存储器组织
ufs 块 区 簇
UFS块区簇
UFS（Universal Flash Storage）是一种高性能的闪存存储器技术，用于替代传统的NAND闪存存储器。
在UFS中，数据被组织成块（block）、区域（zone）和簇（cluster）等不同的数据结构。
块（block）：UFS块是最小的存储单位，通常由若干个扇区（sector）组成。
每个块都有一个唯一的标识符，用于标识块的位置和状态。
在UFS中，每个块都有一个固定的大小，通常为4KB或8KB。
区域（zone）：UFS区域是块的一种更高层次的抽象，用于更高效地管理和调度块。
一个设备可以包含多个区域，每个区域可以跨越多个块。
UFS中的区域可以被分为两类：系统区域和用户数据区。
系统区域用于存储系统文件和内核数据，用户数据区用于存储用户数据。
簇（cluster）：UFS簇是块的一种更高级别的抽象，用于更高效地管理块的空间利用率和数据一致性。
一个簇通常由若干个连续的块组成。
UFS中的簇大小通常为16KB或32KB。
通过块、区域和簇的组织方式，UFS可以实现更高效的数据读写和管理，同时保证数据的一致性和可靠性。
这种组织方式还可以支持更快的数据传输速度和更高的容量密度，使得UFS成为一种非常适合高性能应用的存储器技术。
计算机存储器的原理与组织
计算机存储器的原理与组织计算机存储器是计算机系统中非常重要的组成部分，它负责存储和读取数据。
了解存储器的原理与组织对于理解计算机工作原理至关重要。
本文将详细介绍计算机存储器的原理与组织，包括其作用、结构、存取方式和存储器的分类等。
一、存储器的作用（100字）计算机存储器是计算机系统的内部存储设备，用于存放计算机程序和数据。
它具有临时存储的功能，可以快速存取和读取数据，并在计算机系统断电后依然能保留数据。
存储器有着不同的种类和性能，用于满足不同的计算需求。
二、存储器的结构（200字）1. 存储单元：存储器由许多存储单元组成，每个存储单元都有唯一的地址，用于标识数据的位置。
2. 存储单元的组织方式：存储单元可以按照不同的组织方式进行编排。
最常见的两种是按字节编址的字节地址和按字编址的字地址。
字节地址编址方式将存储单元按字节进行编号，而字地址编址方式将存储单元按字进行编号。
3. 存储体：存储单元按照一定的规律排列形成存储体，存储体是存储单元的集合。
存储体可分为连续存储体和离散存储体两种形式。
4. 存储器的容量：存储器的容量是指存储器可以存储的数据总量，通常以字节或位为单位进行表示。
存储器的容量和计算机系统的需求密切相关。
三、存储器的存取方式（300字）1. 随机访问存储器（RAM）：RAM的存取时间与存储单元的物理位置无关，所有存储单元具有相同的访问时间。
RAM允许随机选取存储单元，数据的存取速度较快。
主存储器就是典型的RAM。
存取RAM的时间可以看作是常量时间，即存取时间几乎相同。
2. 顺序访问存储器（SAM）：SAM的存取时间与存储单元的物理位置有关，存储单元在存储体中的位置决定了访问时间。
磁带存储器就是典型的SAM。
存取SAM的时间与存储器中存储单元的数量有关，存取时间与顺序访问的时间基本成正比。
3. 直接访问存储器（DAM）：DAM是介于RAM和SAM之间的存储器，存取时间介于两者之间。
现代计算机中的高速缓存就是一种DAM，它通过提高数据的局部性，提高计算机系统的访问速度。
存储器的工作原理
存储器的工作原理一、引言存储器是计算机中重要的组成部分，用于存储和获取数据。
它的工作原理涉及到内存的组织、数据的存储和读取等方面。
本文将详细介绍存储器的工作原理。
二、存储器的组织结构存储器通常由一系列存储单元组成，每个存储单元可以存储一定量的数据。
存储器的组织结构可以分为两种常见类型：随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
1. 随机访问存储器（RAM）随机访问存储器是一种可以读写的存储器，数据可以随机存取。
它通常由一系列存储单元和相应的控制电路组成。
RAM的存储单元被组织成一个二维的阵列，每个存储单元都有一个唯一的地址，通过地址就可以访问到对应的存储单元。
常见的RAM类型包括静态随机访问存储器（SRAM）和动态随机访问存储器（DRAM）。
2. 只读存储器（ROM）只读存储器是一种只能读取而不能写入的存储器，它通常用于存储固定的程序和数据。
ROM的存储单元也被组织成一个二维的阵列，每个存储单元都有一个唯一的地址。
与RAM不同的是，ROM的数据在制造过程中被写入，之后无法修改。
