3、微处理器指令集与ARM处理器详解

微处理器指令集与ARM处理器详解

1. 引言

在微处理器的研究中，指令集是程序员与硬件交互的关键接口。尽管我们希望尽可能使用高级语言进行编程，但指令集对于分析程序性能至关重要。通过了解CPU提供的指令类型，我们能找到实现特定功能的不同方法。本文将以ARM、PIC16F、TI C55x和TI C64x这四种CPU为例，深入探讨微处理器的指令集。

2. 基础知识

2.1 计算机架构分类

在深入研究微处理器指令集之前，了解一些基本术语和计算机架构的分类是很有帮助的。

2.1.1 冯·诺依曼架构

冯·诺依曼架构的计算机系统由中央处理器（CPU）和内存组成。内存同时存储数据和指令，通过地址进行读写操作。CPU有多个内部寄存器，其中程序计数器（PC）保存指令在内存中的地址。CPU从内存中获取指令、解码并执行。通过改变指令，我们可以改变CPU的行为，这种指令内存与CPU的分离是存储程序计算机与一般有限状态机的区别。

2.1.2 哈佛架构

哈佛架构是冯·诺依曼架构的一种替代方案，它将数据和程序分别存储在不同的内存中。程序计数器指向程序内存，而非数据内存。因此，在哈佛架构上编写自修改程序较为困难。然而，由于程序和数据内存的分离，哈佛架构在数字信号处理中具有更高的性能，因为实时处理信号对数据访问系统提出了很高的要求，分离的内存可以提供更高的带宽，更便于数据的移动。如今，大多数数字信号处理器（DSP）都采用哈佛架构。

2.1.3 RISC与CISC

早期的计算机架构大多是复杂指令集计算机（CISC），它们提供了各种可能执行非常复杂任务的指令，并