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1. 冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构
答:冯·诺依曼结构的计算机由CPU和存储器构成,其程序和数据共用一个存储空间,程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置;采用单一的地址及数据总线,程序指令和数据的宽度相同。程序计数器(PC)是CPU内部指示指令和数据的存储位置的寄存器。
冯.诺依曼结构的CPU和微控制器品种有很多,例如Intel公司的8086系列及其他CPU,ARM公司的ARM7、MIPS公司的MIPS处理器等
哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中,即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器,每个存储器独立编址、独立访问。系统中具有程序的数据总线与地址总线,数据的数据总线与地址总线。这种分离的程序总线和数据总线可允许在一个机器周期内同时获取指令字(来自程序存储器)和操作数(来自数据存储器),从而提高执行速度,提高数据的吞吐率。又由于程序和数据存储器在两个分开的物理空间中,因此取指和执行能完全重叠,具有较高的执行效率。
哈佛结构的CPU和微控制器品种有很多,除DSP处理器外,还有摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和ARM公司的ARM9、ARM10和ARM11等。
2. CISC和RISC
类别 CISC RISC 指令系统 指令数量很多 较少,通常少于100 执行时间 有些指令执行时间很长,如整块的存储器内容拷贝;或将多个寄存器的内容拷贝到存贮器 没有较长执行时间的指令 编码长度 编码长度可变,1-15字节 编码长度固定,通常为4个字节 寻址方式 寻址方式多样 简单寻址 操作 可以对存储器和寄存器进行算术和逻辑操作 只能对寄存器对行算术和逻辑操作,Load/Store体系结构 编译 难以用优化编译器生成高效的目标代码程序 采用优化编译技术,生成高效的目标代码程序 3. ARM状态各模式下的寄存器
1.所有的37个寄存器,分成两大类:
①31个通用32位寄存器:包括程序计数器(PC指针),均为32位的寄存器。
②6个状态寄存器:用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态,均为32位,目前只使用了其中的一部分。
寄存器R13常作为堆栈指针(SP)。
R14为链接寄存器(LR)。
寄存器R15为程序计数器(PC)。
2、R0~R7为未分组的寄存器,也就是说对于任何处理器模式,这些寄存器都对应于相同的32位物理寄存器。
3、寄存器R8~R14为分组寄存器。它们所对应的物理寄存器取决于当前的处理器模式,几乎所有允许使用通用寄存器的指令都允许使用分组寄存器
4、寄存器R8~R12有两个分组的物理寄存器。一个用于除FIQ模式之外的所有寄存器模式,另一个用于FIQ模式。这样在发生FIQ中断后,可以加速FIQ的处理速度
5、寄存器R13、R14分别有6个分组的物理寄存器。一个用于用户和系统模式,其余5个分别用于5种异常模式。
三、处理器工作模式
1、ARM处理器有7种工作模式:用户 (usr)、系统 (sys)、快中断(fiq)、中断 (irq)、管理 (svc)、中止 (abt)、未定义 (und)
正常模式:用户(USR)、系统(SYS)。其他都是异常模式
系统(复位)和软件中断响应时进入(管理)模式
2、除用户模式外,其它模式均为特权模式。ARM内部全部系统资源和一些片内外设在硬件设计上只允许(或者可选为只允许)特权模式下访问。
3、此外,特权模式可以自由的切换处理器模式,而用户模式不能直接切换到别的模式。
四、ARM异常处理
当异常产生时, ARM 核:
拷贝 CPSR 到 SPSR_mode
设置适当的 CPSR 位:
改变处理器状态进入 ARM 态
改变处理器模式进入相应的异常模式
设置中断禁止位禁止相应中断 (如需要)
保存返回地址到 LR_mode
设置 PC 为相应的异常向量地址
返回时, 异常处理程序需要:
从 SPSR_mode恢复CPSR
从LR_mode恢复PC
注意:这些操作只能在 ARM 态执行.
五、ARM指令集
1、ARM寻址方式:掌握ARM微处理器9种寻址方式的特点。
1.寄存器寻址
操作数的值在寄存器中,指令中的地址码字段给出的是寄存器编号,寄存器的内容是操作数,指令执行时直接取出寄存器值操作。 例如指令:
MOV R1,R2 ;R1←R2
SUB R0,R1,R2 ;R0←R1- R2
2.立即寻址
在立即寻址指令中数据就包含在指令当中,立即寻址指令的操作码字段后面的地址码部分就是操作数本身,取出指令也就取出了可以立即使用的操作数(也称为立即数)。立即数要以“#
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