Office與平面設(shè)計基礎(chǔ)模塊一word8.1(答案)
發(fā)布時間：2018-11-23 16:39
目錄
定義 1
特點 1
體系結(jié)構(gòu) 1
指令體系 1
寄存器結(jié)構(gòu) 2
指令結(jié)構(gòu) 2
主要模式 3
歷史發(fā)展 3
市場前景 4
系列產(chǎn)品 5
設(shè)計文件 6
ARM處理器
ARM處理器是英國Acorn有限公司設(shè)計的低功耗成本的第一款RISC微處理器。全稱為Advanced RISC Machine。ARM處理器本身是32位設(shè)計，但也配備16位指令集，一般來講比等價32位代碼節(jié)省達35%，卻能保留32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢。
1、體積小、低功耗、低成本、高性能；
2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
3、大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；
4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；
5、尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；
6、指令長度固定。
在CISC指令集的各種指令中，大約有20%的指令會被反復(fù)使用，占整個程序代碼的80%。而余下的指令卻不經(jīng)常使用，在程序設(shè)計中只占20%。
2 RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機）
RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻最高的簡單指令，避免復(fù)雜指令；將指令長度固定，指令格式和尋址方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等
RISC體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點：
1 采用固定長度的指令格式，指令歸整、簡單、基本尋址方式有2～3種。
2 使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。
3 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進行操作，只有加載/存儲指令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率。
除此以外，ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗：
4 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，從而提高指令的執(zhí)行效率。
5 可用加載/存儲指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。
6 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。
7 在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運行效率。
1 31個通用寄存器，包括程序計數(shù)器（PC指針），均為32位的寄存器。
2 6個狀態(tài)寄存器，用以標識CPU的工作狀態(tài)及程序的運行狀態(tài)，均為32位，只使用了其中的一部分。
體系結(jié)構(gòu)擴充
當(dāng)前ARM體系結(jié)構(gòu)的擴充包括：
·Thumb 16位指令集，為了改善代碼密度；
·DSP DSP應(yīng)用的算術(shù)運算指令集；
·Jazeller 允許直接執(zhí)行Java字節(jié)碼。
ARM處理器系列提供的解決方案有：
·無線、消費類電子和圖像應(yīng)用的開放平臺；
·存儲、自動化、工業(yè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的嵌入式實時系統(tǒng)；
·智能卡和SIM卡的安全應(yīng)用。
用戶模式
(usr) ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài)
系統(tǒng)模式
(sys) 運行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)
快中斷模式
(fiq) 支持高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理
管理模式
(svc) 操作系統(tǒng)保護模式
數(shù)據(jù)訪問終止模式
(abt) 用于虛擬存儲器及存儲器保護
中斷模式
(irq) 用于通用的中斷處理
未定義指令終止模式(und) 支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真
除用戶模式外，其余6種模式稱為非用戶模式或特權(quán)模式；用戶模式和系統(tǒng)模式之外的5種模式稱為異常模式。ARM處理器的運行模式可以通過軟件改變，也可以通過外部中斷或異常處理改變。
起初，Acorn公司打算使用摩托羅拉公司的16位芯片，但是發(fā)現(xiàn)這種芯片太慢也太貴。"一臺售價500英鎊的機器，不可能使用價格100英鎊的CPU！"他們轉(zhuǎn)而向Intel公司索要80286芯片的設(shè)計資料，但是遭到拒絕，于是被迫自行研發(fā)。
Roger Wilson和Steve Furber
Roger Wilson和Steve Furber
1985年，Roger Wilson和Steve Furber設(shè)計了他們自己的第一代32位、6M Hz的處理器，用它做出了一臺RISC指令集的計算機，簡稱ARM（Acorn RISC Machine）。這就是ARM這個名字的由來。
