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ARMアーキテクチャ

出典しゅってん: フリー百科ひゃっか事典じてん『ウィキペディア（Wikipedia）』
（STM32から転送てんそう）
ARMアーキテクチャ
開発かいはつ者しゃ ARMホールディングス
ビット数すう 32ビット、64ビット
発表はっぴょう 1983年ねん
バージョン ARMv9[1]
デザイン RISC
タイプ Register-Register
エンコード Fixed
ブランチ Condition code
エンディアン Bi
拡張かくちょう Thumb, Jazelle, VFP, NEON, SVE, SME
レジスタ
16（32ビット）、31（64ビット）

ARMアーキテクチャ（アーム[2][3][4][5]アーキテクチャ） とは、ARMホールディングスの事業じぎょう部門ぶもんであるARM Ltd.により設計せっけい・ライセンスされているアーキテクチャである。組くみ込こみ機器ききや低てい電力でんりょくアプリケーションからスーパーコンピューターまで様々さまざまな機器ききで用もちいられている。

概要がいよう

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ARMアーキテクチャは消費しょうひ電力でんりょくを抑おさえる特徴とくちょうを持もち、低てい消費しょうひ電力でんりょくを目標もくひょうに設計せっけいされるモバイル機器ききにおいて支配しはい的てきとなっている。本ほんアーキテクチャの命令めいれいセットは「（基本きほん的てきに）固定こてい長ちょうの命令めいれい」「簡素かんそな命令めいれいセット」というRISC風ふうの特徴とくちょうを有ゆうしつつ、「条件じょうけん実行じっこう、定数ていすうシフト/ローテート付つきオペランド、比較的ひかくてき豊富ほうふなアドレッシングモード」といったCISC風ふうの特徴とくちょうを併あわせ持もつのが特徴とくちょう的てきだが、これは初期しょきのARMがパソコン向むけに設計せっけいされた際さい、当時とうじの同どう程度ていどの性能せいのうのチップとしてはかなり少すくないゲート数すう（約やく25,000トランジスタ）で実装じっそうされたチップの多おおくの部分ぶぶんを常つねに活用かつようする設計せっけいとして工夫くふうされたもので、回路かいろの複雑ふくざつさを増まさないという方向ほうこう性せいだというように見みれば、CISC風ふうの特徴とくちょうというよりむしろRISC風ふうの特徴とくちょうとも言いえる。このような設計せっけいが、初期しょきの世代せだいの実装じっそうにおいて、（性能せいのうの割わりに）低てい消費しょうひ電力でんりょく、小ちいさなコア、（RISCとしては）高たかいコード密度みつどといった優すぐれた特性とくせいに結むすびつき、広ひろく普及ふきゅうする原動力げんどうりょくとなった。

2005年ねんの時点じてんで、ARMファミリーは32ビット組込くみこみマイクロプロセッサ（乃至ないし、特とくにマイクロコントローラ）のおよそ75%を占しめ[6]、全ぜん世界せかいで最もっとも使用しようされている32ビットCPUアーキテクチャである[要よう出典しゅってん]。ARMアーキテクチャに基もとづくCPUコアは、PDA・携帯けいたい電話でんわ・メディアプレーヤー・携帯けいたい型がたゲーム・電卓でんたくなどの携帯けいたい機器ききから、ハードディスク・ルータなどのPC周辺しゅうへん機器ききまで、あらゆる電子でんし機器ききに使用しようされる。2015年ねん現在げんざい、携帯けいたい電話でんわでは9割わり超ちょうのシェアがある[7]。

携帯けいたい機器ききや電子でんし機器ききの高性能こうせいのう化かに伴ともないARMコアの出荷しゅっか数すうは加速度かそくど的てきに伸のびており、2008年ねん1月がつの時点じてんで100億おく個こ以上いじょう[8]、2010年ねん9月がつの時点じてんで200億おく個こ以上いじょう[9]が出荷しゅっかされている。ARMアーキテクチャを使用しようしたプロセッサの例れいとしては、テキサス・インスツルメンツのOMAPシリーズやマーベル・テクノロジー・グループのXScale、NVIDIAのTegra、クアルコムのSnapdragon、フリースケールのi.MXシリーズ、ルネサス エレクトロニクスのRZファミリ、Synergyなどがある。

