第3章 Cortex-M3 指令系统
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3.1.2 指令周期和时序
(3)内部周期：ARM不请求一个传输，因为它执行一个内部功能，
同时不执行有效的预取。这种情况所需的时间称为内部周期，简
称为I 周期。 (4)协处理器寄存器传输周期：ARM希望通过数据总线同协处理器 通信，ARM 与一个协处理器之间在数据总线(对于无缓存的 ARM)或协处理器总线(对于有缓存的 ARM)上写传送一个字的周
图3-1程序设计语言的层次结构
3.1.1程序设计语言的层次结构
• 为了提高程序设计的效率，提出了汇编语言的概念。将机器码
用指令助记符表示，就比机器语言方便得多。
• 汇编语言的编程效率和程序的可读性都有所提高，但汇编语言
同机器语言非常接近，它的书写风格在很大程度上取决于特定 计算机的机器指令，所以它仍然是一种面向机器的语言。
译或解释。
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第3章 Cortex-M3 指令系统
• 高级语言（High Level Language）
面向问题的程序设计语言
• 汇编语言（Assembly Language）
将机器指令用助记符号代替而形成的一种语言 本质上是机器语言 优势：可以直接、有效地控制计算机硬件，容易产生运行速 度快、指令序列短小的高效率目标程序 劣势：与处理器密切有关，需熟悉硬件和细节，编程繁琐， 调试、维护、移植困难
应用软件 用户层 高级语言层
Level 6 (可执行程序) Level 5 (C++，Java，等)
虚拟机
系统软件
汇编语言层 操作系统层
Level 4 (汇编语言代码)
Level 3 (操作系统、库代码)
软硬件界面
硬件 物理机
固件
机器层 控制层
Fra Baidu bibliotek
Level 2 (指令集结构ISA)
Level 1 (微程序或硬布线)
第3章 Cortex-M3 指令系统
1
第3章 Cortex-M3 指令系统
• 3.1 指令基础 • 3.2 汇编语言 • 3.3 寻址方式 • 3.4 指令集
2
3.1 指令基础
• 3.1.1程序设计语言的层次结构 • 3.1.2指令周期和时序 • 3.1.3程序的执行过程
第3章 Cortex-M3 指令系统
硬件直接执行 数字电路层 Level 0 (门电路、电子线路)
3.1.1程序设计语言的层次结构
• •
计算机程序设计语言的层次结构如图3-1所示，分为机器 语言级、汇编语言级、高级语言级。 机器语言是与计算机硬件最为密切的一种语言，它由微程 序解释机器指令。这一级也是硬件级，是软件系统和硬件
系统之间的纽带。
动按照存储程序的要求进行工作，这称为程序控制。
图3-3计算机程序的执行过程
3.1.3 程序的执行过程
计算机执行程序是一条指令一条指令地执行。执行一条指令的过 程可分为取指、译码和执行等阶段。 首先，CPU进入取指阶段，通过控制总线（CB）发出读命令， 并在地址总线上（AB）给出所取指令的地址，从存储器中取出
的指令代码经过数据总线（DB）送到CPU的指令寄存器中，
然后对该指令译码，再转入执行阶段，在这期间，CPU执行指令 指定的操作。
3.2 ARM汇编语言
• 3.2.1 指令和指令格式 • 3.2.2 指令的可选后缀 • 3.2.3 指令的条件执行 • 3.2.4 指令分类
3.2.1指令和指令格式
图3-2 存储器访问时序
其中N-cycle比其它的周期长，这考虑了对DRAM的访问时间。
3.1.3 程序的执行过程
• •
CPU通过数据总线、地址总线、控制总线和存储器、外部 I/O设备联系起来。 计算机采取“存储程序与程序控制”的工作方式，即事先把 程序加载到计算机的存储器中，当启动运行后，计算机会自
3.1.1程序设计语言的层次结构
• 为了更好地进行程序设计，提高程序设计的效率，人们又提出
了高级语言程序设计的概念。如C、JAVA等，这类高级语言
对问题的描述十分接近人们的习惯，并且还具有较强的通用性 。这就给程序员带来极大的方便。
• 当然这类高级语言在执行前必须转换为汇编语言或其它中间语