RISC的全稱是"精簡指令集計算機"（reduced instruction set computer），它支持的指令比較簡單，所以功耗小、價格便宜，特別適合移動設(shè)備。早期使用ARM芯片的典型設(shè)備，就是蘋果公司的牛頓PDA。
20世紀80年代后期，ARM很快開發(fā)成Acorn的臺式機產(chǎn)品，形成英國的計算機教育基礎(chǔ)。
1990年11月27日，Acorn公司正式改組為ARM計算機公司。蘋果公司出資150萬英鎊，芯片廠商VLSI出資25萬英鎊，Acorn本身則以150萬英鎊的知識產(chǎn)權(quán)和12名工程師入股。公司的辦公地點非常簡陋，就是一個谷倉。20世紀90年代，ARM 32位嵌入式RISC(Reduced lnstruction Set Computer)處理器擴展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。ARM公司既不生產(chǎn)芯片也不銷售芯片，它只出售芯片技術(shù)授權(quán)。
arm處理器
微軟公司（2011年）宣布，下一版Windows將正式支持ARM處理器。這是計算機工業(yè)發(fā)展歷史上的一件大事，標識著x86處理器的主導(dǎo)地位發(fā)生動搖。在移動設(shè)備市場，ARM處理器的市場份額超過90%；在服務(wù)器市場，2011年就會有2.5GHz的服務(wù)器上市；在桌面電腦市場，又有了微軟的支持。ARM成為主流，恐怕指日可待。難怪有人驚呼，Intel公司將被擊??！ARM微處理器核技術(shù)廣泛應(yīng)用于便攜式通信產(chǎn)品、手持運算、多媒體和嵌入式解決方案等領(lǐng)域，已成為RISC的標準。
與這場轟轟烈烈的變革相比，它的主角ARM公司卻沒有受到太多的關(guān)注，顯得不太起眼。這家遠離硅谷、位于劍橋大學(xué)的英國公司，到底是怎么走到今天的，居然能將芯片巨人Intel拉下馬？
展望未來，即使Intel成功地實施了Atom戰(zhàn)略，將x86芯片的功耗和價格大大降低，它與ARM競爭也將非常吃力。因為ARM的商業(yè)模式是開放的，任何廠商都可以購買授權(quán)，所以未來并不是Intel vs. ARM，而是Intel vs. 世界上所有其他半導(dǎo)體公司。那樣的話，Intel的勝算能有多少呢？
2012年10月29日AMD做出了一個震驚業(yè)界的宣布：AMD將會設(shè)計基于64-bit ARM架構(gòu)的處理器，首先從云和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器領(lǐng)域開始。AMD、ARM在服務(wù)器領(lǐng)域的合作已經(jīng)得到了戴爾、惠普兩大服務(wù)器廠商，以及服務(wù)器系統(tǒng)廠商RedHat的鼎力支持，新的生態(tài)系統(tǒng)已具雛形，AMD能否借此東山再起？[2]
AMD的首批ARM處理器于2014年問世，仍將披掛Opteron皓龍品牌。這種64位的多核心SoC會針對數(shù)據(jù)中心中份額最大的密集型高能效服務(wù)器進行優(yōu)化，提供現(xiàn)代計算體驗，并整合收購而來的SeaMicro Freedom超級計算光纖互聯(lián)技術(shù)。
SecurCore系列 Intel的StrongARM ARM11系列 Intel的Xscale
其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。SecurCore系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計。
Axxia 4500通信處理器基于采用28納米工藝的ARM 4核Cortex-A15處理器，并搭載ARM全新CoreLink CCN-504高速緩存一致性互連技術(shù)，實現(xiàn)安全低功耗和最佳性能。
ARM公司在經(jīng)典處理器ARM11以后的產(chǎn)品改用Cortex命名，并分成A、R和M三類，旨在為各種不同的市場提供服務(wù)。
新款A(yù)RMv8架構(gòu)ARMCortex-A50處理器系列產(chǎn)品，進一步擴大ARM在高性能與低功耗領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。該系列率先推出的是Cortex-A53與Cortex-A57處理器以及最新節(jié)能64位處理技術(shù)與現(xiàn)有32位處理技術(shù)的擴展升級。該處理器系列的可擴展性使ARM的合作伙伴能夠針對智能手機、高性能服務(wù)器等各類不同市場需求開發(fā)系統(tǒng)級芯片（SoC）[3]。
ARMCortex-A50處理器系列:
提供Cortex-A57與Cortex-A53兩款處理器，可選配密碼編譯加速器，為驗證軟件提高10倍的運行速度與ARMMali圖形處理器系列互用，適用于圖形處理器計算應(yīng)用具有AMBA系統(tǒng)一致性，與CCI-400、CCN-504等ARMCoreLink緩存一致性結(jié)構(gòu)組件達成多核心緩存一致性。
ARMCortex-A57處理器:
最先進、單線程性能最高的ARM應(yīng)用處理器能提升，以滿足供智能手機從內(nèi)容消費設(shè)備轉(zhuǎn)型為內(nèi)容生產(chǎn)設(shè)備的需求，并在相同功耗下實現(xiàn)最高可達現(xiàn)有超級手機三倍的性能計算能力可相當(dāng)于傳統(tǒng)PC，但僅需移動設(shè)備的功耗成本即可運行，無論企業(yè)用戶或普通消費者均可享受低成本與低耗能針對高性能企業(yè)應(yīng)用提高了產(chǎn)品可靠度與可擴展性。
ARMCortex-A53處理器:
史上效率最高的ARM應(yīng)用處理器，使用體驗相當(dāng)于當(dāng)前的超級手機，但功耗僅需其四分之一結(jié)合可靠性特點，可擴展數(shù)據(jù)平面（dataplane）應(yīng)用可將每毫瓦及每平方毫米性能發(fā)揮到極致針對個別線程計算應(yīng)用程序進行了傳輸處理優(yōu)化Cortex-A53處理器結(jié)合Cortex-A57及ARM的big.LITTLE處理技術(shù)，能使平臺擁有最大的性能范圍，同時大幅減少功耗[3]。
ARM架構(gòu)包含了下述RISC特性：
