11、计算机组织与ARM Cortex - M3 v7M架构入门

计算机组织与ARM Cortex - M3 v7M架构入门

1. 内存

计算机使用二进制位（0和1）来存储数据，为了方便管理，这些位通常被组织成8位的字节。每个字节都有一个唯一的地址，地址是一个二进制数，其位数决定了内存所能容纳的最大字节数。例如，20位地址最多能表示$2^{20}$个不同地址，约为100万个，对应的内存容量常称为1兆字节（MB）。如今的32位处理器有32位地址总线，可寻址4GB（$2^{32}$字节）的内存。

相邻的字节可以组合成16位的半字、32位的字和64位的双字。通常，这些较大操作数的地址由其最低有效字节的地址指定。例如，32位地址为104的16位半字由地址为104和105的两个字节组成。

字节排序有两种方式：小端序（little endian）和大端序（big endian）。英特尔处理器常用小端序，即信息的最低有效字节存储在最低地址；摩托罗拉处理器和互联网传输的数据使用大端序，字节顺序相反。ARM处理器本质上是小端序架构，但也对访问大端序数据提供有限支持。

内存有两种基本操作：读和写。写入数据时，会覆盖该位置的原有内容；读取操作是非破坏性的，会获取内存位置内容的副本。物理上，内存使用32位数据总线，一次读写周期最多可传输4个字节。不过，有时实际使用的字节数少于4个，可能是因为操作数是字节或半字，或者操作数未对齐（跨越两个相邻的32位内存字），未对齐或双字操作数需要多个内存周期。

1.1 数据对齐

以32位（4字节）宽的数据总线的字节可寻址内存为例，每次内存读取会传输32位（4字节）信息。前16个字节（地址0 - 15）按每4字节一个32位字排列，每个字从模4地址开始。