既存きそんのARMプロセッサは組くみ込こみとクライアントシステムに特とく化かしていたため全すべて32ビットであるが、顧客こきゃくからは電力でんりょく効率こうりつに優すぐれるARMアーキテクチャのサーバへの応用おうようを望のぞむ声こえが高たかまり[要よう出典しゅってん]、ARM社しゃは2011年ねん10月がつ27日にち、ARMの64ビット拡張かくちょうであるAArch64(ARM64)を実装じっそうしたARMv8アーキテクチャを発表はっぴょうした[10]。

歴史れきし

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ARMの起源きげんは、1980年代ねんだい初頭しょとうのイギリスのコンピュータ業界ぎょうかいに見出みいだすことができる。1983年ねん、イギリスのエイコーン・コンピュータ(Acorn Computers、エイコーン)が画期的かっきてきなプロジェクト、Acorn RISC Machine（ARM）を開始かいしした。このプロジェクトは、BBC Microの成功せいこうを受うけて、エイコーンが次世代じせだいマシンの開発かいはつを目指めざす中なかで生うまれた。当時とうじ、エイコーンは既存きそんの6502プロセッサの性能せいのう限界げんかいに直面ちょくめんしており、より効率こうりつ的てきで低てい消費しょうひ電力でんりょくのプロセッサ、具体ぐたい的てきには高性能こうせいのうな32ビットプロセッサの開発かいはつが急務きゅうむとなっていた[11]。

プロジェクトの中心ちゅうしんとなったのは、ソフィー・ウィルソン(Sophie Wilson)とスティーブ・ファーバー(Steve Furber)を含ふくむ少数しょうすうの技術ぎじゅつ者しゃたちだった。ウィルソンは命令めいれいセットアーキテクチャの設計せっけいを担当たんとうし、ファーバーはハードウェア設計せっけいをリードした。彼女かのじょらは、バークレーRISC（英語えいご版ばん）とスタンフォード大学だいがくの研究けんきゅうに影響えいきょうを受うけ、RISC（縮小しゅくしょう命令めいれいセットコンピューティング）アーキテクチャを採用さいようすることを決定けっていした。RISCアーキテクチャの単純たんじゅんな命令めいれいセットにより、高速こうそくで効率こうりつ的てきな処理しょりの実現じつげんが期待きたいされた[11]。

開発かいはつプロセスは綿密めんみつに進すすめられた。まず、既存きそんの商用しょうようプロセッサの性能せいのうを詳細しょうさいに分析ぶんせきし、次つぎにシミュレータを使用しようして新あたらしいアーキテクチャをテストした[11]。

開発かいはつチームはVLSI Technology（英語えいご版ばん）社しゃを「シリコンパートナー」として選えらび、エイコーンが設計せっけいを提供ていきょうし、VLSIがレイアウトと製造せいぞうを担当たんとうした。1985年ねん4月がつ26日にちに受うけ取とった最初さいしょのARMシリコンチップは正常せいじょうに動作どうさし、これが「ARM1」と呼よばれるバージョンで、6MHzで動作どうさしていた。このARM1は、BBC Micro用ようのセカンドプロセッサとして初はじめて実用じつよう化かされ、サポートチップ(MEMC (MEMory Controller), VIDC (VIDeo and sound Controller), IOC (Input Output Controller))の開発かいはつを促進そくしんし、ARM2の開発かいはつにも使用しようされた[12] 。また、BBC BASIC（英語えいご版ばん）は後のちにアセンブリ言語げんごで書かき直なおされ、これにより命令めいれいセットに精通せいつうした開発かいはつ者しゃたちは非常ひじょうに高密度こうみつどなコードを作成さくせいすることができた。このARM版ばんBBC BASICは、ARMエミュレータのテストにおいても非常ひじょうに優すぐれたベンチマークとなった[11]。

