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？？

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。
( [; h1 I5 x: T, u) F& Q, g5 z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。
7 V" w5 A7 \1 Q2 t  I, [哪位高手指點一下呢？？？

( d7 t7 x1 M) E, x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
- Z; P4 D$ f+ h7 E( a) b
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？
題目應是:為什麼32位元ARM要用16位元指令呢？
/ G1 |0 `8 `3 w7 e
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
8 |' E: I6 ]) I4 {+ O1 s
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
, {( {# v- m1 X! H- I9 O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....
% i5 ]; d( D6 n8 {
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
& `" G0 ]7 k- mdram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...
, w; ?0 u6 \3 b+ ^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
4 X4 p/ F4 ?( r3 S7 x4 d. f/ W1. 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。
0 P' \3 x- @" N- A6 ^3. thumb2: 16bit instruction。少了需要切換的問題。但還沒有看到OS可以support thumb2。
% i! r4 _7 g' x7 \) a% S
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
/ u" L. T/ I' a; {
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.
' F# {2 |" I# c( i5 D3 h/ c
$ E  U1 s/ f( x# D大概就是這個樣子吧!

[ 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?
- D$ x9 F' w% g& _+ @7 }+ L
+ {# |; }# C- b# S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
8 r$ f3 L0 H+ |- \" u: @& a0 K, c
表示使用bx指令切換到thumb mode
隱含這時候CPU可能會自動flush I&D Cache
然後設定好co-processor的設定
1 _2 G# F, y7 Y: o9 a7 t/ ?; x才能做為16 bit I&Dcache使用

* k' F9 W, R7 u& t9 [: M2. 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
用的方式可能沒變，只是截掉部份超過的bit field
% u: x! ]% X7 P, S5 ?
$ c  Z  V- Z: T- Q3 C2 N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
) ~% Q: u, X& B
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
/ J. P; K( U, I. l$ U
: d  `1 I% ^& I( v' N因為 cache 是以一條一條 cache line 的方式
對 memory 的東西做 cache 的動作
切換成thumb mode之後
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
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
- f/ z. f1 ~+ i( t+ N7 i( Bperformance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:
! W) a( O" O, y$ b; S1. 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
2. 省電的考量

/ W: j9 v) L/ [2 `% v) E  ^5 R- H-->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。
/ ]. Y5 W/ K- O5 @  i( ~6 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