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2020年08月27日 | 關于ARM架構與x86的概述以及應用的全面解析

發布者:溫柔之風 來源: elecfans關鍵字:ARM架構  x86  指令集 手機看文章 掃描二維碼
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x86概述

X86是由Intel推出的一種復雜指令集,用于控制芯片的運行的程序,現在X86已經廣泛運用到了家用PC(機箱+xx主板+xx電源+xx處理器+(光驅選裝)的領域。


x86架構于1978年推出的Intel 8086中央處理器中首度出現,它是從Intel 8008處理器中發展而來的,而8008則是發展自Intel 4004的。8086在三年后為IBM PC所選用,之后x86便成為了個人計算機的標準平臺,成為了歷來最成功的CPU架構。


x86架構是重要地可變指令長度的CISC(復雜指令集計算機,Complex InstrucTIon Set Computer)。字組(word, 4字節)長度的存儲器訪問允許不對齊存儲器地址,字組是以低位字節在前的順序儲存在存儲器中。向前兼容性一直都是在x86架構的發展背后一股驅動力量(設計的需要決定了這項因素而常常導致批評,尤其是來自對手處理器的擁護者和理論界,他們對于一個被廣泛認為是是落后設計的架構的持續成功感到不解)。但在較新的微架構中,x86處理器會把x86指令轉換為更像RISC的微指令再予執行,從而獲得可與RISC比擬的超標量性能,而仍然保持向前兼容。x86架構的處理器一共有四種執行模式,分別是真實模式,保護模式,系統管理模式以及虛擬V86模式。


ARM架構

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、指令流水線和數據/地址寄存器組成。

關于ARM架構與x86的概述以及應用的全面解析

  1. ALU:它有兩個操作數鎖存器、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”的方法來實現乘法。ARM為了提高運算速度,則采用兩位乘法的方法,根據乘數的2位來實現“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處理方式與ARM相連,并通過協處理指令的解釋來執行。


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資源,也可以任意地進行處理器模式的切換。其中,除系統模式外,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保護的系統資源,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控制整個系統的資源。


當應用程序發生異常中斷時,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)不被破壞。


系統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。但是系統模式屬于特權模式,可以訪問所有的系統資源,也可以直接進行處理器模式的切換。它主要供操作系統任務使用。通常操作系統的任務需要訪問所有的系統資源,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生時任務狀態不被破壞。

關鍵字:ARM架構  x86  指令集 引用地址:關于ARM架構與x86的概述以及應用的全面解析

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