El concepto de ARM
Descripción general
El procesador ARM (Advanced RISC Machines) es el primer microprocesador RISC diseñado por Acorn Computer Co., Ltd. para el mercado de bajo presupuesto. Anteriormente se llamaba Acorn RISC Machine.
El procesador ARM en sí tiene un diseño de 32 bits, pero también está equipado con un conjunto de instrucciones de 16 bits. En términos generales, ahorra hasta un 35% en comparación con el código equivalente de 32 bits, pero conserva todas las ventajas de los sistemas de 32 bits.
La tecnología Jazelle de ARM permite que la aceleración de Java alcance un rendimiento mucho mayor que la máquina virtual Java (JVM) basada en software y consume un 80 % menos de energía que el núcleo de aceleración equivalente que no es de Java. La adición del conjunto de instrucciones DSP a la función de la CPU proporciona capacidades mejoradas de operación aritmética de 16 y 32 bits, mejorando el rendimiento y la flexibilidad. ARM también proporciona dos funciones de vanguardia para ayudar en la depuración de dispositivos SoC altamente integrados con procesadores profundamente integrados, que son la lógica ICE-RT integrada y la serie Embedded Trace Macrocore (ETMS).
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Características
Las tres características principales del procesador ARM son: bajo consumo de energía y alta funcionalidad, dual de 16 bits/32 bits Conjunto de instrucciones y cooperación. Muchos socios.
1. Tamaño pequeño, bajo consumo de energía, bajo costo, alto rendimiento;
2. Admite conjunto de instrucciones duales Thumb (16 bits)/ARM (32 bits). puede ser muy bueno Compatible con dispositivos de 8 bits/16 bits;
3. Se utiliza una gran cantidad de registros para ejecutar instrucciones más rápido;
4. en registros;
5. El modo de direccionamiento es flexible y simple, y la eficiencia de ejecución es alta;
6. La longitud de la instrucción es fija.
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Estructura
Arquitectura
1 CISC (Computadora con conjunto de instrucciones complejas)
Entre los Varias instrucciones en el conjunto de instrucciones CISC, se utilizan repetidamente alrededor de 20 instrucciones, lo que representa el 80% de todo el código del programa. Las 80 instrucciones restantes no se utilizan con frecuencia y representan sólo 20 en programación.
2 RISC (Computadora con conjunto de instrucciones reducido)
La estructura RISC selecciona preferentemente las instrucciones simples utilizadas con más frecuencia para evitar instrucciones complejas, la longitud de las instrucciones es fija y el formato de las instrucciones es consistente; Los tipos de modos de direccionamiento son reducidos; principalmente lógica de control, nulo o menor uso de control de microcódigo, etc.
La arquitectura RISC debe tener las siguientes características:
1. Formato de instrucción de longitud. Hay de 2 a 3 tipos de agrupación de instrucciones, modos de direccionamiento simple y básico.
2. Utilizar instrucciones de un solo ciclo para facilitar la ejecución de las operaciones del oleoducto.
3 Uso extensivo de registros. Las instrucciones de procesamiento de datos solo operan en registros. Solo las instrucciones de carga/almacenamiento pueden acceder a la memoria para mejorar la eficiencia de ejecución de instrucciones.
Además, la arquitectura ARM también utiliza algunas tecnologías especiales para minimizar el área del chip y reducir el consumo de energía al tiempo que garantiza un alto rendimiento:
4 Se puede decidir si todas las instrucciones se ejecutarán en función sobre los resultados de ejecución anteriores, mejorando así la eficiencia de ejecución de las instrucciones.
5 Las instrucciones de carga/almacenamiento se pueden utilizar para transferir datos en lotes para mejorar la eficiencia de la transmisión de datos.
6. El procesamiento lógico y el procesamiento de turnos se pueden completar simultáneamente en una instrucción de procesamiento de datos.
7. Utilice el aumento y disminución automáticos de direcciones en el procesamiento de bucles para mejorar la eficiencia operativa.
Estructura de registros
El procesador ARM *** tiene 37 registros, los cuales se dividen en varios grupos (BANCO). Estos registros incluyen:
1 31 El general. -Los registros de propósito, incluido el contador de programa (puntero de PC), son todos registros de 32 bits.
2. Los 6 registros de estado se utilizan para identificar el estado de funcionamiento de la CPU y el estado de ejecución del programa. Todos son de 32 bits y actualmente solo se utilizan una parte.
Estructura de instrucciones
Los microprocesadores ARM admiten dos conjuntos de instrucciones en arquitecturas más nuevas: el conjunto de instrucciones ARM y el conjunto de instrucciones Thumb. Entre ellas, la instrucción ARM tiene una longitud de 32 bits y la instrucción Thumb tiene una longitud de 16 bits. El conjunto de instrucciones Thumb es un subconjunto funcional del conjunto de instrucciones ARM, pero en comparación con el código ARM equivalente, puede ahorrar más del 30 al 40 % de espacio de almacenamiento y al mismo tiempo tener todas las ventajas de 32 bits. código.
