ARM体系结构学习②
一、什么是RISC、CISC？
（一）RISC（Complex Instuction Set Comptuer）复杂指令集架构
1.定义：设计理念强调通过单条指令完成复杂操作，指令长度可变，操作码和寻址模式多样。典型代表包括x86架构（如Intel、AMD处理器）。
2.特点
指令数量庞大，支持高级语言直接映射（如内存到内存操作）。
微码解码机制：复杂指令由内部微程序控制单元分解为微操作。
硬件利用率高，但功耗和设计复杂度显著增加。
3.应用场景
适合通用计算，尤其在代码密度敏感的场景（如早期嵌入式系统）。
向后兼容性强，利于历史软件生态维护
桌面/服务器CPU
（二）（Reduced Instuction Set Comptuer）精简指令集架构
1.定义：通过简化指令集提高执行效率，指令长度固定，采用加载-存储架构。代表架构包括ARM、RISC-V、MIPS。
2.特点
指令数量少（通常不足100条），仅支持基础操作（如算术逻辑运算）。
流水线友好：单周期指令执行，依赖编译器优化复杂操作。
寄存器数量多（通常32个以上），减少内存访问延迟。
3.应用场景
低功耗设计主导移动设备（如智能手机、物联网终端）。
可扩展性强，RISC-V等开源架构推动定制化芯片发展
移动/嵌入式处理器
二、冯·诺伊曼架构和哈弗架构有什么区别？ARM内核属于哪一种？
（一）冯·诺伊曼架构和哈弗架构的区别
1.冯·诺依曼架构：指令和数据没有加以区分，而是把程序看成一种特殊的数据，都通过数据总线进行传输。因此指令读取和数据访问不能同时进行，数据吞吐量低，但总线数量相对较少且管理统一。大多数通用计算机的处理器（Intel X86）和嵌入式系统中的ARM7处理器均为冯·诺伊曼结构。
2.哈弗结构：指令和数据分开存储在不同存储空间，使得指令读取和数据访问可以并行处理，显著提高了系统性能，只不过需要较多的总线。常用于对实时性要求高的嵌入式系统或DSP（数字信号处理器）。
（二）ARM内核属于哪一种
经典ARM7系列（冯·诺依曼结构）
①.如ARM7TDMI使用单一总线访问指令和数据，共享存储器空间。
②.优势是设计简单，但可能存在“冯·诺依曼瓶颈”（指令和数据争抢带宽）。
2.ARM9及以后的改进型哈佛结构
①.ARM9系列引入分离的指令和数据总线（如AMBA AHB总线），但共享同一物理存储器（逻辑分离）。
②.允许CPU同时获取指令和加载数据，提升性能。
3.Cortex系列的混合架构
①.Cortex-M/R/A系列进一步优化：
指令缓存（I-Cache）与数据缓存（D-Cache）物理分离，实现哈佛式并行访问。
②.外部存储器仍可能统一编址（冯·诺依曼特征）。
例如：Cortex-M7采用双总线（I-Bus和D-Bus），支持指令预取与数据加载并发执行
三、ARM-A系列内核中都有什么？
（一）ALU（Arithmrtic Logic Unit）算术逻辑单元
（二）16个通用寄存器，倒数第一：PC、倒数第二：LR、倒数第三：SP
（三）MMU（Memory Management Unit）内存管理单元（裸机关闭）
（四）Cache（高速缓存）
1.date cache：缓存数据（关闭）
2.instruction chche：指令（打开）
（五）CPSR（Current Program Status Register）当前程序状态寄存器:N，溢出标志位
（六）SPSR（Save Program Status Register）备份程序状态寄存器：备份CPSR
四、ARM有几种工作方式？
（一）用户模式（User Mode）
特权级别：非特权模式。
用途：普通应用程序运行的环境，无法直接访问受保护的硬件资源或执行某些特权指令。
特点：安全性高，权限受限。
（二）特权模式
1.系统模式（System Mode）
用途：运行操作系统内核代码，与用户模式共享寄存器组。
特点：权限高，但寄存器组与用户模式一致
2.快速中断模式（FIQ Mode, Fast Interrupt Mode）
用途：处理高速中断请求，如DMA传输或高优先级外设中断。
特点：独立的寄存器组（R8-R14），减少上下文切换开销。
3.普通中断模式（IRQ Mode, Interrupt Mode）
用途：处理普通中断请求。
特点：与FIQ模式相比优先级较低，寄存器组部分独立。
4.管理模式（Supervisor Mode, SVC Mode）
用途：处理器复位或执行软件中断指令（SWI）时进入，通常用于操作系统的内核代码。
特点：默认的异常处理模式。
5.中止模式（Abort Mode）
用途：处理内存访问异常（如缺页或权限错误）。
特点：用于虚拟内存或内存保护机制。
6.未定义模式（Undefined Mode）
用途：处理未定义指令异常。
特点：用于扩展指令集或调试。
（三）监控模式（Monitor Node）
适用架构：ARMv7及更高版本（如支持安全扩展的Cortex-A系列）。
用途：在安全状态（Secure World）和非安全状态（Non-secure World）之间切换。
特点：仅存在于支持TrustZone技术的处理器中。
（四）虚拟化扩展模式（Hyp Mode）
适用架构：ARMv7及更高版本（如支持虚拟化扩展的Cortex-A15）。
用途：运行虚拟机监控程序（Hypervisor），管理虚拟化环境。
特点：提供额外的特权级别（EL2）。
五、什么是异常向量表？
（一）定义：是处理器中用于处理异常和中断的机制，通常由一组预定义的地址组成。每个地址对应特定类型的异常或中断，当事件发生时，处理器会自动跳转到对应的地址执行处理程序。
（二）作用
集中管理异常处理程序：为每种异常分配固定入口地址，简化硬件和操作系统的交互逻辑。
快速响应：通过硬件直接跳转，减少查找处理程序的时间，提高实时性。
标准化设计：不同架构（如ARM、x86）均有类似机制，便于跨平台开发。