第2章arm微處理器硬件結(jié)構(gòu)-文庫吧
2025-09-15 15:17 本頁面
【正文】 內(nèi)完成 。 ? 只保留加載 /存儲指令 。 操作數(shù)由加載 /存儲指令從存儲器取出放寄存器內(nèi)操作 。 ? 芯片邏輯不采用或少采用微碼技術(shù) ， 而采用硬布線邏輯 。 ? 減少指令數(shù)和尋址方式 。 ? 指令格式固定 ， 指令譯碼簡化 。 ? 優(yōu)化編譯 。 16 RISC技術(shù) Ⅱ ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)： ? 所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行 ，提高了指令的執(zhí)行效率 。 ? 可用 Load/Store指令批量傳輸數(shù)據(jù) ， 以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率 。 ? 可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理 。 17 流水線技術(shù) Ⅰ 1． ARM的 3級流水線 f e t c h d e c o d e e x c u t ef e t c h d e c o d e e x c u t ef e t c h d e c o d e e x c u t e123指 令 時 間18 流水線技術(shù) Ⅱ 多周期 ARM指令的 3級流水線操作 f e t c h A D D d e c o d e e x c u t e123指 令 時 間f e t c h S T R d e c o d e c a l c : a d d r d a t a x f e rf e t c h A D D d e c o d e e x c u t ef e t c h A D D d e c o d e e x c u t ef e t c h A D D d e c o d e e x c u t e4519 流水線技術(shù) Ⅲ 2． ARM的流水線設(shè)計問題 （ 1）縮短程序執(zhí)行時間 : ? 提高時鐘頻率 fclk ? 減少每條指令的平均時鐘周期數(shù) CPI （ 2）解決流水線相關(guān) : ? 結(jié)構(gòu)相關(guān) ? 數(shù)據(jù)相關(guān) ? 控制相關(guān) 20 流水線技術(shù) Ⅳ 3． ARM的 5級流水線 ARM9和 StrongARM架構(gòu)都采用了 5級流水線 . ? 增加了 ICache和 DCache， 把存儲器的取指與數(shù)據(jù)存取分開 ； ? 增加了數(shù)據(jù)寫回的專門通路和寄存器 ； ? 把指令的執(zhí)行過程分割為 5部分 : 取指 指令譯碼 執(zhí)行 數(shù)據(jù)緩存 寫回 21 超標量執(zhí)行 通過重復(fù)設(shè)置多套指令執(zhí)行部件，同時處理并完成多條指令，實現(xiàn)并行操作，來達到提高處理速度的目的 。 所有 ARM內(nèi)核，包括流行的 ARM ARM9和 ARM11等，都是單周期指令機。ARM公司下一代處理器將是每周期能處理多重指令的超標量機。但是： ? 超標量處理器在執(zhí)行的過程中必須動態(tài)地檢查指令相關(guān)性 ； ? 必須將分支被執(zhí)行和分支不被執(zhí)行這兩種情況分開考慮。 22 存儲器部件的分類 ? 按在系統(tǒng)中的地位分類： ? “ 主存儲器 ” (Main Memory, 簡稱內(nèi)存或主存 ) ? “ 輔助存儲器 ” (Auxiliary Memory,Secondary Memory,簡稱輔存或外存 ) ? 按存儲介質(zhì)分類： 磁存儲器 (Magic Memory)，半導(dǎo)體集成電路存儲器 (通常稱為半導(dǎo)體存儲器 )， 光存儲器 (Optical Memory)， 激光光盤存儲器 (Laser Optical Disk) ? 按信息存取方式分類： ? 隨機存取存儲器 RAM ? 只讀存儲器 ROM 23 存儲器的組織和結(jié)構(gòu) ? 嵌入式存儲器一般采用存儲密度較大的存儲器芯片， 典型的嵌入式存儲器系統(tǒng)由 ROM、 RAM、EPROM等組成 。 R A M 空 間R O M 空 間E E P R O M 空 間24 常用的存儲器 ? 隨機存儲器（ RAM） ? 靜態(tài)隨機存儲器（ SRAM） ? 動態(tài)隨機存儲器（ DRAM） ? 只讀存儲器（ ROM）， 它在嵌入式系統(tǒng)中非常有用，因為許多代碼或數(shù)據(jù)不隨時間改變 。 ? 工廠編程的只讀存儲器 ? 現(xiàn)場可編程只讀存儲器 25 存儲器的性能 大容量、高速度、低價格是評價存儲器性能的三個主要指標，也是存儲體系設(shè)計的主要目標。 ? 容量： Sw＝ Wlm。 其中 W為存儲體的字長 (單位為位或字節(jié) )， l為單個存儲體的字數(shù)， m為并行工作的存儲體個數(shù)。 ? 速度： m個存儲體并行工作時，可達到的最大頻率寬度為 Bm＝ Wm／ TM 。 其中 TM是連續(xù)起動一個存儲器所必要的時間間隔， TM＞ TA。 Bm是連續(xù)提供數(shù)據(jù)的速率。 ? 價格 ： 具有 SM位的存儲器 ， 每位價格表示為 c=C／ Sm。其中 C是總價格。 26 存儲體系的組成 ? 單體單字存儲器 ? 單體多字存儲器 ? 多體單字交叉存取存儲器 ? 多體多字交叉存取存儲器 一般把這些能并行讀出多個 CPU字的單體多字和多體單字及多體多字的交叉存取系統(tǒng)，統(tǒng)稱為并行主存系統(tǒng)。 27 存儲體系的形式 C P U主 存輔 存輔 助 軟 硬 件C P U主 存輔 存C a c h e輔 助 軟 硬 件輔 助 硬 件 (a)兩級存儲器層次結(jié)構(gòu) (b)三級存儲器層次結(jié)構(gòu) 28 總線結(jié)構(gòu) Ⅰ ? :四周期握手協(xié)議 1
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