讀取/儲存 架構(gòu)不支援地址不對齊內(nèi)存存取（ARMv6內(nèi)核現(xiàn)已支援）正交指令集（任意存取指令可以任意的尋址方式存取數(shù)據(jù)Orthogonal instruction set）大量的16 × 32-bit 寄存器陣列（register file）固定的32 bits操作碼（opcode）長度，降低編碼數(shù)量所產(chǎn)生的耗費，減輕解碼和流水線化的負擔(dān)。大多均為一個CPU周期執(zhí)行。為了補強這種簡單的設(shè)計方式，相較于同時期的處理器如Intel 80286和Motorola 68020，還多加了一些特殊設(shè)計：
大部分指令可以條件式地執(zhí)行，降低在分支時產(chǎn)生的負重，彌補分支預(yù)測器（branch predictor）的不足。算數(shù)指令只會在要求時更改條件編碼（condition code）32-bit筒型位移器（barrel shifter）可用來執(zhí)行大部分的算數(shù)指令和尋址計算而不會損失效能強大的索引尋址模式（addressing mode）精簡但快速的雙優(yōu)先級中斷子系統(tǒng)，具有可切換的暫存器組有個附加在ARM設(shè)計中好玩的東西，就是使用一個4-bit條件編碼在每個指令前頭，表示每支指令的執(zhí)行是否為有條件式的
這大大的減低了在內(nèi)存存取指令時用到的編碼位，換句話說，它避免在對小型敘述如if做分支指令。有個標準的范例引用歐幾里德的最大公因子算法：
在C編程語言中，循環(huán)為：
int gcd (int i, int j)
{
while (i != j) if (i > j) i -= j; else j -= i; return i;
}
在ARM匯編語言中，循環(huán)為：
loop CMP Ri, Rj ;
設(shè)定條件為 "NE"(不等於) if (i != j) ; "GT"(大于) if (i > j), ; or "LT"(小于) if (i < j) SUBGT Ri, Ri, Rj ; 若 "GT"(大于), i = i-j; SUBLT Rj, Rj, Ri ; 若 "LT"(小于), j = j-i; BNE loop ; 若 "NE"(不等于)，則繼續(xù)回圈這避開了then和else子句之間的分支。
另一項指令集的特色是，能將位移（shift）和回轉(zhuǎn)（rotate）等功能并成"資料處理"型的指令（算數(shù)、邏輯、和暫存器之間的搬移），因此舉例來說，一個C語言的敘述
a += (j << 2);在ARM之下，可簡化成只需一個word和一個cycle即可完成的指令
ADD Ra, Ra, Rj, LSL #2這結(jié)果可讓一般的ARM程式變得更加緊密，而不需經(jīng)常使用內(nèi)存存取，流水線也可以更有效地使用。即使在ARM以一般認定為慢速的速度下執(zhí)行，與更復(fù)雜的CPU設(shè)計相比它仍能執(zhí)行得不錯。
ARM處理器還有一些在其他RISC的架構(gòu)所不常見到的特色，例如PC-相對尋址（的確在ARM上PC為16個暫存器的其中一個）以及 前遞加或后遞加的尋址模式。
另外一些注意事項是 ARM 處理器會隨著時間，不斷地增加它的指令集。某些早期的 ARM 處理器（比ARM7TDMI更早），譬如可能并未具備指令可以讀取兩 Bytes 的數(shù)量，因此，嚴格來講，對這些處理器產(chǎn)生程式碼時，就不可能處理如 C 語言物件中使用 "volatile short" 的資料型態(tài)。
ARM7 和大多數(shù)較早的設(shè)計具備三階段的流水線化（Pipeline）：提取指令、解碼，并執(zhí)行。較高效能的設(shè)計，如 ARM9，則有五階段的流水線化。提高效能的額外方式，包含一顆較快的加法器，和更廣的分支預(yù)測邏輯線路。
這個架構(gòu)使用“協(xié)處理器”提供一種非侵入式的方法來延伸指令集，可透過軟件下 MCR、MRC、MRRC和MCRR 等指令來對協(xié)處理器尋址。協(xié)處理器空間邏輯上通常分成16個協(xié)處理器，編號分別從 0 至 15 ，而第15號協(xié)處理器（CP15）是保留用作某些常用的控制功能，像是使用高速緩存和記憶管理單元運算（若包含于處理器時）。
在 ARM 架構(gòu)的機器中，周邊裝置連接處理器的方式，通常透過將裝置的實體暫存器對應(yīng)到 ARM 的內(nèi)存空間、協(xié)處理器空間，或是連接到另外依序接上處理器的裝置（如總線）。協(xié)處理器的存取延遲較低，所以有些周邊裝置（例如XScale中斷控制器）會設(shè)計成可透過不同方式存?。ㄍ高^內(nèi)存和協(xié)處理器）。
Thumb
較新的ARM處理器有一種16-bit指令模式，叫做Thumb，也許跟每個條件式執(zhí)行指令均耗用4位的情形有關(guān)。在Thumb模式下，較小的opcode有更少的功能性。例如，只有分支可以是條件式的，且許多opcode無法存取所有CPU的暫存器。然而，較短的opcode提供整體更佳的編碼密度（注：意指程式碼在內(nèi)存中占的空間），即使有些運算需要更多的指令。特別在內(nèi)存埠或總線寬度限制在32 以下的情形時，更短的Thumb opcode能更有效地使用有限的內(nèi)存帶寬，因而提供比32位程式碼更佳的效能。典型的嵌入式硬件僅具有較小的32-bit datapath尋址范圍以及其他更窄的16 bits尋址（例如Game Boy Advance）。在這種情形下，通常可行的方案是編譯成 Thumb 程式碼，并自行最佳化一些使用（非Thumb）32位指令集的CPU相關(guān)程式區(qū)，因而能將它們置入受限的32-bit總線寬度的內(nèi)存中。
首顆具備 Thumb 技術(shù)的處理器是 ARM7TDMI。所有 ARM9 和后來的家族，包括XScale都納入了 Thumb 技術(shù)。
Jazelle
ARM 還開發(fā)出一項技術(shù)，Jazelle DBX (Direct Bytecode eXecution)，允許它們在某些架構(gòu)的硬件上加速執(zhí)行Java bytecode，就如其他執(zhí)行模式般，當(dāng)呼叫一些無法支援bytecodes的特殊軟件時，能提供某些bytecodes的加速執(zhí)行。它能在現(xiàn)存的ARM與Thumb模式之間互相執(zhí)行。