このARM1でのシミュレーション結果けっかを元もとに、1986年ねん末まつにARM2が8MHzで登場とうじょうし、翌年よくねんには10〜12MHzで動作どうさするバージョンがリリースされた。ARM2には大おおきなアーキテクチャの改良かいりょうが施ほどこされ、以前いぜんはソフトウェアで処理しょりされていた乗算じょうざんが、ブースの乗算じょうざんアルゴリズムによりハードウェアで実装じっそうされた。また、新あらたに追加ついかされた「FIQ（Fast Interrupt reQuest）モード」により、割わり込こみ処理しょり時じにレジスタ8〜14が自動的じどうてきに置おき換かえられるようになり、割わり込こみ処理しょりが高速こうそく化かされた[11]。

ARM2は、1987年ねんに発売はつばいされたAcorn Archimedesシリーズのパーソナルコンピュータ（A305、A310、A440）で初はじめて使用しようされた。Dhrystoneベンチマークによれば、ARM2は7MHzで動作どうさするMC68000ベースのシステム（AmigaやMacintosh SEなど）に比くらべ約やく7倍ばいの性能せいのうを誇ほこり、16MHzのIntel 80386とほぼ同等どうとうの速度そくどを持もっていた。高価こうかなSun SPARCやMIPS R2000のRISCベースワークステーションに次つぐ性能せいのうを示しめしながらも、デスクトップパソコンと同どう程度ていどの価格かかくで提供ていきょうされた。ARM2は、高速こうそくI/Oに対応たいおうするよう設計せっけいされ、他たのシステムに見みられるDMAコントローラのようなサポートチップを省略しょうりゃくし、設計せっけいを大幅おおはばに簡略かんりゃく化かしたことで、ワークステーション並なみの性能せいのうを手頃てごろな価格かかくで実現じつげんした[11]。

ARM2は32ビットのデータバス、26ビットのアドレス空間くうかん、そして16個この32ビットレジスタ（プログラムカウンタを含ふくむ）を備そなえていた。ARM2のトランジスタ数すうはわずか30,000個こで、Motorola 68000の68,000個こと比くらべて非常ひじょうに少すくなかった。この簡素かんそ化かは、ARM2がマイクロコードを持もたないことや、キャッシュを搭載とうさいしていないことによるもので、その結果けっか、低てい消費しょうひ電力でんりょくと簡単かんたんな熱処理ねつしょりが可能かのうとなった。それでも、ARM2は1987年ねんのIBM PS/2シリーズに搭載とうさいされたIntel 80286やIntel 386に比くらべ、優すぐれた性能せいのうを提供ていきょうしていた。

後継こうけい機きであるARM3は、4KBのキャッシュを搭載とうさいし、さらなる性能せいのう向上こうじょうを実現じつげんした。

1980年代ねんだい後半こうはん、Apple Computer（現げん:Apple）はエイコーンと共同きょうどうで新あたらしいARMコアの開発かいはつに取とり組くんだ。この作業さぎょうは非常ひじょうに重要じゅうよう視しされていたため、エイコーンは1990年ねんに開発かいはつチームをスピンオフしてAdvanced RISC Machinesという新しん会社かいしゃを設立せつりつした。このため、ARMは本来ほんらいのAcorn RISC MachineではなくAdvanced RISC Machineの略りゃくであるという説明せつめいをよく見みかけることになる。Advanced RISC Machinesは、1998年ねんにロンドン証券しょうけん取引とりひき所しょとNASDAQに上場じょうじょうした際さい、ARM Limitedとなった。

この経緯けいいにより、ARM6が開発かいはつされた。1991年ねんに最初さいしょのモデルがリリースされ、AppleはARM6ベースのARM610をApple Newtonに採用さいようした。

これらの変化へんかを経へてもコアは大体だいたい同おなじサイズに収おさまっている。ARM2は30000個このトランジスタを使用しようしていたが、ARM6は35000個こにしか増ふえていない。そこにあるアイデアは、エンドユーザーがARMコアと多おおくのオプションのパーツを組くみ合あわせて完全かんぜんなCPUとし、それによって古ふるい設備せつびでも製造せいぞうでき、かつ安価あんかに高性能こうせいのうを得えられる、というものである。

このARM6の改良かいりょう版ばんであるARM7も、ARM6を採用さいようした製品せいひん群ぐんに引ひき続つづき採用さいようされたほか、普及ふきゅう期きに入はいりつつあった携帯けいたい電話でんわにも広ひろく採用さいようされたことから、今日きょうのARMの礎いしずえともなった。

