完全看懂 ARM 處理器：RISC 與 CISC 是什麼？歷史、架構一次看透

開始大賣的ARM7

1993年推出的ARM7延續著ARMv3核心，但是由於製程的進步，快取加大至8KB，時脈也一舉拉高至40MHz。

ARM7TDMI（處理器架構ARMv4T），除了原本的32位元指令集外，還新增了Thumb，也就是精簡過的16位元指令集，讓編譯出來的程式可以縮小程式碼體積，官方表示與標準的ARM指令集相比，可以縮小35％的程式碼體積，又能享受32位元架構所帶來的效能提升。Thumb指令在執行時會通過處理器內一個叫做Thumb解碼器的東西，及時解壓成32位元ARM指令，同時也可受惠於32bit的記憶體匯流排，加速指令與資料的載入。

但之後的ARM8家族和Digital Equipment Corporation向ARM買授權自行製作的處理器StrongARM，都不支援Thumb。

ARM7EJ的處理器架構為ARMv5TEJ，直接加入稱為Jazelle DBX的運算電路，能夠以硬體加速大部分的Java bytecode，提升Java程式的執行效率；同時也新增適合處理DSP的指令，如飽和運算（saturated arithmetic）可以加速多媒體應用。

Java的執行方式

程式設計師以Java語言寫出程式後，經過編譯器編譯成Java bytecode檔，執行時便把這個Java bytecode丟入一個稱作JVM（Java Virtual Machine）的模擬器裡執行，在各種平台上都有不同的JVM，所以編譯過後的Java bytecode能夠跨平台執行。

飽和運算（saturated arithmetic）

正常以二進位表示為11111111（255）+00000001（1）＝100000000（256），但是一個8bit的加法器，當輸入255+1的指令後，計算出來的結果將會是0。因為處理器只有8bit，最高位會產生數值溢位，實際交由8bit加法器運算將變成11111111（255）+00000001（1）＝00000000（0）。但是當處理器支援飽和運算後，255+1的結果將變成255，經計算後的數值資料只會頂天立地（該資料類型的最大值或最小值），不會產生overflow或是underflow。

更換為哈佛架構

ARM9處理器家族內部處理器架構為ARMv5TE，導入了相當重要的架構更新，以往ARM和x86處理器都是採用馮‧紐曼架構，意即中央處理器和儲存裝置是分開的，中央處理器到儲存裝置中讀取一段程式碼執行，而不同程式碼可以造成不同的執行結果。相較於古早時代的電腦，一旦要執行不同的程式碼時，必須更動硬體設計，重新接線。約翰‧馮‧紐曼在1945年的論文中提出這個處理單元和儲存單元分離的概念，對於後來電腦發展有相當重大的影響。

哈佛架構則是馮‧紐曼架構的延伸，哈佛架構更進一步定義了程式和資料是由兩個獨立的空間儲存，同時也有兩個記憶體控制單元分別操作。讀取程式後解碼便得到資料位址，再到資料記憶體中讀取資料。此種架構好處在於指令和資料的記憶體操作能夠同時進行，當處理器在運算資料時，便可以先行擷取下一道指令。

▲馮‧紐曼架構，程式和資料儲存在同一個記憶體中。

▲哈佛架構，程式和資料分開儲存至不同的記憶體中。

在ARM10E的處理器架構升級為ARMv5TE，加入了VFP（向量浮點架構）的協同處理器，提升浮點數運算能力。

（後面還有智慧型手機應用大爆發）