首顆具備Jazelle技術(shù)的處理器是ARM926EJ-S：Jazelle以一個英文字母'J'標示于CPU名稱中。它用來讓手機制造商能夠加速執(zhí)行Java ME的游戲和應(yīng)用程式，也因此促使了這項技術(shù)不斷地開發(fā)。
Thumb-2
Thumb-2技術(shù)首見于ARM1156 核心，并于2003年發(fā)表。Thumb-2 擴充了受限的 16-bit Thumb指令集，以額外的 32-bit 指令讓指令集的使用更廣泛。因此 Thumb-2 的預(yù)期目標是要達到近乎 Thumb 的編碼密度，但能表現(xiàn)出近乎 ARM 指令集在 32-bit 內(nèi)存下的效能。
Thumb-2也從 ARM 和 Thumb 指令集中派生出多種指令，包含位欄（bit-field）操作、分支建表（table branches），和條件執(zhí)行等功能。
Thumb Execution Environment (ThumbEE)
ThumbEE，也就是所謂的Thumb-2EE，，業(yè)界稱為Jazelle RCT技術(shù)，于2005年發(fā)表，首見于Cortex-A8處理器。ThumbEE 提供從 Thumb-2 而來的一些擴充性，在所處的執(zhí)行環(huán)境 Environment）下，使得指令集能特別適用于執(zhí)行階段（Runtime）的編碼產(chǎn)生（例如即時編譯）。Thumb-2EE 是專為一些語言如Limbo、Java、C#、Perl和Python，并能讓即時編譯器能夠輸出更小的編譯碼卻不會影響到效能。
ThumbEE 所提供的新功能，包括在每次存取指令時自動檢查是否有無效指標，以及一種可以執(zhí)行陣列范圍檢查的指令，并能夠分支到分類器（handlers），其包含一小部份經(jīng)常呼叫的編碼，通常用于高階語言功能的實作，例如對一個新物件做內(nèi)存配置。
進階 SIMD (NEON)
進階 SIMD 延伸集，業(yè)界稱為NEON Multiple Data 單指令多重數(shù)據(jù)）指令集，其針對多媒體和訊號處理程式具備標準化加速的能力。NEON 可以在 10 MHz 的 CPU 上執(zhí)行 MP3 音效解碼，且可以執(zhí)行 13 MHz 頻率以下的GSMAMR (Adaptive Multi-Rate) 語音編碼。NEON具有一組廣泛的指令集、各自的寄存器陣列，以及獨立執(zhí)行的硬件。NEON 支援 8-, 16-, 32- 和 64-bit 的整數(shù)及單精度浮點數(shù)據(jù)，并以SIMD的方式運算，執(zhí)行圖形和游戲處理中關(guān)于語音/視訊的部分。SIMD 在 向量超級處理機 中是個決定性的要素，它具備同時多項處理功能。在 NEON 技術(shù)中，SIMD 最高可支援到同時 16 個運算。
VFP
VFP是在協(xié)同處理器針對ARM架構(gòu)的衍生技術(shù)。它提供低成本的單精度和倍精度浮點運算能力，并完全相容于ANSI/IEEE Std 754-1985 二進制浮點算數(shù)標準。VFP 提供大多數(shù)適用于浮點運算的應(yīng)用，例如PDA、智慧手機、語音壓縮與解壓、3D圖像以及數(shù)位音效、打印機、機上盒，和汽車應(yīng)用等。VFP 架構(gòu)也支援SIMD（單指令多重數(shù)據(jù)）平行化的短向量指令執(zhí)行。這在圖像和訊號處理等應(yīng)用上，非常有助于降低編碼大小并增加輸出效率。
在ARM-based處理器中，其他可見的浮點、或 SIMD 的協(xié)同處理器還包括了 FPA, FPE, iwMMXt。他們提供類似 VFP 的功能但在opcode層面上來說并不具有相容性。
安全性擴充 (TrustZone)
TrustZone(TM) 技術(shù)出現(xiàn)在 ARMv6KZ 以及較晚期的應(yīng)用核心架構(gòu)中。它提供了一種低成本的方案，針對系統(tǒng)單芯片（SoC）內(nèi)加入專屬的安全核心，由硬件建構(gòu)的存取控制方式支援兩顆虛擬的處理器。這個方式可使得應(yīng)用程式核心能夠在兩個狀態(tài)之間切換（通常改稱為領(lǐng)域（worlds）以避免和其他功能領(lǐng)域的名稱混淆），在此架構(gòu)下可以避免資訊從較可信的核心領(lǐng)域泄漏至較不安全的領(lǐng)域。這種內(nèi)核領(lǐng)域之間的切換通常是與處理器其他功能完全無關(guān)聯(lián)性（orthogonal），因此各個領(lǐng)域可以各自獨立運作但卻仍能使用同一顆內(nèi)核。內(nèi)存和周邊裝置也可因此得知內(nèi)核運作的領(lǐng)域為何，并能針對這個方式來提供對裝置的機密和編碼進行存取控制。典型的 TrustZone 技術(shù)應(yīng)用是要能在一個缺乏安全性的環(huán)境下完整地執(zhí)行操作系統(tǒng)，并在可信的環(huán)境下能有更少的安全性的編碼。
定義 1
特點 1
體系結(jié)構(gòu) 1
指令體系 1
寄存器結(jié)構(gòu) 2
指令結(jié)構(gòu) 2
主要模式 3
歷史發(fā)展 3
市場前景 4
系列產(chǎn)品 5
設(shè)計文件 6
ARM處理器
定義
ARM的Jazelle技術(shù)使Java加速得到比基于軟件的Java虛擬機(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指令集提供增強的16位和32位算術(shù)運算能力，提高了性能和靈活性。ARM還提供兩個前沿特性來輔助帶深嵌入處理器的高集成SoC器件的調(diào)試，它們是嵌入式ICE-RT邏輯和嵌入式跟蹤宏核(ETMS)系列。ARM處理器是英國Acorn有限公司設(shè)計的低功耗成本的第一款RISC微處理器。全稱為Advanced RISC Machine。ARM處理器本身是32位設(shè)計，但也配備16位指令集，一般來講比等價32位代碼節(jié)省達35%，卻能保留32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢。