言，最终转换为机器语言。通常有两种方法实现这个转换：编
期，简称C 周期。
3.1.2 指令周期和时序
ARM 指令在时序上是 S、N、I 和 C 周期的混合。各种类型的周
期都必须至少与 ARM 的时钟周期一样长。
对于典型的 SRAM 系统，所有类型的周期是最小长度，内存系统 也可以伸展它们，如典型的 DRAM 系统伸展如下： N 周期伸展为最小长度的两倍，这是因为 DRAM 在内存访问是 非顺序时要求更长的时间。
• 机器语言（Machine Language）
底层的计算机语言，对应机器指令
3.1.2 指令周期和时序
指令周期（Instruction Cycle）：微处理器执行一条指令所需要 的时间。不同指令的指令周期不是等长的 。 如果要处理的数据在微处理器的寄存器中，则需要的时间短；
如果要处理的数据在存储器或I/O设备中则需要的时间长。
S 周期通常是最小长度，但有时也会被伸展成 N 周期的长度，如
从一个内存“行”的最后一个字移动到下一行的第一个字时。
I 周期和 C 周期总是最小长度。
3.1.2 指令周期和时序
例如：在8MHz的ARM微处理器中，一个 S 周期是125ns，而一
个 N 周期是 250ns。一个 8MHz的ARM微处理器可以与一个给 出125ns 的 N 周期的 RAM 系统相连接。 处理器的速率是 8MHz 只是简单的意味着如果你使任何类型的 周期，在长度上小于 125ns 则它不保证能够工作。
一般情况下，以访问存储器所需最长的时间来衡量指令周期。
3.1.2 指令周期和时序
举例：以ARM7微处理器为例，所有存储器的传输周期都可以被 归结到以下四种类型之一：
(1)不连续周期：ARM请求传输到某个地址或者从某个地址传输
，但这个地址跟前一个周期用到的地址没有联系，这种情况所需 的时间称为访问一个非顺序的内存位置的周期，简称为N 周期。 (2)连续周期：ARM请求传输到某个地址或者从某个地址传输， 此地址或者同上一个周期的地址相同或者是上一个周期的地址之 后一个字。这种情况所需的时间称为访问一个顺序的内存位置的 周期，简称为S 周期。
3.1.2 指令周期和时序
(3)内部周期：ARM不请求一个传输，因为它执行一个内部功能，
同时不执行有效的预取。这种情况所需的时间称为内部周期，简
称为I 周期。 (4)协处理器寄存器传输周期：ARM希望通过数据总线同协处理器 通信，ARM 与一个协处理器之间在数据总线(对于无缓存的 ARM)或协处理器总线(对于有缓存的 ARM)上写传送一个字的周
图3-1程序设计语言的层次结构
3.1.1程序设计语言的层次结构
• 为了提高程序设计的效率，提出了汇编语言的概念。将机器码
用指令助记符表示，就比机器语言方便得多。
• 汇编语言的编程效率和程序的可读性都有所提高，但汇编语言
同机器语言非常接近，它的书写风格在很大程度上取决于特定 计算机的机器指令，所以它仍然是一种面向机器的语言。
译或解释。
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第3章 Cortex-M3 指令系统
• 高级语言（High Level Language）
面向问题的程序设计语言
• 汇编语言（Assembly Language）
将机器指令用助记符号代替而形成的一种语言 本质上是机器语言 优势：可以直接、有效地控制计算机硬件，容易产生运行速 度快、指令序列短小的高效率目标程序 劣势：与处理器密切有关，需熟悉硬件和细节，编程繁琐， 调试、维护、移植困难
应用软件 用户层 高级语言层
Level 6 (可执行程序) Level 5 (C++，Java，等)
虚拟机
系统软件
汇编语言层 操作系统层
Level 4 (汇编语言代码)
Level 3 (操作系统、库代码)
软硬件界面
硬件 物理机
固件
机器层 控制层
Fra Baidu bibliotek
Level 2 (指令集结构ISA)
Level 1 (微程序或硬布线)
第3章 Cortex-M3 指令系统
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第3章 Cortex-M3 指令系统
• 3.1 指令基础 • 3.2 汇编语言 • 3.3 寻址方式 • 3.4 指令集
