruction　Set　Computer，精简指令集计算机）
　　RISC结构优先选取使用频最高的简单指令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻址方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少用微码控制等
　　RISC体系结构应具有如下特点：
　　1　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。
　　2　使用单周期指令，便于流水线操作执行。
　　3　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。
　　除此以外，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：
　　4　所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率。
　　5　可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率。
　　6　可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。
　　7　在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。
　　寄存器结构
　　ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK），这些寄存器包括：
　　1　31个通用寄存器，包括程序计数器（PC指针），均为32位的寄存器。
　　2　6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位，目前只使用了其中的一部分。
　　指令结构
　　ARM微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的
　　ARM代码相比较，可节省30%～40%以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。
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ARM处理器模式

　　处理器模式 说明
　　用户模式(usr) ARM处理器正常的程序执行状态
　　系统模式(sys) 运行具有特权的操作系统任务
　　快中断模式(fiq) 支持高速数据传输或通道处理
　　管理模式(svc) 操作系统保护模式
　　数据访问终止模式(abt) 用于虚拟存储器及存储器保护
　　中断模式(irq) 用于通用的中断处理
　　未定义指令终止模式(und) 支持硬件协处理器的软件仿真
　　除用户模式外，其余6种模式称为非用户模式或特权模式；用户模式和系统模式之外的5种模式称为异常模式。ARM处理器的运行模式可以通过软件改变，也可以通过外部中断或异常处理改变。
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体系结构扩充

　　当前ARM体系结构的扩充包括：
　　·Thumb 16位指令集，为了改善代码密度；
　　·DSP DSP应用的算术运算指令集；
　　·Jazeller 允许直接执行Java字节码。
　　ARM处理器系列提供的解决方案有：
　　·无线、消费类电子和图像应用的开放平台；
　　·存储、自动化、工业和网络应用的嵌入式实时系统；
　　·智能卡和SIM卡的安全应用。
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历史

　　1978年12月5日，物理学家赫尔曼·豪泽（Hermann Hauser）和工程师Chris Curry，在英国剑桥创办了CPU公司（Cambridge Processing Unit），主要业务是为当地市场供应电子设备。1979年，CPU公司改名为Acorn计算机公司。
　　起初，Acorn公司打算使用摩托罗拉公司的16位芯片，但是发现这种芯片太慢也太贵。"一台售价500英镑的机器，不可能使用价格100英镑的CPU！"他们转而向Intel公司索要80286芯片的设计资料，但是遭到拒绝，于是被迫自行研发。
　　1985年，Roger Wilson和Steve Furber设计了他们自己的第一代32位、6M Hz的处理器， Roger Wilson和Steve Furber[1]用它做出了一台RISC指令集的计算机，简称ARM（Acorn RISC Machine）。这就是ARM这个名字的由来。
　　RISC的全称是"精简指令集计算机"（reduced instruction set computer），它支持的指令比较简单，所以功耗小、价格便宜，特别合适移动设备。早期使用ARM芯片的典型设备，就是苹果公司的牛顿PDA。
　　20世纪80年代后期，ARM很快开发成Acorn的台式机产品，形成英国的计算机教育基础。
　　1990年11月27日，Acorn公司正式改组为ARM计算机公司。苹果公司出资150万英镑，芯片厂商VLSI出资25万英镑，Acorn本身则以150万英镑的知识产权和12名工程师入股。公司的办公地点非常简陋，就是一个谷仓。 20世纪90年代，ARM 32位嵌入式RISC(Reduced lnstruction Set Computer)处理器扩展到世界范围，占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域的领先地位。ARM公司既不生产芯片也不销售芯片，它只出售芯片技术授权。
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市场前景

　　微软公司（2011年）宣布，下一版Windows将正式支持ARM处理器。这是计算机工业 arm处理器[2]发展历史上的一件大事，标识着x86处理器的主导地位发生动摇。目前在移动设备市场，ARM处理器的市场份额超过90%；在服务器市场，今年（2011年）就会有2.5GHz的服务器上市；在桌面电脑市场，现在又有了微软的支持。ARM成为主流，恐怕指日可待。难怪有人惊呼，Intel公司将被击败！
　　与这场轰轰烈烈的变革相比，它的主角ARM公司却没有受到太多的关注，显得不太起眼。这家远离硅谷、位于剑桥大学的英国公司，到底是怎么走到今天的，居然能将芯片巨人Intel拉下马？
　　展望未来，即使Intel成功地实施了Atom战略，将x86芯片的功耗和价格大大降低，它与ARM竞争也将非常吃力。因为ARM的商业模式是开放的，任何厂商都可以购买授权，所以未来并不是Intel vs. ARM，而是Intel vs. 世界上所有其他半导体公司。那样的话，Intel的胜算能有多少呢？