特點
ARM處理器的三大特點是：耗電少功能強、16位/32位雙指令集和合作伙伴眾多。1、體積小、低功耗、低成本、高性能；
2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
3、大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；
4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；
5、尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；
6、指令長度固定。
體系結(jié)構(gòu)
指令體系
1 CISC（Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令集計算機）在CISC指令集的各種指令中，大約有20%的指令會被反復(fù)使用，占整個程序代碼的80%。而余下的指令卻不經(jīng)常使用，在程序設(shè)計中只占20%。
2 RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機）
RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻最高的簡單指令，避免復(fù)雜指令；將指令長度固定，指令格式和尋址方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等
RISC體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點：
1 采用固定長度的指令格式，指令歸整、簡單、基本尋址方式有2～3種。
2 使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。
3 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進行操作，只有加載/存儲指令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率。
除此以外，ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗：
4 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，從而提高指令的執(zhí)行效率。
5 可用加載/存儲指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。
6 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。
7 在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運行效率。
寄存器結(jié)構(gòu)
ARM處理器共有37個寄存器，被分為若干個組（BANK），這些寄存器包括：1 31個通用寄存器，包括程序計數(shù)器（PC指針），均為32位的寄存器。
2 6個狀態(tài)寄存器，用以標識CPU的工作狀態(tài)及程序的運行狀態(tài)，均為32位，只使用了其中的一部分。
指令結(jié)構(gòu)
ARM微處理器的在較新的體系結(jié)構(gòu)中支持兩種指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令為32位的長度，Thumb指令為16位長度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價的ARM代碼相比較，可節(jié)省30%～40%以上的存儲空間，同時具備32位代碼的所有優(yōu)點。體系結(jié)構(gòu)擴充
當(dāng)前ARM體系結(jié)構(gòu)的擴充包括：
·Thumb 16位指令集，為了改善代碼密度；
·DSP DSP應(yīng)用的算術(shù)運算指令集；
·Jazeller 允許直接執(zhí)行Java字節(jié)碼。
ARM處理器系列提供的解決方案有：
·無線、消費類電子和圖像應(yīng)用的開放平臺；
·存儲、自動化、工業(yè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的嵌入式實時系統(tǒng)；
·智能卡和SIM卡的安全應(yīng)用。
主要模式
處理器工作模式說明用戶模式
(usr) ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài)
系統(tǒng)模式
(sys) 運行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)
快中斷模式
(fiq) 支持高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理
管理模式
(svc) 操作系統(tǒng)保護模式
數(shù)據(jù)訪問終止模式
(abt) 用于虛擬存儲器及存儲器保護
中斷模式
(irq) 用于通用的中斷處理
未定義指令終止模式(und) 支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真
除用戶模式外，其余6種模式稱為非用戶模式或特權(quán)模式；用戶模式和系統(tǒng)模式之外的5種模式稱為異常模式。ARM處理器的運行模式可以通過軟件改變，也可以通過外部中斷或異常處理改變。
歷史發(fā)展
1978年12月5日，物理學(xué)家赫爾曼·豪澤（Hermann Hauser）和工程師Chris Curry，在英國劍橋創(chuàng)辦了CPU公司（Cambridge Processing Unit），主要業(yè)務(wù)是為當(dāng)?shù)厥袌龉?yīng)電子設(shè)備。1979年，CPU公司改名為Acorn公司。起初，Acorn公司打算使用摩托羅拉公司的16位芯片，但是發(fā)現(xiàn)這種芯片太慢也太貴。"一臺售價500英鎊的機器，不可能使用價格100英鎊的CPU！"他們轉(zhuǎn)而向Intel公司索要80286芯片的設(shè)計資料，但是遭到拒絕，于是被迫自行研發(fā)。
