ARM處理器的程序與數(shù)據(jù)存儲（馮·諾依曼與哈佛結(jié)構(gòu)）
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1、程序存儲
ARM處理器支持兩種指令，一種是ARM匯編指令，一種是Thumb匯編指令。ARM匯編指令是32位長，即每條ARM匯編指令都是由四個(gè)字節(jié)的存儲空間保存，所以ARM處理器在執(zhí)行地址a的ARM匯編指令時(shí)，會從地址a + 4取下一條指令。Thumb匯編指令是16位長，即每條Thumb匯編指令都是由兩個(gè)字節(jié)的存儲空間保存，所以ARM處理器在執(zhí)行地址a的Thumb匯編指令時(shí)，會從地址a + 2取下一條指令。
ARM處理器可以執(zhí)行兩種格式的指令，運(yùn)行不同格式的匯編指令在執(zhí)行和取指方面有很大不同。為了區(qū)分，ARM內(nèi)核可以工作在兩種工作狀態(tài)下。
◎ ARM狀態(tài) 此時(shí)執(zhí)行32位字對齊的ARM匯編指令。在這種狀態(tài)下，ARM處理器對指令的存儲、讀取或者執(zhí)行都是以一個(gè)字（即32位）為基本單位；
◎ THUMB狀態(tài) 此時(shí)執(zhí)行16位半字對齊的Thumb匯編指令。在這種狀態(tài)下，ARM處理器對指令的存儲、讀取或者執(zhí)行都是以一個(gè)半字（即16位）為基本單位；
◎ 這兩種工作狀態(tài)可以轉(zhuǎn)換，但轉(zhuǎn)換不影響處理器狀態(tài)和寄存器的內(nèi)容。
2、數(shù)據(jù)存儲
ARM處理器對數(shù)據(jù)操作（讀或?qū)懀┲С秩N數(shù)據(jù)長度：字節(jié)（8位）、半字（16位）、字（32位）。假設(shè)在地址為0x0000～0x0004的內(nèi)存空間保存了如圖1所示的數(shù)據(jù)，下面我們以三種數(shù)據(jù)長度從內(nèi)存空間讀取數(shù)據(jù)。（假設(shè)數(shù)據(jù)的存儲格式是小端存儲格式）
圖1內(nèi)存空間的內(nèi)容
◎ 字節(jié)：從地址0x0000處取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，則取出來的內(nèi)容為12；從地址0x0001處取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，則取出來的內(nèi)容為34；
◎ 半字：從地址0x0000處取一個(gè)半字?jǐn)?shù)據(jù)，則取出來的內(nèi)容為3412；從地址0x0001處取一個(gè)半字?jǐn)?shù)據(jù)，則取出來的內(nèi)容為5634；
◎ 字：從地址0x0000處取一個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)，則取出來的內(nèi)容為78563412；從地址0x0001處取一個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)，則取出來的內(nèi)容為9A785634。
需要注意的是，ARM處理器在對數(shù)據(jù)操作時(shí)要邊界對齊，要找到正確的地址。在對16位數(shù)據(jù)操作時(shí)，地址數(shù)據(jù)末位（0）應(yīng)該為0，在對32位數(shù)據(jù)操作時(shí)，地址數(shù)據(jù)末兩位（1:0）應(yīng)該都為0。比如上面對字進(jìn)行操作時(shí)，ARM處理器不允許從地址0x0001處讀取一個(gè)字內(nèi)容出來。
現(xiàn)在常用的ARM版本中，都不支持非對齊字的傳輸（ARMv3、ARMv4、ARMv5）。在ARMv6中，開始支持非對齊字的傳輸。
3、“馮·諾依曼”體系結(jié)構(gòu)和“哈佛”體系結(jié)構(gòu)
說到ARM程序與數(shù)據(jù)存儲，應(yīng)該講一下“馮·諾依曼”體系結(jié)構(gòu)和“哈佛”體系結(jié)構(gòu)。因?yàn)锳RM7系列采用馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，而ARM9~ARM11采用哈佛體系機(jī)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)描述如下：
“馮·諾依曼”體系結(jié)構(gòu)
20世紀(jì)30年代中期，德國科學(xué)家馮諾依曼大膽的提出，拋棄十進(jìn)制，采用二進(jìn)制作為數(shù)字計(jì)算機(jī)的數(shù)制基礎(chǔ)。同時(shí)，他還說預(yù)先編制計(jì)算程序，然后由計(jì)算機(jī)來按照人們事前制定的計(jì)算順序來執(zhí)行數(shù)值計(jì)算工作。
馮諾依曼理論的要點(diǎn)是：數(shù)字計(jì)算機(jī)的數(shù)制采用二進(jìn)制；計(jì)算機(jī)應(yīng)該按照程序順序執(zhí)行。 其主要內(nèi)容是：
◎ 計(jì)算機(jī)由控制器、運(yùn)算器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部分組成。
◎ 程序和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制代碼形式不加區(qū)別地存放在存儲器中，存放位置由地址確定。
◎ 控制器根據(jù)存放在存儲器中地指令序列（程序）進(jìn)行工作，并由一個(gè)程序計(jì)數(shù)器控制指令地執(zhí)行?？刂破骶哂信袛嗄芰?，能根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇不同的工作流程。
“哈佛”體系結(jié)構(gòu)
數(shù)字信號處理一般需要較大的運(yùn)算量和較高的運(yùn)算速度，為了提高數(shù)據(jù)吞吐量，在數(shù)字信號處理器中大多采用哈佛結(jié)構(gòu)。
哈佛結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：
◎ 使用兩個(gè)獨(dú)立的存儲器模塊，分別存儲指令和數(shù)據(jù)，每個(gè)存儲模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存，以便實(shí)現(xiàn)并行處理；
◎ 具有一條獨(dú)立的地址總線和一條獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線，利用公用地址總線訪問兩個(gè)存儲模塊（程序存儲模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊），公用數(shù)據(jù)總線則被用來完成程序存儲模塊或數(shù)據(jù)存儲模塊與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸；
兩種結(jié)構(gòu)區(qū)別
在典型情況下，完成一條指令需要3個(gè)步驟，即：取指令、指令譯碼和執(zhí)行指令。從指令流的定時(shí)關(guān)系也可看出馮.諾曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu)處理方式的差別。
舉一個(gè)最簡單的對存儲器進(jìn)行讀寫操作的指令，指令1至指令3均為存、取數(shù)指令，對馮.諾曼結(jié)構(gòu)處理器，由于取指令和存取數(shù)據(jù)要從同一個(gè)存儲空間存取，經(jīng)由同一總線傳輸，因而它們無法重疊執(zhí)行，只有一個(gè)完成后再進(jìn)行下一個(gè)。
如果采用哈佛結(jié)構(gòu)處理以上同樣的3條存取數(shù)指令，如下圖所示，由于取指令和存取數(shù)據(jù)分別經(jīng)由不同的存儲空間和不同的總線，使得各條指令可以重疊執(zhí)行，這樣，也就克服了數(shù)據(jù)流傳輸?shù)钠款i，提高了運(yùn)算速度。
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