さらに、新しん世代せだいのARMv4アーキテクチャに基もとづいてARM7を再さい設計せっけいしたものがARM7TDMIである。ARM7TDMIはThumb命令めいれい（後述こうじゅつ）を実装じっそうし、低てい消費しょうひ電力でんりょくと高たかいコード効率こうりつを両立りょうりつする利点りてんを備そなえていたことから、ライセンスを受うけた多おおくの企業きぎょうによって製品せいひん化かされ、特とくに携帯けいたい電話でんわやゲームボーイアドバンスといった民生みんせい機器ききに採用さいようされたことから、莫大ばくだいな数かずの製品せいひんに搭載とうさいされた。なお、TDMIとはThumb命令めいれい、デバッグ (Debug) 回路かいろ、乗算じょうざん器き (Multiplier)、ICE機能きのうを搭載とうさいしていることを意味いみしている。しかし、これより後のちのコアには全すべてこれらの機能きのうが標準ひょうじゅん的てきに搭載とうさいされるようになったため、この名称めいしょうは省はぶかれている。

DECはARMv4アーキテクチャの設計せっけいのライセンスを得えてStrongARMを製造せいぞうした。233MHzでStrongARMはほんの1Wの電力でんりょくしか消費しょうひしない（最近さいきんのバージョンはさらに少すくない）。この業績ぎょうせきは後のちに訴訟そしょうの解決かいけつの一環いっかんとしてインテルに移管いかんされ、インテルはこの機会きかいを利用りようして古ふるくなりつつあったi960をStrongARMで補強ほきょうすることにし、それ以降いこうXScaleという名なで知しられる高性能こうせいのうの実装じっそうを開発かいはつした。

以後いごも、StrongARMの技術ぎじゅつのフィードバックを受うけたARM9やARM10を経へて、NECとの提携ていけいなどによって携帯けいたい電話でんわ向むけプロセッサとしての地位ちいを確固かっこたるものにしたARM11をリリースする。

2005年ねんには製品せいひんラインナップを一新いっしんし、高機能こうきのう携帯けいたい電話でんわなどのアプリケーションプロセッサ向むけであるCortex-A、リアルタイム制御せいぎょ向むけであるCortex-R、組くみ込こみシステム向むけであるCortex-Mと、ターゲットごとにシリーズを分類ぶんるいした。なお、Cortexの末尾まつびに付つく文字もじは、社名しゃめいであるARMの一文字ひともじずつをそれぞれ割わり当あてたものである[13]。また、2012年ねん11月にはARM初はつとなる64ビットアーキテクチャによるプロセッサコアであるCortex-A50シリーズを発表はっぴょうした[14]。

ARMからIPコアのライセンス供与きょうよを受うけている主おもな企業きぎょうには、モトローラ、IBM、テキサス・インスツルメンツ、任天堂にんてんどう、フィリップス、Atmel、シャープ、サムスン電子でんし、STマイクロエレクトロニクス、アナログ・デバイセズ、MediaTek、パナソニック、クアルコム、マーベル・テクノロジー・グループなどがある。

ARMチップは世界せかいで最もっともよく使つかわれているCPUデザインの一ひとつとなっており、ハードディスク、携帯けいたい電話でんわ、ルータ、電卓でんたくから玩具おもちゃに至いたるまであらゆる製品せいひんの中なかに見みることができる。32ビット組くみ込こみCPUで圧倒的あっとうてきなシェアを占しめ、2004年ねんの世界せかいシェアは61%であった[15]。

主おもな採用さいよう製品せいひん

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ARM6

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  • ARM60 CPU (VY86C06020FC-2)

    ARM60 CPU (VY86C06020FC-2)
  • ARM60 CPU (P60ARM)

    ARM60 CPU (P60ARM)