Roger Wilson和Steve Furber
Roger Wilson和Steve Furber
1985年，Roger Wilson和Steve Furber設(shè)計了他們自己的第一代32位、6M Hz的處理器，用它做出了一臺RISC指令集的計算機，簡稱ARM（Acorn RISC Machine）。這就是ARM這個名字的由來。
RISC的全稱是"精簡指令集計算機"（reduced instruction set computer），它支持的指令比較簡單，所以功耗小、價格便宜，特別適合移動設(shè)備。早期使用ARM芯片的典型設(shè)備，就是蘋果公司的牛頓PDA。
20世紀80年代后期，ARM很快開發(fā)成Acorn的臺式機產(chǎn)品，形成英國的計算機教育基礎(chǔ)。
1990年11月27日，Acorn公司正式改組為ARM計算機公司。蘋果公司出資150萬英鎊，芯片廠商VLSI出資25萬英鎊，Acorn本身則以150萬英鎊的知識產(chǎn)權(quán)和12名工程師入股。公司的辦公地點非常簡陋，就是一個谷倉。20世紀90年代，ARM 32位嵌入式RISC(Reduced lnstruction Set Computer)處理器擴展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。ARM公司既不生產(chǎn)芯片也不銷售芯片，它只出售芯片技術(shù)授權(quán)。
市場前景
arm處理器arm處理器
微軟公司（2011年）宣布，下一版Windows將正式支持ARM處理器。這是計算機工業(yè)發(fā)展歷史上的一件大事，標識著x86處理器的主導(dǎo)地位發(fā)生動搖。在移動設(shè)備市場，ARM處理器的市場份額超過90%；在服務(wù)器市場，2011年就會有2.5GHz的服務(wù)器上市；在桌面電腦市場，又有了微軟的支持。ARM成為主流，恐怕指日可待。難怪有人驚呼，Intel公司將被擊??！ARM微處理器核技術(shù)廣泛應(yīng)用于便攜式通信產(chǎn)品、手持運算、多媒體和嵌入式解決方案等領(lǐng)域，已成為RISC的標準。
與這場轟轟烈烈的變革相比，它的主角ARM公司卻沒有受到太多的關(guān)注，顯得不太起眼。這家遠離硅谷、位于劍橋大學(xué)的英國公司，到底是怎么走到今天的，居然能將芯片巨人Intel拉下馬？
展望未來，即使Intel成功地實施了Atom戰(zhàn)略，將x86芯片的功耗和價格大大降低，它與ARM競爭也將非常吃力。因為ARM的商業(yè)模式是開放的，任何廠商都可以購買授權(quán)，所以未來并不是Intel vs. ARM，而是Intel vs. 世界上所有其他半導(dǎo)體公司。那樣的話，Intel的勝算能有多少呢？
2012年10月29日AMD做出了一個震驚業(yè)界的宣布：AMD將會設(shè)計基于64-bit ARM架構(gòu)的處理器，首先從云和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器領(lǐng)域開始。AMD、ARM在服務(wù)器領(lǐng)域的合作已經(jīng)得到了戴爾、惠普兩大服務(wù)器廠商，以及服務(wù)器系統(tǒng)廠商RedHat的鼎力支持，新的生態(tài)系統(tǒng)已具雛形，AMD能否借此東山再起？[2]
AMD的首批ARM處理器于2014年問世，仍將披掛Opteron皓龍品牌。這種64位的多核心SoC會針對數(shù)據(jù)中心中份額最大的密集型高能效服務(wù)器進行優(yōu)化，提供現(xiàn)代計算體驗，并整合收購而來的SeaMicro Freedom超級計算光纖互聯(lián)技術(shù)。
系列產(chǎn)品
ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列SecurCore系列 Intel的StrongARM ARM11系列 Intel的Xscale
其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。SecurCore系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計。
Axxia 4500通信處理器基于采用28納米工藝的ARM 4核Cortex-A15處理器，并搭載ARM全新CoreLink CCN-504高速緩存一致性互連技術(shù)，實現(xiàn)安全低功耗和最佳性能。
ARM公司在經(jīng)典處理器ARM11以后的產(chǎn)品改用Cortex命名，并分成A、R和M三類，旨在為各種不同的市場提供服務(wù)。
新款A(yù)RMv8架構(gòu)ARMCortex-A50處理器系列產(chǎn)品，進一步擴大ARM在高性能與低功耗領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。該系列率先推出的是Cortex-A53與Cortex-A57處理器以及最新節(jié)能64位處理技術(shù)與現(xiàn)有32位處理技術(shù)的擴展升級。該處理器系列的可擴展性使ARM的合作伙伴能夠針對智能手機、高性能服務(wù)器等各類不同市場需求開發(fā)系統(tǒng)級芯片（SoC）[3]。
ARMCortex-A50處理器系列:
提供Cortex-A57與Cortex-A53兩款處理器，可選配密碼編譯加速器，為驗證軟件提高10倍的運行速度與ARMMali圖形處理器系列互用，適用于圖形處理器計算應(yīng)用具有AMBA系統(tǒng)一致性，與CCI-400、CCN-504等ARMCoreLink緩存一致性結(jié)構(gòu)組件達成多核心緩存一致性。
ARMCortex-A57處理器:
最先進、單線程性能最高的ARM應(yīng)用處理器能提升，以滿足供智能手機從內(nèi)容消費設(shè)備轉(zhuǎn)型為內(nèi)容生產(chǎn)設(shè)備的需求，并在相同功耗下實現(xiàn)最高可達現(xiàn)有超級手機三倍的性能計算能力可相當(dāng)于傳統(tǒng)PC，但僅需移動設(shè)備的功耗成本即可運行，無論企業(yè)用戶或普通消費者均可享受低成本與低耗能針對高性能企業(yè)應(yīng)用提高了產(chǎn)品可靠度與可擴展性。
