為什麼32位元ARM要用16元位記憶體呢？

chip123

[轉貼]學習到：
“ARM有兩種指令集:16位元THUMB指令集和32位元ARM指令集。使用16位的記憶體可以降低成本”是不僅僅因為性價比的原因呢？？
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! [1 X% P4 l; p聽說記憶體是每一個bit就得一個點，有的記憶體是6個mos管構成一個點。所以價格降不下來。
0 {) Z, j, y5 m可是為什麼市場上快閃記憶體越來越大，價格確越來越便宜呢？有點不太清楚， 看來得找本記憶體的書看看了。
哪位高手指點一下呢？？？

4 F  I6 n, B6 V* b! s- Y: S6 u4 g聽說如此可以提高指令效率和密度？還有沒有更好的答案呢？

tommywgt

我來領RDB好了

首先先更正你的題目:為什麼32位元ARM要用16元位記憶體呢？
0 t8 D- E* Z$ e2 C$ E題目應是:為什麼32位元ARM要用16位元指令呢？
' A( G! c) v( h/ C/ i
如果題目是前者的話應該是在問bus跟cache的問題.
題目是後者的話才是問thumb指令集的問題
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" q) X. m8 w7 Y3 w: Y3 H正如你所說的, thumb指令是為了提高code density(這個也是arm自己講的答案), 使用thumb指令可以省下一半的記憶體空間, 如此相同的記憶體可以存二倍的指令, 對cache的hit rate也有幫助
, o  }2 a+ B4 \+ k: r( p% }! L所以在不需要32 bit運算場合要多使用thumb指令. 有個統計你也許不相信, 不過內容我大概也忘了: 日本一家公司做的統計, 在RTC (real time clock)內少用一個bit的記憶體的話, 全年可以省下好幾GG bit.....可怕吧. 還有可以省下大量的power consumption...不過太省的結果就是會出現y2k的問題就是了....
& T4 u8 q1 _" p! l2 {
: Z" C/ C/ U) B7 |: U另外記憶體大變便宜是因為製程關係, 有些小容量的記憶體反而貴的原因是在於用的人少流通性不足, 而不是成本關係.

zanthia

除了記憶體的容量, 我覺得外部匯流排的寬度和 IO 接腳的數目也是原因; 雖然外部匯流排都有 32 位元, 但有時候受限於面積, 有時候受限於電路板的層數和成本, 還是有很大的比例不得不用 16 位元的記憶體, 這時候使用 Thumb 反而效率較佳... 只要 fetch 一次就可以執行...

tommywgt

如果boot rom是16 bit或者也有可能是8 bit, boot loader在開機會load到dram去
3 H  O/ }# D8 w5 U$ ?' X# A7 sdram如果32 bit就沒你說的問題, 但是dram如果是16 bit的話系統有cache, 整體的performance在於cache 的hit rate占比較大多數

zanthia

有些 ARM7 仍然是沒有 cache 的, 只有一些 internal RAM; 原因就是我提過的成本問題... 如果沒有成本考量, 記憶體的容量其實也不用擔心...
有一件事我不太確定: 如果使用 thumb state, Icache 是不是無形中變成兩倍?

tommywgt

應該不會才對...

hiwu

ARM的指令分成 1. ARM mode 2. thumb mode 3.thumb mode
1. ARM mode: 32 bit instruction。ARM CPU一起動定是在ARM mode。有些IRQ/Exception要在ARM mode下才可執行。
2. thumb mode: 16 bit instruction。速度比ARM mode慢，但code density較高。一定需要用額外的指令才可以切換到thumb mode。只有在DRAM很少的情況下，才會考慮有些function用thumb mode。OS不能用thumb implement。
% _+ q6 u' R2 W6 j3. thumb2: 16bit instruction。少了需要切換的問題。但還沒有看到OS可以support thumb2。
6 Q1 I3 C3 W) V, r2 R& t+ v2 I( m
9 j  Z( g+ i3 s, t用16 bit 的記憶體，通常是為了cost down。32 bit的CPU，用16 bit的memory會讓CPU沒有效率。如果16 bit的的記憶體可以跑到很高的clock rate，就另當別論。是否用16 bit的memory，要看系統的設計需求。當然也可以用2顆16 bit momory組成一個32 bit memory。

