ARM体系结构详解：从冯诺伊曼到现代ARM处理器

本文档深入探讨了ARM体系结构，由亚嵌教育成都中心(RE.ER嵌入式学院)提供，该机构以其有思想的培训而知名，网址为<http://www.re-er.com.cn>。内容涵盖了计算机体系结构的基础知识，包括ARM架构的详细介绍。 首先，文档介绍了计算机体系结构的发展历史，从冯诺伊曼之前的总线结构说起，冯诺伊曼提出了单一存储和统一编址的概念，这成为现代计算机体系结构的核心。然而，冯诺伊曼结构存在明显的瓶颈，尤其是在处理输入输出操作时，由于数据传输频繁且数据量大，效率受到限制。为了克服这个问题，哈佛结构被提出，它将指令存储器和数据存储器分开，以提高数据访问速度。在ARM体系结构中，这种哈佛结构得到了进一步优化。 接着，文档详细解释了冯诺伊曼结构和哈佛结构的区别，前者将指令寄存器、控制器、数据通道、输入输出等组件整合在一起，而后者则将指令和数据存储空间分开。通过对比，读者可以理解这两种架构的不同设计思想和优势。 随后，文档聚焦于ARM7和ARM9处理器，作为RISC (Reduced Instruction Set Computing) 架构的代表，它们与CISC (Complex Instruction Set Computing)指令集进行了比较。CISC设计通常包含大量复杂指令以实现功能多样化，但可能导致执行效率降低；相比之下，RISC强调精简指令集，提高执行效率，ARM系列处理器正是RISC理念的典型实例。 文档还涉及了ARM处理器的工作状态、存储器格式、工作模式以及异常处理，这些都是理解ARM体系结构运作的关键部分。处理器的工作状态决定了其处理任务的不同阶段，如用户态和内核态，而存储器格式和工作模式则影响数据的管理和处理器性能。异常处理机制则确保在遇到问题时能及时响应并进行适当的处理。 这篇文档提供了全面的ARM体系结构教程，从基础概念到具体应用，适合嵌入式系统开发者、硬件工程师或对嵌入式技术感兴趣的读者深入学习。通过阅读这份资料，读者将能理解ARM架构如何在冯诺伊曼结构的基础上进行创新，以及如何在实际应用中发挥效能。