ARMCortex-A53處理器:
史上效率最高的ARM應(yīng)用處理器，使用體驗相當(dāng)于當(dāng)前的超級手機，但功耗僅需其四分之一結(jié)合可靠性特點，可擴展數(shù)據(jù)平面（dataplane）應(yīng)用可將每毫瓦及每平方毫米性能發(fā)揮到極致針對個別線程計算應(yīng)用程序進行了傳輸處理優(yōu)化Cortex-A53處理器結(jié)合Cortex-A57及ARM的big.LITTLE處理技術(shù)，能使平臺擁有最大的性能范圍，同時大幅減少功耗[3]。
設(shè)計文件
設(shè)計文件講求精簡又快速的設(shè)計方式，整體電路化卻又不采用微碼，就像早期使用在Acorn微電腦的8位6502處理器。ARM架構(gòu)包含了下述RISC特性：
讀取/儲存 架構(gòu)不支援地址不對齊內(nèi)存存取（ARMv6內(nèi)核現(xiàn)已支援）正交指令集（任意存取指令可以任意的尋址方式存取數(shù)據(jù)Orthogonal instruction set）大量的16 × 32-bit 寄存器陣列（register file）固定的32 bits操作碼（opcode）長度，降低編碼數(shù)量所產(chǎn)生的耗費，減輕解碼和流水線化的負擔(dān)。大多均為一個CPU周期執(zhí)行。為了補強這種簡單的設(shè)計方式，相較于同時期的處理器如Intel 80286和Motorola 68020，還多加了一些特殊設(shè)計：
大部分指令可以條件式地執(zhí)行，降低在分支時產(chǎn)生的負重，彌補分支預(yù)測器（branch predictor）的不足。算數(shù)指令只會在要求時更改條件編碼（condition code）32-bit筒型位移器（barrel shifter）可用來執(zhí)行大部分的算數(shù)指令和尋址計算而不會損失效能強大的索引尋址模式（addressing mode）精簡但快速的雙優(yōu)先級中斷子系統(tǒng)，具有可切換的暫存器組有個附加在ARM設(shè)計中好玩的東西，就是使用一個4-bit條件編碼在每個指令前頭，表示每支指令的執(zhí)行是否為有條件式的
這大大的減低了在內(nèi)存存取指令時用到的編碼位，換句話說，它避免在對小型敘述如if做分支指令。有個標準的范例引用歐幾里德的最大公因子算法：
在C編程語言中，循環(huán)為：
int gcd (int i, int j)
{
while (i != j) if (i > j) i -= j; else j -= i; return i;
}
在ARM匯編語言中，循環(huán)為：
loop CMP Ri, Rj ;
設(shè)定條件為 "NE"(不等於) if (i != j) ; "GT"(大于) if (i > j), ; or "LT"(小于) if (i < j) SUBGT Ri, Ri, Rj ; 若 "GT"(大于), i = i-j; SUBLT Rj, Rj, Ri ; 若 "LT"(小于), j = j-i; BNE loop ; 若 "NE"(不等于)，則繼續(xù)回圈這避開了then和else子句之間的分支。
另一項指令集的特色是，能將位移（shift）和回轉(zhuǎn)（rotate）等功能并成"資料處理"型的指令（算數(shù)、邏輯、和暫存器之間的搬移），因此舉例來說，一個C語言的敘述
a += (j << 2);在ARM之下，可簡化成只需一個word和一個cycle即可完成的指令
ADD Ra, Ra, Rj, LSL #2這結(jié)果可讓一般的ARM程式變得更加緊密，而不需經(jīng)常使用內(nèi)存存取，流水線也可以更有效地使用。即使在ARM以一般認定為慢速的速度下執(zhí)行，與更復(fù)雜的CPU設(shè)計相比它仍能執(zhí)行得不錯。
ARM處理器還有一些在其他RISC的架構(gòu)所不常見到的特色，例如PC-相對尋址（的確在ARM上PC為16個暫存器的其中一個）以及 前遞加或后遞加的尋址模式。
另外一些注意事項是 ARM 處理器會隨著時間，不斷地增加它的指令集。某些早期的 ARM 處理器（比ARM7TDMI更早），譬如可能并未具備指令可以讀取兩 Bytes 的數(shù)量，因此，嚴格來講，對這些處理器產(chǎn)生程式碼時，就不可能處理如 C 語言物件中使用 "volatile short" 的資料型態(tài)。
ARM7 和大多數(shù)較早的設(shè)計具備三階段的流水線化（Pipeline）：提取指令、解碼，并執(zhí)行。較高效能的設(shè)計，如 ARM9，則有五階段的流水線化。提高效能的額外方式，包含一顆較快的加法器，和更廣的分支預(yù)測邏輯線路。
這個架構(gòu)使用“協(xié)處理器”提供一種非侵入式的方法來延伸指令集，可透過軟件下 MCR、MRC、MRRC和MCRR 等指令來對協(xié)處理器尋址。協(xié)處理器空間邏輯上通常分成16個協(xié)處理器，編號分別從 0 至 15 ，而第15號協(xié)處理器（CP15）是保留用作某些常用的控制功能，像是使用高速緩存和記憶管理單元運算（若包含于處理器時）。
在 ARM 架構(gòu)的機器中，周邊裝置連接處理器的方式，通常透過將裝置的實體暫存器對應(yīng)到 ARM 的內(nèi)存空間、協(xié)處理器空間，或是連接到另外依序接上處理器的裝置（如總線）。協(xié)處理器的存取延遲較低，所以有些周邊裝置（例如XScale中斷控制器）會設(shè)計成可透過不同方式存?。ㄍ高^內(nèi)存和協(xié)處理器）。
Thumb