ARM7/7E

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  • 携帯けいたい情報じょうほう端末たんまつ
  • 携帯けいたい電話でんわ
    • 一般いっぱん的てきなGSM携帯けいたい電話でんわ
    • cdmaOne携帯けいたい電話でんわ
    • 初期しょきの3G携帯けいたい電話でんわ（例れい：au CDMA 1X A1400番台ばんだいの一部いちぶを除のぞくA1000番台ばんだい・A3000番台ばんだい・A5500番台ばんだいを除のぞくA5000番台ばんだい。一部いちぶ例外れいがい除のぞく）
  • 携帯けいたいゲーム機き
  • 携帯けいたい音楽おんがくプレーヤー
  • 電卓でんたく
    • HP 20b / HP 30b
  • その他た

ARM9/9E

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ARM11/11E

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  • 2007年ねん頃ころから採用さいようされるようになる。発表はっぴょうは2002年ねん4月がつ29日にち[17]。
    • 7月がつ17日にち、東芝とうしばがARM1176JZF-S搭載とうさいの携帯けいたい電話でんわ用ようプロセッサ、TC35711XBGを発表はっぴょう。2008年ねん第だい2四半期しはんきより量産りょうさん開始かいし予定よてい。
  • NVIDIA Tegra
  • 携帯けいたい音楽おんがくプレーヤー
  • 携帯けいたい電話でんわ
    • T-Mobile G1
    • Qualcomm
      • MSM7500（EV-DO Rev.A対応たいおう携帯けいたい電話でんわ用ようチップセット。ARM9Eとのダブル実装じっそう）
      • MSM7600（EV-DO Rev.A対応たいおう携帯けいたい電話でんわ用ようチップセット。ARM9Eとのダブル実装じっそう）
    • NTTドコモのFOMA902iシリーズ以降いこうの携帯けいたい電話でんわ。905i以降いこうのSymbian採用さいよう機きはSH-4Aとダブル実装じっそう。
    • WS018KE (WILLCOM 9)（WILLCOM（ウィルコム）のPHS端末たんまつ）
    • Samsung S3C6400（ARM 1176JZ(F)-S v1.0）
      • iPhone 3G（412 MHzで駆動くどう）
  • タブレット・PDA
    • ノキア Internet Tablet N800
    • mylo COM-2
  • ゲーム機き
    • Zeebo (新興しんこう国こく向むけDL専用せんよう3Dゲーム機き)
  • シングルボードコンピュータ

Cortex-M3

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Cortex-A8

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  • 2009年ねん頃ころから採用さいようされるようになる。2010年ねん発売はつばいのAndroidスマートフォンは大だい多数たすうが採用さいよう。
  • NetWalker
  • Samsung S5PC100
    • iPhone 3GS（600 MHzで駆動くどう）
    • iPod touch (第だい3世代せだい)
  • Apple A4（Cortex-A8をもとにAppleとサムスンが携帯けいたい機器きき向むけに開発かいはつ）
  • シングルボードコンピュータ

Cortex-A9

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Cortex-A15

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  • タブレットは2012年ねんから、スマートフォンは2013年ねんから採用さいようされた。
  • サムスン電子でんしは1.7GHzのデュアルコア Exynos 5250 を2012年ねん10月がつ[18]から搭載とうさい商品しょうひんを販売はんばい開始かいし。メモリ帯域たいいき12.8GB/s[19]。
  • テキサス・インスルメンツは2GHzのデュアルコアで2012年ねん第だい3四半期しはんきから商品しょうひんを出荷しゅっか予定よてい[20]。
  • NVIDIA は Tegra 4 を2013年ねん第だい1四半期しはんきから出荷しゅっか予定よてい。
  • シングルボードコンピュータ

Cortex-A57

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  • 2012年ねん10月がつに64ビット ARMのCortex-A57, A53（コードネーム「Atlas」と「Apollo」）が発表はっぴょうされ[21]、2014年ねんに搭載とうさい商品しょうひん（Samsung Galaxy Note 4 など）が販売はんばい開始かいしされた。
  • AMD は2015年ねん下半期しもはんきにサーバー向むけ Opteron A1100 (Seattle) をリリース予定よてい[22][23]。
  • A57やA53では、8コアや全すべてのコア同時どうじ稼働かどうできる4+4コア（A57が4コア、A53が4コア）などが登場とうじょうした。