常见的ROM类型包括只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、可擦写可编程只读存储器（EPROM）和电可擦写可编程只读存储器（EEPROM）。
三、数据的存储和读取过程存储器的工作原理涉及到数据的存储和读取过程。
下面将分别介绍RAM和ROM的数据存储和读取过程。
1. RAM的数据存储和读取过程（1）数据存储过程：当计算机需要将数据存储到RAM中时，首先需要将数据的地址发送给RAM 的控制电路。
控制电路根据地址找到对应的存储单元，并将数据写入该存储单元。
（2）数据读取过程：当计算机需要从RAM中读取数据时，同样需要将数据的地址发送给RAM的控制电路。
控制电路根据地址找到对应的存储单元，并将该存储单元中的数据读取出来，然后传输给计算机的其他部件。
2. ROM的数据存储和读取过程（1）数据存储过程：ROM的数据是在制造过程中被写入的，因此无法在使用过程中修改。
微机原理与接口技术：8088CPU的存储器组织
1.8088CPU的存储器组织
8088有20根地址线，可寻址的最大内存空间为220=1MB，地址范围为00000H~FFFFFH。
每个存储单元对应一个20位的地址，这个地址称为存储单元的物理地址。
每个存储单元都有唯一的一个物理地址。
8088将可直接寻址的1MB的内存空间划分成一些连续的区域，称为段。
每段的长度最大为64KB，并要求段的起始地址必须能被16整除，形式如XXXX0H。
8088将XXXXH称为段基址，存储在段寄存器CS、DS、SS、ES中。
段基址决定了该段在1MB内存空间中的位置。
段内各存储单元地址相对于该段起始单元地址的位移量称为段内偏移量。
段内偏移量从0开始，取值范围0000H~FFFFH。
分段管理要求每个段都由连续的存储单元构成，并且能够独立寻址，而且段和段之间允许重叠。
根据8088CPU分段的原则，1MB的存储空间中有216=64K个地址符合要求，这使得理论上程序可以位于存储空间的任何位置。
程序中使用的存储器地址是由段基址和段内偏移地址组成，这种在程序中使用的地址称为逻辑地址。
逻辑地址通常写成XXXXH:YYYYH的形式，其中XXXXH为段基址，YYYYH为段内偏移地址。
段基址和偏移地址与物理地址之间的关系如下：
物理地址＝段基址×10H＋段内偏移
段基址乘以10H相当于把16位的段基址左移4位，然后再与段内偏移地址相加就得到物理地址。
例如，逻辑地址A562H:9236H对应的物理地址是AE856H。
A562H×10H=A5620H
A5620H+9236H=AE856H。
存储器系统
存储器系统：概述：计算机中的存储系统是用来保存数据和程序的。
对存储器最基本的要求就是存储容量要大、存取速度快、成本价格低.为了满足这一要求,提出了多级存储体系结构。
一般可分为高速缓冲存储器、主存、外存3个层次,有时候还包括CPU内部的寄存器以及控制存储器.◆衡量存储器的主要因素：存储器访问速度、存储容量和存储器的价格;◆存储器的介质：半导体、磁介质和光存储器.◆存储器的组成：存储芯片+控制电路(存储体+地址寄存器+数据缓冲器+时序控制）;◆存储体系结构从上层到下层离CPU越来越远、存储量越来越大、每位的价格越来越便宜，而且访问的速度越来越慢存储器系统分布在计算机各个不同部件的多种存储设备组成，位于CPU内部的寄存器以及用于CU的控制寄存器。
内部存储器是可以被处理器直接存取的存储器,又称为主存储器，外部存储器需要通过I/O模块与处理器交换数据,又称为辅助存储器，弥补CPU处理器速度之间的差异还设置了CACHE，容量小但速度极快,位于CPU和主存之间，用于存放CPU 正在执行的程序段和所需数据。
整个计算机的存储器体系结构：通用寄存器堆—指令和数据缓冲栈—Cache（静态随机存储器RAM）—主存储器(动态随机存储器DRAM）—联机外部存储器（磁盘存储器)—脱机外部存储器(磁带、光盘存储器) 通常衡量主存容量大小的单位是字节或者字,而外存的容量则用字节来表示。
字是存储器组织的基本单元,一个字可以是一个字节，也可以是多个字节。
信息存取方式：信息的存取方式影响到存储信息的组织，常用的有4种，◆顺序存取存储器的数据是以记录的形式进行组织，对数据的访问必须按特定的线性顺序进行.磁带存储器的存取方式就是顺序存取。
◆直接存取共享读写装置，但是每个记录都有一个唯一的地址标识，共享的读写装置可以直接移动到目的数据块所在位置进行访问。
因此存取时间也是可变的。
磁盘存储器采用的这种方式。