較新的ARM處理器有一種16-bit指令模式，叫做Thumb，也許跟每個條件式執(zhí)行指令均耗用4位的情形有關(guān)。在Thumb模式下，較小的opcode有更少的功能性。例如，只有分支可以是條件式的，且許多opcode無法存取所有CPU的暫存器。然而，較短的opcode提供整體更佳的編碼密度（注：意指程式碼在內(nèi)存中占的空間），即使有些運算需要更多的指令。特別在內(nèi)存埠或總線寬度限制在32 以下的情形時，更短的Thumb opcode能更有效地使用有限的內(nèi)存帶寬，因而提供比32位程式碼更佳的效能。典型的嵌入式硬件僅具有較小的32-bit datapath尋址范圍以及其他更窄的16 bits尋址（例如Game Boy Advance）。在這種情形下，通常可行的方案是編譯成 Thumb 程式碼，并自行最佳化一些使用（非Thumb）32位指令集的CPU相關(guān)程式區(qū)，因而能將它們置入受限的32-bit總線寬度的內(nèi)存中。
首顆具備 Thumb 技術(shù)的處理器是 ARM7TDMI。所有 ARM9 和后來的家族，包括XScale都納入了 Thumb 技術(shù)。
Jazelle
ARM 還開發(fā)出一項技術(shù)，Jazelle DBX (Direct Bytecode eXecution)，允許它們在某些架構(gòu)的硬件上加速執(zhí)行Java bytecode，就如其他執(zhí)行模式般，當(dāng)呼叫一些無法支援bytecodes的特殊軟件時，能提供某些bytecodes的加速執(zhí)行。它能在現(xiàn)存的ARM與Thumb模式之間互相執(zhí)行。
首顆具備Jazelle技術(shù)的處理器是ARM926EJ-S：Jazelle以一個英文字母'J'標示于CPU名稱中。它用來讓手機制造商能夠加速執(zhí)行Java ME的游戲和應(yīng)用程式，也因此促使了這項技術(shù)不斷地開發(fā)。
Thumb-2
Thumb-2技術(shù)首見于ARM1156 核心，并于2003年發(fā)表。Thumb-2 擴充了受限的 16-bit Thumb指令集，以額外的 32-bit 指令讓指令集的使用更廣泛。因此 Thumb-2 的預(yù)期目標是要達到近乎 Thumb 的編碼密度，但能表現(xiàn)出近乎 ARM 指令集在 32-bit 內(nèi)存下的效能。
Thumb-2也從 ARM 和 Thumb 指令集中派生出多種指令，包含位欄（bit-field）操作、分支建表（table branches），和條件執(zhí)行等功能。
Thumb Execution Environment (ThumbEE)
ThumbEE，也就是所謂的Thumb-2EE，，業(yè)界稱為Jazelle RCT技術(shù)，于2005年發(fā)表，首見于Cortex-A8處理器。ThumbEE 提供從 Thumb-2 而來的一些擴充性，在所處的執(zhí)行環(huán)境 Environment）下，使得指令集能特別適用于執(zhí)行階段（Runtime）的編碼產(chǎn)生（例如即時編譯）。Thumb-2EE 是專為一些語言如Limbo、Java、C#、Perl和Python，并能讓即時編譯器能夠輸出更小的編譯碼卻不會影響到效能。
ThumbEE 所提供的新功能，包括在每次存取指令時自動檢查是否有無效指標，以及一種可以執(zhí)行陣列范圍檢查的指令，并能夠分支到分類器（handlers），其包含一小部份經(jīng)常呼叫的編碼，通常用于高階語言功能的實作，例如對一個新物件做內(nèi)存配置。
進階 SIMD (NEON)
進階 SIMD 延伸集，業(yè)界稱為NEON Multiple Data 單指令多重數(shù)據(jù)）指令集，其針對多媒體和訊號處理程式具備標準化加速的能力。NEON 可以在 10 MHz 的 CPU 上執(zhí)行 MP3 音效解碼，且可以執(zhí)行 13 MHz 頻率以下的GSMAMR (Adaptive Multi-Rate) 語音編碼。NEON具有一組廣泛的指令集、各自的寄存器陣列，以及獨立執(zhí)行的硬件。NEON 支援 8-, 16-, 32- 和 64-bit 的整數(shù)及單精度浮點數(shù)據(jù)，并以SIMD的方式運算，執(zhí)行圖形和游戲處理中關(guān)于語音/視訊的部分。SIMD 在 向量超級處理機 中是個決定性的要素，它具備同時多項處理功能。在 NEON 技術(shù)中，SIMD 最高可支援到同時 16 個運算。
VFP
VFP是在協(xié)同處理器針對ARM架構(gòu)的衍生技術(shù)。它提供低成本的單精度和倍精度浮點運算能力，并完全相容于ANSI/IEEE Std 754-1985 二進制浮點算數(shù)標準。VFP 提供大多數(shù)適用于浮點運算的應(yīng)用，例如PDA、智慧手機、語音壓縮與解壓、3D圖像以及數(shù)位音效、打印機、機上盒，和汽車應(yīng)用等。VFP 架構(gòu)也支援SIMD（單指令多重數(shù)據(jù)）平行化的短向量指令執(zhí)行。這在圖像和訊號處理等應(yīng)用上，非常有助于降低編碼大小并增加輸出效率。
在ARM-based處理器中，其他可見的浮點、或 SIMD 的協(xié)同處理器還包括了 FPA, FPE, iwMMXt。他們提供類似 VFP 的功能但在opcode層面上來說并不具有相容性。
安全性擴充 (TrustZone)
TrustZone(TM) 技術(shù)出現(xiàn)在 ARMv6KZ 以及較晚期的應(yīng)用核心架構(gòu)中。它提供了一種低成本的方案，針對系統(tǒng)單芯片（SoC）內(nèi)加入專屬的安全核心，由硬件建構(gòu)的存取控制方式支援兩顆虛擬的處理器。這個方式可使得應(yīng)用程式核心能夠在兩個狀態(tài)之間切換（通常改稱為領(lǐng)域（worlds）以避免和其他功能領(lǐng)域的名稱混淆），在此架構(gòu)下可以避免資訊從較可信的核心領(lǐng)域泄漏至較不安全的領(lǐng)域。這種內(nèi)核領(lǐng)域之間的切換通常是與處理器其他功能完全無關(guān)聯(lián)性（orthogonal），因此各個領(lǐng)域可以各自獨立運作但卻仍能使用同一顆內(nèi)核。內(nèi)存和周邊裝置也可因此得知內(nèi)核運作的領(lǐng)域為何，并能針對這個方式來提供對裝置的機密和編碼進行存取控制。典型的 TrustZone 技術(shù)應(yīng)用是要能在一個缺乏安全性的環(huán)境下完整地執(zhí)行操作系統(tǒng)，并在可信的環(huán)境下能有更少的安全性的編碼。
鄂公網(wǎng)安備 42018502002263號