Cortex-A72

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  • 2015年ねん2月がつ3日にちに発表はっぴょうされ[24]、2015年ねんに搭載とうさい商品しょうひんが販売はんばいされる予定よてい[25]。Cortex-A57の後継こうけい製品せいひん。
  • Raspberry Pi 4　Model B に採用さいようされた。

Cortex-A73

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Cortex-A75

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Cortex-A76

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Cortex-A77

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Cortex-A78

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Cortex-X1

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  • 2020年ねん 5月26日にち にCortex-A78と共ともに発表はっぴょうされた。
  • Cortex-X Custom Programに基もとづき、Cortex-A78をベースに拡張かくちょうされている。


コアの性能せいのうと採用さいよう実績じっせき

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ARM社しゃ製せい

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ファミリー アーキテクチャ コア 特徴とくちょう キャッシュ (I/D)/MMU 性能せいのう MIPS @ MHz 採用さいよう製品せいひん
ARM1 ARMv1 ARM1 なし ARM Evaluation System second processor for BBC Micro
ARM2 ARMv2 ARM2 MUL（乗算じょうざん）命令めいれいを追加ついか
  • 4 MIPS @ 8 MHz
  • 0.33 DMIPS/MHz
 Acorn Archimedes, Chessmachine
ARMv2a ARM250 統合とうごうメモリコントローラ (MMU), Graphics and IO processor. SWAP命令めいれいを追加ついか なし, MEMC1a 7 MIPS @ 12 MHz Acorn Archimedes
ARM3 ARMv2a ARM2a ARMとしてはじめてのキャッシュの採用さいよう 4 KB 統合とうごう
  • 12 MIPS @ 25 MHz
  • 0.50 DMIPS/MHz
ARM6 ARMv3 ARM60 32ビットアドレス空間くうかんをサポート（それまでは26ビット） なし 10 MIPS @ 12 MHz 3DO, Zarlink GPS Receiver
ARM600 キャッシュ、コプロセッサバス（FPA10浮動ふどう小数点しょうすうてん演算えんざんユニット用よう） 4 KB 統合とうごう 28 MIPS @ 33 MHz
ARM610 キャッシュ、コプロセッサバスは無むし
  • 17 MIPS @ 20 MHz
  • 0.65 DMIPS/MHz
 Acorn Risc PC 600, Apple Newton 100シリーズ
ARM7 ARMv3 ARM700 8 KB 統合とうごう 40 MHz Acorn Risc PC 試作しさくCPUカード
ARM710 Acorn Risc PC 700
ARM710a
Acorn Risc PC 700, Apple Newton eMate 300
ARM7100 Integrated SoC. 18 MHz Psion Series 5
ARM7500 4 KB 統合とうごう 40 MHz Acorn A7000
ARM7500FE Integrated SoC. "FE"、FPA・EDOメモリコントローラを追加ついか
Acorn A7000+
ARM7TDMI v4T ARM7TDMI(-S) 3ステージ パイプライン なし 15 MIPS @ 16.8 MHz ゲームボーイアドバンス, ニンテンドーDS, iPod
ARM710T MMU 36 MIPS @ 40 MHz Psion 5 series, Apple Newton
ARM720T 8 KB 統合とうごうキャッシュ, MMU 60 MIPS @ 59.8 MHz
ARM740T MPU
v5TEJ ARM7EJ-S Jazelle DBX なし
ARM9TDMI v4T ARM9TDMI 5ステージ パイプライン
ARM920T 16 KB/16 KB, MMU 200 MIPS @ 180 MHz Armadillo, GP32,GP2X（マスタ）, en:Tapwave Zodiac (Motorola i. MX1)
ARM922T 8 KB/8 KB, MMU 200/250 MHz Cavium CNS2132 (Econa product lines), Cavium STR8132 (Econa evaluation board), Ritmo Torrent Box/Mini Lan Server/BT-Downloader (ZAP-LN-86BT)
ARM940T 4 KB/4 KB, MPU GP2X（スレーブ）
ARM9E v5TE ARM946E-S variable, tightly coupled memories (TCM), MPU
  • 231 MIPS @ 210 MHz
  • 74.47 MIPS @ 67.024 MHz
 ニンテンドーDS, ノキア N-Gage, Conexant 802.11 chips
ARM966E-S キャッシュレス, TCMs

