关于ARM架构与x86的概述以及应用的全面解析

电子发烧友网工程师 发表于 2018-07-02 10:35:00 收藏 已收藏
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关于ARM架构与x86的概述以及应用的全面解析

电子发烧友网工程师 发表于 2018-07-02 10:35:00

x86概述

X86是由Intel推出的一种复杂指令集,用于控制芯片的运行的程序,现在X86已经广泛运用到了家用PC(机箱+xx主板+xx电源+xx处理器+(光驱选装)的领域。

x86架构于1978年推出的Intel 8086中央处理器中首度出现,它是从Intel 8008处理器中发展而来的,而8008则是发展自Intel 4004的。8086在三年后为IBM PC所选用,之后x86便成为了个人计算机的标准平台,成为了历来最成功的CPU架构。

x86架构是重要地可变指令长度的CISC(复杂指令集计算机,Complex InstrucTIon Set Computer)。字组(word, 4字节)长度的存储器访问允许不对齐存储器地址,字组是以低位字节在前的顺序储存在存储器中。向前兼容性一直都是在x86架构的发展背后一股驱动力量(设计的需要决定了这项因素而常常导致批评,尤其是来自对手处理器的拥护者和理论界,他们对于一个被广泛认为是是落后设计的架构的持续成功感到不解)。但在较新的微架构中,x86处理器会把x86指令转换为更像RISC的微指令再予执行,从而获得可与RISC比拟的超标量性能,而仍然保持向前兼容。x86架构的处理器一共有四种执行模式,分别是真实模式,保护模式,系统管理模式以及虚拟V86模式。

ARM架构

下图所示的是ARM构架图。它由32位ALU、若干个32位通用寄存器以及状态寄存器、32&TImes;8位乘法器、32&TImes;32位桶形移位寄存器、指令译码以及控制逻辑、指令流水线和数据/地址寄存器组成。

关于ARM架构与x86的概述以及应用的全面解析

1.ALU:它有两个操作数锁存器、加法器、逻辑功能、结果以及零检测逻辑构成。

2.桶形移位寄存器:ARM采用了32&TImes;32位的桶形移位寄存器,这样可以使在左移/右移n位、环移n位和算术右移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”的方法来实现乘法。ARM为了提高运算速度,则采用两位乘法的方法,根据乘数的2位来实现“加一移位”运算;ARM高速乘法器采用32&TImes;8位的结构,这样,可以降低集成度(其相应芯片面积不到并行乘法器的1/3)。

4.浮点部件:浮点部件是作为选件供ARM构架使用。FPA10浮点加速器是作为协处理方式与ARM相连,并通过协处理指令的解释来执行。

5.控制器:ARM的控制器采用的是硬接线的可编程逻辑阵列PLA。

6.寄存器

除了用户模式之外的其他6种处理器模式称为特权模式(PrivilegedModes)。在这些模式下,程序可以访问所有的系统资源,也可以任意地进行处理器模式的切换。其中,除系统模式外,其他5种特权模式又称为异常模式。

处理器模式可以通过软件控制进行切换,也可以通过外部中断或异常处理过程进行切换。大多数的用户程序运行在用户模式下,这时,应用程序不能够访问一些受操作系统保护的系统资源,应用程序也不能直接进行处理器模式的切换。当需要进行处理器模式的切换时,应用程序可以产生异常处理,在异常处理过程中进行模式的切换。这种体系结构可以使操作系统控制整个系统的资源。

当应用程序发生异常中断时,处理器进入相应的异常模式。在每一种异常模式中都有一组寄存器,供相应的异常处理程序使用,这样就可以保证在进入异常模式时,用户模式下的寄存器(保证了程序运行状态)不被破坏。

系统模式并不是通过异常过程进入的,它和用户模式具有完全一样的寄存器。但是系统模式属于特权模式,可以访问所有的系统资源,也可以直接进行处理器模式的切换。它主要供操作系统任务使用。通常操作系统的任务需要访问所有的系统资源,同时该任务仍然使用用户模式下的寄存器组,而不是使用异常模式下相应的寄存器组,这样可以保证当异常中断发生时任务状态不被破坏。

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