◆随机存取存储器的每一个可寻址单元都具有唯一地址和读写装置，系统可以在相同的时间内对任意一个存储单元的数据进行访问，而与先前的访问序列无关。
存储器的层次结构及组成原理
存储器的层次结构及组成原理一、引言存储器是计算机中非常重要的组成部分，它用于存储和读取数据。
随着计算机技术的发展，存储器也在不断地升级和改进。
存储器的层次结构是指不同类型的存储器按照速度、容量和成本等方面的差异被组织成一种层次结构。
本文将介绍存储器的层次结构及其组成原理。
二、存储器的层次结构1. 存储器分类根据存取速度不同，可将存储器分为主存（RAM）、高速缓存（Cache）、二级缓存、三级缓存等多级缓存以及辅助存储器（ROM、磁盘等）。
2. 层次结构主要分为三个层次：CPU内部高速缓冲寄存器（L1 Cache）、CPU外部高速缓冲寄存器（L2 Cache）和主内存（RAM）。
3. 层次结构优点层次结构能够充分利用各种类型的硬件设备，使得计算机系统能够更加高效地运行。
在执行指令时，CPU首先从最快的L1 Cache中查找数据，如果没有找到，则会查找L2 Cache，最后才会查找主内存。
这样的层次结构设计可以大大提高CPU访问数据的速度，减少CPU等待的时间。
三、存储器的组成原理1. 静态随机存取存储器（SRAM）SRAM是一种使用静电场来存储数据的存储器。
它由多个存储单元组成，每个单元由一个触发器和两个传输门组成。
SRAM的读写速度非常快，但是它比较昂贵，并且需要更多的电源。
2. 动态随机访问存储器（DRAM）DRAM是一种使用电容来存储数据的存储器。
它由多个存储单元组成，每个单元由一个电容和一个开关组成。
DRAM比SRAM更便宜，但是读写速度相对较慢。
3. 双倍数据率SDRAM（DDR SDRAM）DDR SDRAM是一种高速内存技术，可以在每个时钟周期传输两次数据。
这使得DDR SDRAM比普通SDRAM更快。
4. 图形双倍数据率SDRAM（GDDR SDRAM）GDDR SDRAM是一种专门为图形处理器设计的高速内存技术。
它具有更高的频率和带宽，适用于处理大量图像和视频数据。
5. 闪存闪存是一种非易失性存储器，可以在断电时保存数据。
MCS-51单片机的存储器组织结构
MCS-51 单片机的存储器组织结构
特点：哈佛结构，程序存储器与数据存储器分开，两者各有一个相互独
立的64K(0x0000 ~ 0xFFFF)的寻址空间(准确地说，内部数据存储器与外部数据存储器不是一回事)。
程序存储器：
①用于存放程序(可执行的二进制代码映像文件，包括程序中的数据信息)，还包括初始化代码等固件。
②为只读存储器。
注意，这里的只读，是指单片机(CPU)在正常工作时对其的访问方式是只读的;而现在大多数单片机的程序存储器(不管是内部还
是外部)都采用了FLASH ROM，来取代以前所用的ROM、E2PROM 等，可方便地进行在线编程(ISP)。
③标准8051 的内部程序存储器大小为4KB(0x0000 ~ 0x0FFF);而具体的
51 核的兼容单片机的内部ROM 大小需要参考其Datasheet，例如
P89C51RA2xx 的内部程序存储器是8K 的Flash。
④内部、外部存储器统一编址，在软件设计上(指令系统中)没有差别;是否使用外部程序存储器是通过引脚EA 在硬件电路上控制的：不使用外部程
序存储器时，EA=0(接地);如果扩展了外部程序存储器，则使EA=1，当寻址
到内部存储空间以外时，会自动转向外部程序存储器空间(与扩展外部程序存。
第2章51系列单片机系统结构2.2存储器组织
字节 地址 80H
复位后 初值 FFH
I/O 端口 0(P0 口)
*I/O 端口 1(P1 口)
P1
P1.7 A7H
90H
FFH
*I/O 端口 2(P2 口)
P2
P2.7 B7H P3.7
A0H
FFH
*I/O 端口 3(P3 口) 串行数据缓冲 *串行控制 电源控制及 波特率选择 从地址寄存器 从地址掩蔽寄存器
(1) 工作寄存器区。该区域容量为32个字节，分为 四个区，每区8个字节，对应R0～R7寄存器名。 因此，R0的物理地址可能是00H，也可能是08H、 10H 或18H；同理，R1的物理地址可能是01H， 也可能是09H、11H或19H。 任何时候都只能选择四个工作寄存器区中的一个区 作为当前工作寄存器区，当前工作寄存器区由程序 状态字寄存器PSW的b4(RS1)、b3(RS0)位确定，具 体情况4、b3位 当前区 寄存器R7～R0地址 00 0区 07H～00H 01 1区 0FH～08H 10 2区 17H～10H 11 3区 1FH～18H 由于复位后PSW的b4、b3位为00，因此复位后将选择0 区作为当前工作寄存器区。 修改PSW的b4、b3位即可选择不同的工作寄存器区，这 有利于快速保护现场，提高程序执行效率和中断的响应速 度。
