什么叫arm架構_X86架構與ARM架構有什么區(qū)別
什么叫arm架構
ARM架構過去稱作進階精簡指令集機器(AdvancedRISCMachine,更早稱作:AcornRISCMachine),是一個32位精簡指令集(RISC)處理器架構,其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設計。由于節(jié)能的特點,ARM處理器非常適用于移動通訊領域,符合其主要設計目標為低耗電的特性。
在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式處理器75%的比例[1],使它成為占全世界最多數(shù)的32位架構之一。ARM處理器可以在很多消費性電子產(chǎn)品上看到,從可攜式裝置(PDA、移動電話、多媒體播放器、掌上型電子游戲,和計算機)到電腦外設(硬盤、桌上型路由器)甚至在導彈的彈載計算機等軍用設施中都有他的存在。在此還有一些基于ARM設計的派生產(chǎn)品,重要產(chǎn)品還包括Marvell的XScale架構和德州儀器的OMAP系列。
ARM架構圖
下圖所示的是ARM構架圖。它由32位ALU、若干個32位通用寄存器以及狀態(tài)寄存器、32&TImes;8位乘法器、32&TImes;32位桶形移位寄存器、指令譯碼以及控制邏輯、指令流水線和數(shù)據(jù)/地址寄存器組成。
1.ALU:它有兩個操作數(shù)鎖存器、加法器、邏輯功能、結果以及零檢測邏輯構成。
2.桶形移位寄存器:ARM采用了32&TImes;32位的桶形移位寄存器,這樣可以使在左移/右移n位、環(huán)移n位和算術右移n位等都可以一次完成。
3.高速乘法器:乘法器一般采用“加一移位”的方法來實現(xiàn)乘法。ARM為了提高運算速度,則采用兩位乘法的方法,根據(jù)乘數(shù)的2位來實現(xiàn)“加一移位”運算;ARM高速乘法器采用32&TImes;8位的結構,這樣,可以降低集成度(其相應芯片面積不到并行乘法器的1/3)。
4.浮點部件:浮點部件是作為選件供ARM構架使用。FPA10浮點加速器是作為協(xié)處理方式與ARM相連,并通過協(xié)處理指令的解釋來執(zhí)行。
5.控制器:ARM的控制器采用的是硬接線的可編程邏輯陣列PLA。
6.寄存器
除了用戶模式之外的其他6種處理器模式稱為特權模式(PrivilegedModes)。在這些模式下,程序可以訪問所有的系統(tǒng)資源,也可以任意地進行處理器模式的切換。其中,除系統(tǒng)模式外,其他5種特權模式又稱為異常模式。
處理器模式可以通過軟件控制進行切換,也可以通過外部中斷或異常處理過程進行切換。大多數(shù)的用戶程序運行在用戶模式下,這時,應用程序不能夠訪問一些受操作系統(tǒng)保護的系統(tǒng)資源,應用程序也不能直接進行處理器模式的切換。當需要進行處理器模式的切換時,應用程序可以產(chǎn)生異常處理,在異常處理過程中進行模式的切換。這種體系結構可以使操作系統(tǒng)控制整個系統(tǒng)的資源。
當應用程序發(fā)生異常中斷時,處理器進入相應的異常模式。在每一種異常模式中都有一組寄存器,供相應的異常處理程序使用,這樣就可以保證在進入異常模式時,用戶模式下的寄存器(保證了程序運行狀態(tài))不被破壞。
系統(tǒng)模式并不是通過異常過程進入的,它和用戶模式具有完全一樣的寄存器。但是系統(tǒng)模式屬于特權模式,可以訪問所有的系統(tǒng)資源,也可以直接進行處理器模式的切換。它主要供操作系統(tǒng)任務使用。通常操作系統(tǒng)的任務需要訪問所有的系統(tǒng)資源,同時該任務仍然使用用戶模式下的寄存器組,而不是使用異常模式下相應的寄存器組,這樣可以保證當異常中斷發(fā)生時任務狀態(tài)不被破壞
