标签：进程 共享存储 特点 支持 分离 width 计算 ima 技术
ARM 处理器凭借它的低功耗、高性能等特点，被广泛应用于个人通信等嵌入式领域，
而ARM7 也曾在中低端手持设备中占据了一席之地。然而，ARM7 的处理性能逐渐无法满足
人们日益增长的高性能功能需求的处理，它开始退出主流应用领域，取而代之的是性能更加
强大的ARM9 系列处理器。
新一代的ARM9 处理器，通过全新的设计，能够达到两倍以上于ARM7 处理器的处理
能力。它的主要特点如下所述。
（1）5 级流水线
ARM7处理器采用的3级流水线设计，而ARM9则采用5 级流水线设计，
通过使用5级流水线机制，在每一个时钟周期内可以同时执行5条指令。这样就大大提
高了处理性能。在同样的加工工艺下，ARM9处理器的时钟频率是ARM7 的1.8～2.2倍。
（2）采用哈佛结构
首先读者需要了解什么叫哈佛结构？在计算机中，根据计算机的存储器结构及其总线连
接形式，计算机系统可以被分为冯·诺依曼结构和哈佛结构，其中冯·诺依曼结构共用数据
存储空间和程序存储空间，它们共享存储器总线，这也是以往设计时常用的方式；而哈佛结
构则具有分离的数据和程序空间及分离的访问总线。所以哈佛结构在指令执行时，取址和取
数可以并行，因此具有更高的执行效率。ARM9 采用的就是哈佛结构，而ARM7 采用的则是
冯·诺依曼结构。如图4.5 和图4.6 分别体现了冯·诺依曼结构和哈佛结构的数据存储方式。
由于在RISC 架构的处理器中，程序中大约有30%的指令是Load-Store 指令，而采用哈
佛结构大大提升了这两个指令的执行速度，因此对提高系统效率的贡献是非常明显的。
（3）高速缓存和写缓存的引入
由于在处理器中，一般处理器速度远远高于存储器访问速度，那么，如果存储器访问成为系统性能的瓶颈，则处理器再快也都毫无作用。在这种情况下，高速缓存（Cache）和写缓
存（Write Buffer）可以很好地解决这个问题，它们存储了最近常用的代码和数据，以供CPU
快速存储
（4）支持MMU
MMU是内存管理单元，它把内存以“页（page）”为单位来进行处理。一页内存是指一
个具有一定大小的连续的内存块，通常为4096B或8192B。操作系统为每个正在运行的程序
建立并维护一张被称为进程内存映射（Process Memory Map）的表，表中记录了程序可以存
取的所有内存页以及它们的实际位置。
每当程序存取一块内存时，它会把相应的虚拟地址（virtual address）传送给MMU，而
MMU 会在PMM 中查找这块内存的实际位置，也就是物理地址（physical address），物理地
址可以在内存中或磁盘上的任何位置。如果程序要存取的位置在磁盘上，就必须把包含该地
址的页从磁盘上读到内存中，并且必须更新PMM 以反映这个变化（这被称为pagefault，即
页错）。MMU的实现过程如图4.8 所示。
只有拥有了MMU才能真正实现内存保护。例如当A进程的程序试图直接访问属于B进
程的虚拟地址中的数据，那么MMU会产生一个异常（Exception）来阻止A的越界操作。这
样，通过内存保护，一个进程的失败并不会影响其他进程的运行，从而增强了系统的稳定性，
如图4.9 所示。ARM9 也正是因此拥有了MMU，比ARM7 有了更强的稳定性和可靠性。
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