SFR 寄存器名 累加器 B 寄存器 助功能寄存器 助功能寄存器 1 时钟控制寄存器 堆栈指针 数据指针低 8 位 数据指针高 8 位 *程序状态字 符号 b7 Acc B AUXR AUXR1 CKCON SP DPL DPH PSW D7H Cy AFH EA BFH IP — IPH — E7H F7 — — —
哈佛体系结构的程序存储器与数据存储器都拥有自己独立 的总线和寻址空间（典型的如DSP，TI的C5000系列）
chap-(5)
思考题：
8086/8088CPU在响应外界中断请求后，需要 进入中断响应周期，分析该周期有什么特点？
8086的中断响应要用两个总线周期。如果在前一个总 线周期中，CPU接收到外界的中断请求信号，而中断允许标 志IF正好为1，并且正好一条指令执行完毕，那么，CPU会 在当前总线周期和下一个总线周期中，从 INTA引腿上往外 设接口各发一个负脉冲。这两个负脉冲都将从T2一直维持 到T4状态开始。外设接口收到第二个负脉冲以后，立即把 中断类型码送到数据总线的低8位D7~D0上，通过CPU的地址 /数据引腿AD7~AD0传输给CPU。这两个总线周期的其余时间 ， AD7~AD0是浮空的。
D15~D0 D15~D8 D7~D0
A19~A1 A0 BHE
SEL A19~A1
高8位奇库
SEL A19~A1
低8位偶库
512K * 8 D15~D8
D15~D8 D7~D0
512K * 8 D7~D0
8086与存储器连接
2.2.3
8086CPU的存储器组织
二、8086存储器的奇偶库结构
• 分别从奇偶库中读取一个字节，该当如何？
2.2.3
8086CPU的存储器组织
一、存储器的标准结构——存储器单元结构
数据段
• 8086CPU 一次可访问16位
0200 0201 0202 0203
0204 0205 0206
0 1 4 9 16 25 36
数据，即两个存储单元；
• 通常，多个字节的数据存
放规则是：
高位在高端
低位在低端
2.2.3
2.3
8086CPU的总线操作时序
二、存储器的读周期时序
例：MOV AL,[1001H] ;M/IO=1
微机原理2-1：8088CPU内部结构、寄存器组、存储器组织
逻辑地址
地址加法器
将16位的逻辑地址转换为20位的物 理地址，具体操作过程为：先将段寄存 器提供的16位段地址左移四位，低位补0，
恢复为20位地址，然后与由各种寻址方
式提供的16位偏移地址相加，即得到20 位的物理地址。
26
逻辑地址
• 物理地址： • 逻辑地址： 20 位 段基址 （段寄存器的内容）16位 偏移地址（字节距离）16位
控制 累加器 标志寄存器
暂存器
ALU
2
8088/8086的功能结构
16位微处理器也具有以上结构中的基本单元， 但更为复杂。 以8088为例讲解16位微处理器的功能结构。 8088是8086的简化版本。
3
地址加法器
AH AL BL CL DL SP B P DI SI 数据总线 暂存寄存 器
用于串操作指令中，控制地址的变化方向：
设置DF＝0，串操作后存储器地址自动增量（增址） ； 设置DF＝1，串操作后存储器地址自动减量（减址） 。 串：存储器中一序列字或字节单元
串操作——对序列字或字节单元中的内容进行某种操作 ， 比如：将一个字符串从源区传送到目的区 。
MOVS——串传送指令 CMPS——串比较指令 SCAS— —串扫描指令 LODS——装入串指令 STOS——存储 串指令
外存主要指用来长久保存数据的外部存储介质， 常见的有硬盘、光盘、磁带、U盘等。外存的数据 只能通过主存间接地与CPU交换数据
3AH + 7CH＝B6H AAH + 7CH＝（1）26H 没有进位：CF=0 有进位：CF=1
例如（以8位运算为例，8088中为16位）：
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溢出标志OF（Overflow Flag）
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异常优先级
如果同时发生两个或更多异常，一个固定的 优先级系统决定它们被处理的顺序：
异常类型
优先级
复位