ST Micro STR91xF, Ethernet内蔵ないぞう

ARM968E-S
v5TEJ ARM926EJ-S Jazelle DBX variable, TCMs, MMU 220 MIPS @ 200 MHz Mobile phones: ソニー・エリクソン・モバイルコミュニケーションズ（K, W シリーズ）, シーメンス and Benq（x65 シリーズ以降いこう）, テキサスインスツルメンツ OMAP1710
v5TE ARM996HS Clockless processor キャッシュレス, TCMs, MPU
ARM10E v5TE ARM1020E (VFP) 32 KB/32 KB, MMU
ARM1022E 16 KB/16 KB, MMU
v5TEJ ARM1026EJ-S Jazelle DBX variable, MMU or MPU
ARM11 v6 ARM1136J(F)-S SIMD, Jazelle DBX, (VFP) variable, MMU 1.25 DMIPS/MHz TI OMAP 2, NXP i.MX3
v6T2 ARM1156T2(F)-S SIMD, Thumb-2, (VFP) 1.54 DMIPS/MHz
v6KZ ARM1176JZ(F)-S SIMD, Jazelle DBX, (VFP) variable, MMU+TrustZone 1.25 DMIPS/MHz iPhone, iPhone 3G, Broadcom BCM2835
v6K ARM11 MPCore 1 – 4 core SMP, SIMD, Jazelle DBX, (VFP) variable, MMU 1.25 DMIPS/MHz（最大さいだい608 MHz） NVIDIA Tegra
SecurCore v6-M SC000 0.9 DMIPS/MHz
v4T SC100
v7-M SC300 1.25 DMIPS/MHz
Cortex-M v6-M Cortex-M0 マイクロコントローラ向むけ。M1はFPGA上じょうで動作どうさ。命令めいれいはM3のサブセット。Thumb-2 (BL, MRS, MSR, ISB, DSB, and DMB)対応たいおう。 0.9 DMIPS/MHz NXP LPC11xx, Triad Semiconductor, Melfas, 忠ちゅう北きたテクノパーク, Nuvoton, オーストリアマイクロシステムズ, ローム, SwissMicros GmbH (DM15, DM41等ひとし)
Cortex-M0+ 0.93 DMIPS/MHz NXP LPC81x, LPC82x, NXP S32K11x, Renesas RAファミリ, Renesas Synergy S1シリーズ
Cortex-M1 なし, tightly coupled memory optional.
  • 0.8 DMIPS/MHz[26]
  • 最大さいだい 136 DMIPS @ 170 MHz[27]（クロックはFPGA依存いぞん）
 Altera Cyclone III[28], Actel FPGA[29]
v7-M Cortex-M3 マイクロコントローラ向むけ（ハーバード・アーキテクチャ） キャッシュなし, (MPU) 1.25 DMIPS/MHz Texas Instruments Stellaris MCU, STMicroelectronics STM32, STMicroelectronics Accordo2, NXP LPC1000, NXP mbed, 東芝とうしば TX03, Luminary Micro, Ember EM3xx, Atmel AT91SAM3, Europe Technologies EasyBCU, Energy Micro EFM32, Actel SmartFusion, Renesas R-IN32
v7E-M Cortex-M4 マイクロコントローラ向むけ（ハーバード・アーキテクチャ）。M3にDSP追加ついか。モーター制御せいぎょ、FA/電力でんりょく制御せいぎょ、オーディオ/ビデオ処理しょりなど。 NXP Kinetis, NXP LPC43xx, NXP i.MX 6, 7, 8, NXP S32K14x, S32M, STMicroelectronics, Renesas RAファミリ, Renesas Synergy MCU (S3/S5/S7), Infineon TRAVEO
v7-M Cortex-M7 マイクロコントローラ向むけ（ハーバード・アーキテクチャ）。M4までの3段だんパイプラインから、スーパースカラ（デュアル）6段だんパイプラインとなり、命令めいれい/データ1次じキャッシュ、倍精度ばいせいど浮動ふどう小数点しょうすうてん演算えんざんを追加ついかするなど大幅おおはばに強化きょうかされた。クロック周波数しゅうはすうは最大さいだい800 MHz程度ていどまでをターゲットとしており、2017年ねん現在げんざい600 MHzで動作どうさする製品せいひんがある（NXP i.MX RT1050シリーズ）。