ARM的技術實現(xiàn)
要想深入理解ARM的實現(xiàn)原理是個很大的學習工程,這里一樣希望讀者讀后能對ARM起到一個總體的認識,后續(xù)可以進一步的深入學習。我們先以ARM匯編基礎來展開這一章的chat。
匯編語言是機器代碼上的一個薄的語法層,它由以二進制編碼的指令組成,這是我們的計算機所理解。那么為什么我們不寫代碼呢?可想而知以二進制來進行coding的話是多么的痛苦,因此我們將編寫ARM程序集。
但是計算機本身只識別機器碼是不能運行匯編代碼的,這就需要將匯編代碼裝到機器代碼中的工具GNUBinutils項目中的GNUAssembler。一旦用擴展名*.s編寫程序就需要把它與其進行組合并與ld鏈接起來:
我們從最底層來看下,在最底層,電路上有電信號,信號是將電壓切換為兩個電平來形成的,例如0伏(關)或5伏(開)。
因為只是我們不能輕易的告訴電路電壓,只能選擇使用1/0來寫入開/關的模式,然后我們對0和1的順序進行分組,以形成機器碼指令,該指令是計算機處理器的最小工作單元,以下是機器語言的示例:
我們知道ARM處理器只能對寄存器執(zhí)行數(shù)據(jù)處理,所以與存儲器的交互有兩種:從存儲器加載到寄存器,并將值從寄存器存儲到存儲器,即ARM使用加載/存儲(LDR和STR)模型進行內(nèi)存訪問。
通常LDR用于將內(nèi)存中的內(nèi)容加載到寄存器中,STR用于存儲寄存器中的內(nèi)容到存儲器地址。我們來舉一個基本例子:
第一看的小伙伴或許會一頭霧水,下面以一張圖來解釋下ARM是如何和存儲器交互的:
X86架構工業(yè)電腦與ARM架構工業(yè)電腦的區(qū)別
1、性能
X86架構的工業(yè)電腦比ARM架構的工業(yè)電腦在性能方面要快得多、強得多。ARM的優(yōu)勢在于效率,ARM采用RISC流水線指令集,在完成綜合性工作處于劣勢,而在任務相對固定的應用場合其優(yōu)勢就能發(fā)揮得淋漓盡致。
2、擴展能力
X86架構的工業(yè)電腦采用“橋”的方式與擴展設備(如硬盤、內(nèi)存等)進行連接,且X86架構的工業(yè)電腦能很容易進行性能擴展,如增加內(nèi)存、硬盤等。
ARM架構的工業(yè)電腦是通過專用的數(shù)據(jù)接口使CPU與數(shù)據(jù)存儲設備進行連接,所以ARM的存儲、內(nèi)存等性能擴展難以進行(一般在產(chǎn)品設計時已經(jīng)定好其內(nèi)存及數(shù)據(jù)存儲的容量),所以采用ARM架構的工業(yè)電腦,一般不考慮擴展。
3、操作系統(tǒng)的兼容性
幾乎所有X86硬件平臺都可以直接使用微軟的視窗系統(tǒng)及現(xiàn)在流行的幾乎所有工具軟件,所以X86系統(tǒng)在兼容性方面具有無可比擬的優(yōu)勢。
ARM幾乎都采用Linux的操作系統(tǒng),而且?guī)缀跛械挠布到y(tǒng)都要單獨構建自己的系統(tǒng),與其他系統(tǒng)不能兼容,這也導致其應用軟件不能方便移植,也制約了ARM的發(fā)展和應用。Android系統(tǒng)開發(fā)后,統(tǒng)一了ARM架構電腦的操作系統(tǒng),使新推出基于ARM架構的電腦系統(tǒng)有了統(tǒng)一的、開放式的、免費的操作系統(tǒng),為ARM的發(fā)展提供了強大的支持和動力。
4、軟件開發(fā)的方便性及可使用工具的多樣性
在軟件開發(fā)方面, X86架構比ARM架構更容易、更簡單、實際成本也更低,同時更容易找到第三方軟件(免去自己開發(fā)的時間和成本),而且軟件移植更容易。
5、功耗
在服務器、工作站以及其他高性能運算等應用方面,不考慮功耗和使用環(huán)境等條件,X86占了優(yōu)絕對優(yōu)勢;但受功耗、環(huán)境等條件制約且工作任務固定的情況下ARM就占有很大的優(yōu)勢。