sieg70

說實在的, 可能是因為所學過淺的關係, 我不清楚16 bit memory的問題在講什麼, ARM在看記憶體存取時,  在instruction部份, ARM mode時就是1 instruction=4 bytes, 在Thumb mode時, 1 instruction= 2 bytes, . 而碰到讀data時, 則看該data在compile後被編成2 bytes還是4 bytes, 以ARM的data bus寬度來看, 不管要讀的data是2 bytes,還是4 bytes都比較少問題, 就是直接讀一個word,  只是當初2 bytes的data在高位元的兩bytes都有作extention, 而當ARM data bus寬為16 bits, 去讀16 bits的data當然沒問題, 去讀32 bits的data就要額外多fetch一次才算讀完該筆data, 在Thumb mode下還是有可能處理 32 bit的data
& R; L1 Y" ]. k" z
& g" z6 I4 O9 J/ k8 Q/ |另外, 記憶體6個mos組成一個cell, 是SRAM的結購, 至於flash是一個mos一個cell,所以密度比SRAM高, 相容面積能作出更高的容量, 所以同容量的SRAM跟flash, flash會比SRAM便宜很多, 另外, 現在memory便宜的另一個原因是因為技術進步, 像是用.18製程90nm製程去生產同規格的記憶體, 每一個bit的生產成本完全是不同等級的, 還有yield良率也隨技術進步而改善, 這也是造成memory變便宜的原因之一.

' `2 a. p: l* b& L. D) ^* [大概就是這個樣子吧!
1 A3 a7 D4 p% R" Q: b( w
[ 本帖最後由 sieg70 於 2008-8-4 05:44 PM 編輯 ]

gogojesse

看完大家的討論，想到一個問題
究竟thumb mode下的cache hit有沒有變高?
" ?8 Z9 s3 q$ r2 j5 u
理論上，改變或控制cache的行為，需要去設定co-processor

1. 如果cache切到thumb mode被視作double，所以hit rate變高
/ l; @; x' _/ I4 z1 h1 X, ?
  S# n9 `3 N) ?表示使用bx指令切換到thumb mode
; J' V1 ]$ q/ o8 I隱含這時候CPU可能會自動flush I&D Cache
5 A! s4 @% Y7 p: x* x然後設定好co-processor的設定
+ C$ j5 F) M4 Z0 q' S, V才能做為16 bit I&Dcache使用
) n6 J) K1 ?% P. m9 ^) n, D0 S! t
6 R5 \- U5 E( k1 R3 ]; x3 K5 A7 N/ R2. 假如BX並不會自動改變cache的動作或裡面的資料，表示cache被使
) M1 q# H' j5 k用的方式可能沒變，只是截掉部份超過的bit field

) E. ~  P1 X" Q( m3 D3 E  ~2 _這樣一來hit rate可能就不會改變，只有在bus 使用16 width的時候
用thumb mode執行效能比較ARM mode快
; L( t  J8 m, G) s$ L
正在找spec和相關資料看
不知道有沒有哪位大大知道答案的??

gogojesse

自問自答一下
0 Y3 Y( e  R/ {) Q
因為 cache 是以一條一條 cache line 的方式
% J8 N  p# D' d/ c對 memory 的東西做 cache 的動作
切換成thumb mode之後
' a# k! j+ f  @3 Q  O+ m. b: j8 H只是 processor 去讀取 cache 中資料的方式變了
cache 本身去 cache 資料的行為沒有變
5 ?1 m# E1 F5 s因此，thumb mode 下的 cache 可以被視為變成兩倍大，而且 cache 的設定不需要改變
code size 變小  cache 又相對變大  hit rate會提高
performance會變好....

以上希望沒有理解錯誤的地方~

opelwu

ARM指令集區分32-bit and 16-bit主要在於:
1. 提高code density,使得所需儲存空間變得比較少就可以用比較少的memory,節省pcb area size and total cost
' @9 V# w# K  \. Z. ^9 x8 `2. 省電的考量
2 E  }7 {% [3 \; @
/ Q7 r  \( O0 y4 S-->聽說記憶體是每一個bit就得一個點，有的記憶體是6個mos管構成一個點。所以價格降不下來。
  U& p  d; R. `' q/ B6 mos指的是SRAM的架構,SRAM通常是作為CPU的Cache Memory之用,因為速度較快,但是相同容量的DRAM來比較SRAM佔用較大面積
另一個替代方式是採用PSRAM