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？？
$ U1 d9 L' S6 p& c0 e# e8 _
' A( D6 q3 b0 r% h' ?9 ?' b8 j2 ~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。
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。
3 t2 C# p4 L4 X7 z" e哪位高手指點一下呢？？？

" d# s  O4 q% h& f+ Q2 K9 M$ V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
+ M& G2 ~; ]# M8 c9 d. }0 d
1 U7 x0 U4 c* S/ K$ i# V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 [- ~! t$ M' J% x: ^; `題目應是:為什麼32位元ARM要用16位元指令呢？
3 K! J. A2 Z3 Y, a
) d- ^9 X" a7 s/ }/ r6 I如果題目是前者的話應該是在問bus跟cache的問題.
) V# H6 @) f0 ^. A+ I題目是後者的話才是問thumb指令集的問題

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
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....
6 d; I" @1 v( B  k/ x
, J' T7 B: s5 n, K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
  Y: m# j$ m0 z, {4 ]# xdram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
% l6 k' O/ b3 O& [+ o! G1 j5 d0 D, 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。
: T, l$ |* Q; n# r0 q3. thumb2: 16bit instruction。少了需要切換的問題。但還沒有看到OS可以support thumb2。

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
/ G1 k* z/ b. Q9 h  \
/ `4 n8 E$ o5 z2 ]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.
: i8 B6 v7 y* _
大概就是這個樣子吧!
& \& W" y" ~/ \3 [* K( B' [- R5 P
[ 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
& k- K% l1 ^/ t  P0 O+ Q: M0 Y* \究竟thumb mode下的cache hit有沒有變高?
7 P  n% C9 H% ^6 `, ^
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

表示使用bx指令切換到thumb mode
4 Z2 }# d- R' g  h9 M! J隱含這時候CPU可能會自動flush I&D Cache
0 C/ r# j* I2 B3 V  ]4 c. C然後設定好co-processor的設定
) D5 q( I+ V- C) G' e* h. k才能做為16 bit I&Dcache使用

2. 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
7 P, \, r- v; {: M5 D7 n" \4 W
這樣一來hit rate可能就不會改變，只有在bus 使用16 width的時候
5 y/ z3 r! [# F" |" P# o用thumb mode執行效能比較ARM mode快
) a7 B/ X9 h* {2 a3 u. @5 _
/ t$ ^6 k+ z! x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

5 A9 `2 n6 n4 s. a  E& Q4 V$ k因為 cache 是以一條一條 cache line 的方式
/ }0 ^# _  ^2 N, y* K對 memory 的東西做 cache 的動作
切換成thumb mode之後
# k- b3 P8 F1 x7 J只是 processor 去讀取 cache 中資料的方式變了
2 o  a+ d/ A. m' [3 b. [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
performance會變好....
0 s1 ~+ b/ I# b" @6 D  [
8 U0 C9 \2 J4 s3 z3 P( g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:
; d5 n- z$ G8 O7 E/ G5 j/ 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

-->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。
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
& X: ^2 l3 P" e4 N) L- U另一個替代方式是採用PSRAM