【ARM】ARM体系与计算机组成——第一篇
目录
前言
一、计算机组成
1.1、存储器种类
1.2、CPU
1.3、存储器和CPU之间的关系
1.4、CPU执行指令过程
1.5、计算机架构
1.6、冯洛伊曼架构功能
2、ARM体系结构
2.1、ARM是什么？
2.2、ARM内核
2..3、CPU如何运行程序？
2.4、ARM系列产品
2.5、ARM架构工作模式
2.5.1、特权、非特权和异常模式
前言
在ARM学习之路中，我们需要掌握C语言，C语言是语言中的基石，在ARM学习中会用到C语言的知识。在学习ARM的过程中会显得困难，需要一步步夯实，为了今后的工作，学习之路不可懈怠，希望与大家一起在ARM学习之路上越来越顺利。
以下是学习整理的资料，与君共勉！
一、计算机组成
计算器主要组成：输入设备、输出设备、存储设备、运算器和控制器。
计算机=软件+硬件
- 输入设备：将计算机能够识别的信号，也就是程序和数据存储到计算机中（设备：键盘、鼠标）
- 输出设备：把计算机处理的结果以人能理解的方式传输出去（设备：显示器、喇叭）
- 存储器：用以存储程序和数据，内有代码段和数据段这样的进程数据（设备：硬盘）
1.1、存储器种类
Cache：为高速缓冲存储器，CPU可以直接访问，用以存放当前正在执行的程序的活跃部分。
RAM（内存）：为主存储器，CPU可以直接访问，用以存储当前正在执行的程序。
ROM（硬盘）：为辅助存储器，CPU不可以直接访问，用以存储当前不参与执行的程序和数据，需要时再送入主存储器。
1.2、CPU
CPU中可分为运算器（运算单元）和控制器。
- 运算器的作用：是进行算数运算（加减乘除）和逻辑运算（位移、逻辑关系），也就是算数逻辑单元（ALU），其中包括寄存器（累加寄存器、暂停器），运算器是由控制器进行控制执行。
- 控制器作用：是用于控制CPU进行操作，以控制其他基本部件，是CPU的命令中心。通过程序计数器（指令计数器）寻找存储器数据地址，然后将数据存储到指令寄存器进行存储，再通过指令译码器解析指令内容，最后由操作控制器进行操作。
1.3、存储器和CPU之间的关系
图解：在控制单元的时钟脉冲下，将指令计数器(程序计数器)所指向的指令地址（在内存中的地址）送到地址总线上，CPU将这个地址的指令读取指令寄存器存储，交给指令译码器解析译码，由操作控制器根据译码结果完成控制。对于执行指令过程中需要用到的数据，会将数据地址送到地址总线，然后由CPU读取数据到CPU的内部存储单元暂存起来，最有由命令运算单元进行加工处理。
1.4、CPU执行指令过程
1、取指令
2、指令译码
3、执行指令
4、修改指令计数器（程序计数器)，执行下一条指令
总线结构：就是将各大基本部件，按照某种特定的方式连接形成主干线，各个部件之间能够进行传输，系统总线包含三种不同功能的总线，有地址总线（Address Bus)、数据总线(Data Bus）和控制总线。
1.5、计算机架构
冯洛伊曼架构（存储数据，顺序执行）：冯洛伊曼架构把数据和指令都统一的存储到存储器中，进行执行。
哈弗架构：数据和程序分开编址
1.6、冯洛伊曼架构功能
1、把需要的程序和数据送入到计算机中
2、必须有能够长期存储程序、数据、中间结果和最终结果的能力
3、能够完成各种运算、完成教据加工处理
4、能够根据程序走向，有指令控制机器各部件协调工作
5、能够处理结果传输给用户
2、ARM体系结构
2.1、ARM是什么？
ARM即可以是一家芯片设计厂商名字（Advance RISC Machine），也代表一类微处理器的通称，也是一种技术名称。
ARM公司设计架构、图纸方案，以授权给其他厂商。
芯片厂商：三星（Samsung）、德州仪器（TI）、意法半导体（ST）、高通等。
芯片代工制造厂商：台积电、中芯国际、三星等。
2.2、ARM内核
ARM体系/ARM架构:由ARM公司设计的ARM内核的结构，内核中的部件如何协调工作，执行程序。即arm内核的设计方式就叫做架构。
ARM内核包括寄存器组、指令集、总线、存储映射规则、中断规则和调试组件等
外设：定时器、iic、uart等，由芯片制造厂商设计与ARM外设衔接。
2..3、CPU如何运行程序？
arm指令集架构
指令集是arm体系结构(处理器结构设计)中最重要的一部分，对于32位处理器CPU，CPU获取到32位的内容，这32位的01代表什么作用，有什么意义，即32位不同的01序列，不同的值代表不同的机器指令(机器要执行什么)，如果再ARM体系架构中有指令集，在CPU内部知道每串01代表什么，CPU硬件能够完美解析并执行指令，如寻址、异常处指令(机器指令)。
ARM指令：由ARM公司针对ARM体系架构设计的指令
RISC----精简指令集，ARM架构使用精简指令集
CISC----复杂指令集
2.4、ARM系列产品
ARMV1、V2--------V7、V8、V9架构。
| 架构 | 处理器 |
|---|---|
| ARMV1 | ARM1 |
| ARMV2 | ARM2、ARM3 |
| ARMV3 | ARM6、ARM600、ARM610、ARM7、ARM700、ARM710 |
| ARMV4 | strongARM、ARM8、ARM810、ARM9 |
| ARMV5 | ARM9E、ARM10E |
| ARMV6 | ARM11 |
| ARMV7（以此开始A、R、M三个系列：Cortex-A (Application)、Cortex-R (Real-time)、Cortex-M、Cortex-SC） | Cortex-A5、Cortex-A7、Cortex-A8、Cortex-A9 |
| ARMV8 | Cortex-A53、Cortex-A73、Cortex-A78 |
Cortex-A(高性能处理器):在智能业务高端运用，如智能手机
Cortex-R(实时性的需求):运用于汽车系统上面
Cortex-M:运用于单片机（微处理器）这样的市场
2.5、ARM架构工作模式
Cortex系列之前：七种工作模式
Cortex系列之后：八种工作模式
（1）用户模式（user）
用户程序的工作模式，运行系统的用户态，不能操作其他硬件资源，只能执行处理自己的数据，也不能切换其他的模式，如需切换其他模式，智能产生中断或其他异常。
（2）系统模式（system）
系统模式为特权模式，不受用户模式限制。使用于同一套寄存器，操作系统可以让用户访问受限资源。
（3）中断模式（IRQ）
用于处理一般的中断请求，硬件产生中断信号后会自动访问硬件资源，进入该模式。
（4） 快速中断模式（FIQ）
用于处理比较紧急的中断请求，在高速数据传输通道中使用。
（5）管理模式（super visor）
一般CPU上电之后自动进入该模式，以完成系统的初始化。软中断也会进入该模式，如果在用户模式下，可以通过软中断进入该模式，请求访问该硬件资源。
（6）未定义模式（underfined）
未定义指令终止。CPU在指令阶段不能识别该指令操作时，就会进入该模式。
（7） 终止模式非法访问(abort)
当用户非法访问内存，没有权限读写内存地址时，会进入该模式.
（8）安全模式（monitor）
为了安全而扩展出的用于执行安全监控代码的模式。
2.5.1、特权、非特权和异常模式
- 非特权模式：用户模式
- 特权模式：系统、一般中断、快速中断、管理、未定义、终止、安全模式
- 异常模式：一般中断、快速中断、管理、未定义、终止、安全模式
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