1（最高优先级）
数据中止
2
FIQ
3
优 先
IRQ
4
级 降
预取中止
5
低
未定义指令
6
SWI
7（最低优先级）
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ARM的存储数据类型
ARM指令系统属于RISC指令系统。标准的ARM指令每条都是 32位长，有些ARM核还可以执行Thumb指令集，该指令集是 ARM指令集的子集，每条指令只有16位。
ARM处理器一般支持下列6种数据类型： (1) 8位有符号字节类型数据； (2) 8位无符号字节类型数据； (3) 16位有符号半字类型数据； (4) 16位无符号半字类型数据； (5) 32位有符号字类型数据； (6) 32位无符号字类型数据；
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ARM存储器管理单元MMU
实现虚拟地址空间到物理存储空间的映射； 存储器访问权限的控制； 设置虚拟存储空间的缓冲特性。
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ARM微处理器的应用选型
1.ARM微处理器内核的选择
用户如果希望使用WinCE或标准Linux等操作系统以减少 软件开发时间，就需要选择ARM720T以上带有MMU（Memory Management Unit）功能的ARM芯片，ARM720T、ARM920T、 ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都带有MMU功能。
存储器组织形式
TONY 2012 TM
1
ARM异常和中断 异常处理模式 ARM的异常中断响应过程 ARM的存储数据类型 存储器组织 ARM存储器管理单元MMU ARM微处理器的应用选型
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ARM异常和中断
异常(exception)由内部或外部源产生以引起处理器处理一 个事件。例如，外部中断或试图执行未定义指令都会引起异 常。在处理异常之前，处理器状态必须保留，以便在异常处 理程序完成后，原来的程序能够重新执行。同一时刻可能出 现多个异常。
CPSR[5] = 0
／*在ARM状态执行*／
if <exception mode> = Reset or FIQ then
CPSR[6] = 1
／*禁止快速中断*／
／*否则CPSR[6]不变*／
CPSR[7] = 1
／*禁止正常中断*/
PC = exception vector address
当处理异常返回时，将SPSR传送到CPSR，R14传送到PC。这可用两 种方法自动完成，即使用带S位的数据处理指令，将PC作为目的寄存 器；使用带恢复CPSR的多加载指令。
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•ARM的异常中断响应过程
当异常出现时，异常模式分组的R14和SPSR用于保存状态，即
R14_<exception mode> = return link
SPSR_<exception_mode> = CPSR
CPSR[4:0] = exception mode number
而ARM7TDMI则没有MMU，不支持Windows CE和标准Linux，但 目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系统可运行于 ARM7TDMI硬件平台之上。
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2.系统的工作频率
系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器 的处理能力。ARM7系列微处理器的典型处理速度为 0.9MIPS/MHz，常见的ARM7芯片系统主时钟为20MHz133MHz，ARM9系列微处理器的典型处理速度为 1.1MIPS/MHz，常见的ARM9的系统主时钟频率为100MHz233MHz，ARM10最高可以达到700MHz。
高地 址 31 8
4
0 低地 址
24 23
9
5 1
16 15
87
10
6
2
0
11
7 3
字地 址 8
4
0
小端模式
低地址中存放字数据的低字节
高地址中存放字数据的高字节
高地 址 31
24 23
16 15
87
0 字地 址
11
10