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3.1 指令基础
• 3.1.1程序设计语言的层次结构 • 3.1.2指令周期和时序 • 3.1.3程序的执行过程
第3章 Cortex-M3 指令系统
硬件直接执行 数字电路层 Level 0 (门电路、电子线路)
3.1.1程序设计语言的层次结构
• •
计算机程序设计语言的层次结构如图3-1所示，分为机器 语言级、汇编语言级、高级语言级。 机器语言是与计算机硬件最为密切的一种语言，它由微程 序解释机器指令。这一级也是硬件级，是软件系统和硬件
系统之间的纽带。
动按照存储程序的要求进行工作，这称为程序控制。
图3-3计算机程序的执行过程
3.1.3 程序的执行过程
计算机执行程序是一条指令一条指令地执行。执行一条指令的过 程可分为取指、译码和执行等阶段。 首先，CPU进入取指阶段，通过控制总线（CB）发出读命令， 并在地址总线上（AB）给出所取指令的地址，从存储器中取出
的指令代码经过数据总线（DB）送到CPU的指令寄存器中，
然后对该指令译码，再转入执行阶段，在这期间，CPU执行指令 指定的操作。
3.2 ARM汇编语言
• 3.2.1 指令和指令格式 • 3.2.2 指令的可选后缀 • 3.2.3 指令的条件执行 • 3.2.4 指令分类
3.2.1指令和指令格式
图3-2 存储器访问时序
其中N-cycle比其它的周期长，这考虑了对DRAM的访问时间。
3.1.3 程序的执行过程
• •
CPU通过数据总线、地址总线、控制总线和存储器、外部 I/O设备联系起来。 计算机采取“存储程序与程序控制”的工作方式，即事先把 程序加载到计算机的存储器中，当启动运行后，计算机会自
3.1.1程序设计语言的层次结构
• 为了更好地进行程序设计，提高程序设计的效率，人们又提出
了高级语言程序设计的概念。如C、JAVA等，这类高级语言
对问题的描述十分接近人们的习惯，并且还具有较强的通用性 。这就给程序员带来极大的方便。
• 当然这类高级语言在执行前必须转换为汇编语言或其它中间语
言，最终转换为机器语言。通常有两种方法实现这个转换：编
期，简称C 周期。
3.1.2 指令周期和时序
ARM 指令在时序上是 S、N、I 和 C 周期的混合。各种类型的周
期都必须至少与 ARM 的时钟周期一样长。
对于典型的 SRAM 系统，所有类型的周期是最小长度，内存系统 也可以伸展它们，如典型的 DRAM 系统伸展如下： N 周期伸展为最小长度的两倍，这是因为 DRAM 在内存访问是 非顺序时要求更长的时间。
• 机器语言（Machine Language）
底层的计算机语言，对应机器指令
3.1.2 指令周期和时序
指令周期（Instruction Cycle）：微处理器执行一条指令所需要 的时间。不同指令的指令周期不是等长的 。 如果要处理的数据在微处理器的寄存器中，则需要的时间短；
如果要处理的数据在存储器或I/O设备中则需要的时间长。
S 周期通常是最小长度，但有时也会被伸展成 N 周期的长度，如
从一个内存“行”的最后一个字移动到下一行的第一个字时。
I 周期和 C 周期总是最小长度。
3.1.2 指令周期和时序
例如：在8MHz的ARM微处理器中，一个 S 周期是125ns，而一
个 N 周期是 250ns。一个 8MHz的ARM微处理器可以与一个给 出125ns 的 N 周期的 RAM 系统相连接。 处理器的速率是 8MHz 只是简单的意味着如果你使任何类型的 周期，在长度上小于 125ns 则它不保证能够工作。
一般情况下，以访问存储器所需最长的时间来衡量指令周期。
3.1.2 指令周期和时序
举例：以ARM7微处理器为例，所有存储器的传输周期都可以被 归结到以下四种类型之一：
(1)不连续周期：ARM请求传输到某个地址或者从某个地址传输
，但这个地址跟前一个周期用到的地址没有联系，这种情况所需 的时间称为访问一个非顺序的内存位置的周期，简称为N 周期。 (2)连续周期：ARM请求传输到某个地址或者从某个地址传输， 此地址或者同上一个周期的地址相同或者是上一个周期的地址之 后一个字。这种情况所需的时间称为访问一个顺序的内存位置的 周期，简称为S 周期。