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Modo procesador ARM
Descripción del modo procesador
Modo usuario (usr) Programa normal del procesador ARM Estado de ejecución
El modo de sistema (sys) ejecuta tareas privilegiadas del sistema operativo
El modo de interrupción rápida (fiq) admite transmisión de datos de alta velocidad o procesamiento de canales
Modo de administración (svc) modo de protección del sistema
El modo de terminación de acceso a datos (abt) se usa para la memoria virtual y la protección de la memoria
El modo de interrupción (irq) se usa para el procesamiento de interrupciones generales
El modo de terminación de instrucción indefinida (und) admite la emulación de software de coprocesadores de hardware
Excepto el modo de usuario, los 6 modos restantes se denominan modo no usuario o modo privilegiado entre el modo de usuario y el modo de sistema. Los otros 5 modos se denominan modo no usuario o modo privilegiado; Modos anormales. El modo de funcionamiento del procesador ARM se puede cambiar mediante software o mediante interrupciones externas o manejo de excepciones.
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Expansión de la arquitectura
La expansión de la arquitectura ARM actual incluye:
·Conjunto de instrucciones Thumb de 16 bits, en orden para mejorar la densidad del código;
·DSP Conjunto de instrucciones de operación aritmética para aplicaciones DSP;
·Jazeller permite la ejecución directa del código de bytes de Java.
Las soluciones proporcionadas por la serie de procesadores ARM incluyen:
·Plataforma abierta para aplicaciones inalámbricas, de electrónica de consumo y de imágenes;
·Almacenamiento, automatización, industria y sistemas integrados en tiempo real para aplicaciones de red;
·Aplicaciones de seguridad para tarjetas inteligentes y tarjetas SIM.
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Historia
El 5 de diciembre de 1978, el físico Hermann Hauser y el ingeniero Chris Curry, fundaron la CPU Company (Cambridge Processing Unit) en Cambridge. , Inglaterra, cuyo negocio principal es suministrar equipos electrónicos al mercado local. En 1979, CPU Company cambió su nombre a Acorn Computer Company.
Al principio, Acorn planeó utilizar el chip de 16 bits de Motorola, pero descubrió que era demasiado lento y caro. "¡Una máquina que cuesta 500 libras no puede usar una CPU que cuesta 100 libras!" Recurrieron a Intel y pidieron información sobre el diseño del chip 80286, pero fueron rechazados, por lo que se vieron obligados a desarrollarlo ellos mismos.
En 1985, Roger Wilson y Steve Furber diseñaron su propio procesador de 32 bits y 6 MHz de primera generación. Roger Wilson y Steve Furber[1] lo utilizaron para crear una computadora con conjunto de instrucciones RISC, denominada ARM. (Máquina RISC de bellota). De aquí proviene el nombre ARM.
El nombre completo de RISC es "computadora con conjunto de instrucciones reducido" (computadora con conjunto de instrucciones reducido) Las instrucciones que admite son relativamente simples, por lo que consume poca energía y es económica, especialmente adecuada para dispositivos móviles. Uno de los primeros dispositivos típicos que utilizaba chips ARM fue la PDA Newton de Apple.
A finales de la década de 1980, ARM se desarrolló rápidamente en los productos de escritorio de Acorn, formando la base de la educación informática en el Reino Unido.
El 27 de noviembre de 1990, Acorn Company se reorganizó oficialmente en ARM Computer Company. Apple invirtió 1,5 millones de libras, el fabricante de chips VLSI invirtió 250.000 libras y la propia Acorn invirtió 1,5 millones de libras en derechos de propiedad intelectual y 12 ingenieros. La oficina de la empresa es muy sencilla, sólo un granero. En la década de 1990, los procesadores RISC (computadora con conjunto de instrucciones reducido) integrados ARM de 32 bits se expandieron por todo el mundo, ocupando una posición de liderazgo en el campo de las aplicaciones de sistemas integrados de bajo consumo, bajo costo y alto rendimiento. ARM no produce ni vende chips, sólo vende licencias de tecnología de chips.
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Perspectivas de mercado
Microsoft Corporation (2011) anunció que la próxima versión de Windows admitirá oficialmente procesadores ARM. Este es un evento importante en la historia del desarrollo de procesadores arm [2] en la industria informática, y marca que el dominio de los procesadores x86 se ha visto sacudido. Actualmente, en el mercado de dispositivos móviles, la cuota de mercado de los procesadores ARM supera el 90%; en el mercado de servidores, este año (2011) se lanzarán servidores de 2,5 GHz; en el mercado de computadoras de escritorio, ahora hay soporte de Microsoft; Me temo que ARM está a la vuelta de la esquina para convertirse en algo común. ¡No es de extrañar que algunas personas exclamaran que Intel será derrotada!
En comparación con este cambio vigoroso, su protagonista, ARM, no ha recibido mucha atención y parece pasar desapercibido. ¿Cómo llegó esta empresa británica, alejada de Silicon Valley y ubicada en la Universidad de Cambridge, a donde está hoy y capaz de desbancar al gigante de los chips Intel?
De cara al futuro, incluso si Intel implementa con éxito la estrategia Atom y reduce en gran medida el consumo de energía y el precio de los chips x86, será muy difícil competir con ARM. Debido a que el modelo de negocio de ARM es abierto y cualquier fabricante puede comprar una licencia, el futuro no es Intel versus ARM, sino Intel versus todas las demás empresas de semiconductores del mundo. En ese caso, ¿cuáles son las posibilidades de Intel de ganar?