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8
8
7
6
5
4
4
3
2
1
0
0
低地 址
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Tony vopo123@
TM
16
16
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17
17
0x8002 0x23
00100011
0x8002 0x45
01000101
0x8003 0x01
00000001
0x8003 0x67
01100111
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ARM的存储器层次
寄存器组 片上RAM 片上Cache 主存储器 硬盘
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示例
A. 小端存储法(0x01234567)
地址 数据（16进制表示） 数据（二进制表示）
0x8000 0x67
01100111
0x8001 0x45
01000101
B. 大端存储法
地址 数据（16进制表示） 数据（二进制表示）
0x8000 0x01
00000001
0x8001 0x23
00100011
模式 正常地址
高端向量地址
管理 0x00000000 0xFFFF0000 未定义 0x00000004 0xFFFF0004 管理 0x00000008 0xFFFF0008 中止 0x0000000C 0xFFFF000C
中止 0x00000010 0xFFFF0010
IRQ 0x00000018 0xFFFF0018 FIQ 0x0000001C 0xFFFF001C
ARM支持7种类型的异常。表列出了异常的类型以及处理这些 异常的处理器模式。异常出现后，强制从异常类型对应的固 定存储器地址开始执行程序。这些固定的地址称为异常向量 (Exception Vectors)。
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异常处理模式
异常类型 复位 未定义指令 软件中断（SWI） 预取中止（取指令存储器中止） 数据中止（数据访问存储器中止） IRQ（中断） FIQ（快速中断）
所有Thumb指令都是16位指令时，并且以2个字节为边界。
ARM协处理器可以支持另外的数据类型，包括一套浮点数 据类型，ARM的核并没有明确的支持。
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•存储器组织
大端模式 字数据的高位字节存储在低地址中 字数据的低字节则存放在高地址中
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4.片内外围电路的选择
除ARM微处理器核以外，几乎所有的ARM芯片均根据各 自不同的应用领域，扩展了相关功能模块，并集成在芯片 之中，我们称之为片内外围电路，如USB接口、IIS接口、 LCD控制器、键盘接口、RTC、ADC和DAC、DSP协处理器 等，设计者应分析系统的需求，尽可能采用片内外围电路 完成所需的功能，这样既可简化系统的设计，同时提高系 统的可靠性。
不同芯片对时钟的处理不同，有的芯片只需要一个主时 钟频率，有的芯片内部时钟控制器可以分别为ARM核和 USB、UART、DSP、音频等功能部件提供不同频率的时钟。
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TM14143.芯片内存储器的容量
大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都不太大， 需要用户在设计系统时外扩存储器，但也有部分芯片具有 相对较大的片内存储空间，如ATMEL的AT91F40162就具有 高达2MB的片内程序存储空间，用户在设计时可考虑选用 这种类型，以简化系统的设计。
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有些ARM处理器不支持半字和有符号字节数据类型。在ARM 内部，所有指令都是32操作数据。短的数据数据类型只有 在数据传送类指令中才被支持当1个字节数据取出后，被 扩展到32位，在内部数据处理时，作为32位的值进行处 理，并且ARM指令以字为边界。