反面はんめん、M3,M4にあったBitBand機能きのうが削除さくじょされているなどの変更へんこう点てんもある。

L1 命令めいれい/データ 各かく0 – 64 KB, (MPU) 2.14 DMIPS/MHz[30][31] STMicroelectronics STM32 F7, Atmel SAM x7x, NXP i.MX RT1050, NXP i.MX 8M Nano, Plus, i.MX 95, NXP S32G, S32K, S32M274, 276, Infineon TRAVEO
v8-M Cortex-M23 マイクロコントローラ向むけ（ノイマン・アーキテクチャ） 0.98 DMIPS/MHz[32] Renesas Synergy S1JA, Renesas RA2A1, Renesas RA2L1, Microchip SAML10
Cortex-M33 マイクロコントローラ向むけ（ハーバード・アーキテクチャ） 1.50 DMIPS/MHz[33] Renesas RA6M4, Renesas RA4M3, STM32L5, NXP5500, NXP i.MX 8ULP, i.MX 9
Cortex-R v7-R Cortex-R4 リアルタイム/セーフティクリティカルな組くみ込こみシステム向むけ 可変かへんキャッシュ, MMUはオプション 1.66 DMIPS/MHz Texas Instruments TMS570, Broadcom, Renesas RZ/T, STMicroelectronics Accordo2
Cortex-R5 AMD/Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC
Cortex-R7 2.53 DMIPS/MHz
v8-R Cortex-R52 Renesas R-Car V4H, Renesas RZ/T2, NXP S32N, S32Z, S32E
Cortex-A（英語えいご版ばん） v7-A Cortex-A5 低ていコスト、低てい消費しょうひ電力でんりょく L1: 4 KB – 64 KB可変かへん, L2: オプション, メモリ管理かんりユニット, TrustZone 1.57 DMIPS/MHz (400 MHz – 800 MHz) Atmel SAMA5, PS-T328, Snapdragon S4 Play, Snapdragon 200
Cortex-A7 1 – 4マルチプロセッシング 浮動ふどう小数点しょうすうてん演算えんざん器き L2キャッシュメモリ4 MB（最高さいこう） メモリ管理かんりユニット, TrustZone, ラージ物理ぶつりアドレス拡張かくちょう 1.9 DMIPS/MHz ( – 1.5Ghz) Snapdragon S4 Play, Snapdragon 200, 208, 210, 212, 400, Allwinner A20, Allwinner A31, MediaTek MT6589, Broadcom BCM2836, Renesas R-Car H2, NXP i.MX 6, 7
Cortex-A8 アプリケーション向むけ, NEON, Jazelle RCT, Thumb-2 可変かへん (L1+L2), メモリ管理かんりユニット, TrustZone 2.0 DMIPS/MHz (600 MHz – 1 GHz) TI OMAP 3, Freescale i.MX 5, Apple A4, Samsung Exynos 3, Allwinner A1x, Rockchip RK29xx
Cortex-A9 アプリケーション向むけ, 1 – 4コア対称たいしょう型がたマルチプロセッシング, (VFP), (NEON), Jazelle RCT and DBX, Thumb-2, アウト・オブ・オーダー実行じっこう, 投機とうき的てき実行じっこう, スーパースケーラ メモリ管理かんりユニット, TrustZone 2.5 DMIPS/MHz (800 MHz – 2 GHz) TI OMAP 4, NXP i.MX 6, ST-Ericsson NovaThor U8500, NVIDIA Tegra 2, NVIDIA Tegra 3, NVIDIA Tegra 4i, STMicroelectronics SPEAr1300, ザイリンクス Zynq-7000, Apple A5, Rockchip RK3xxx, Samsung Exynos 4, HiSilicon K3V2, Kirin 910, MediaTek, Renesas RZ/A, Intel Cyclone V SoC FPGA
Cortex-A15 1 – 4コア対称たいしょう型がたマルチプロセッシング メモリ管理かんりユニット, TrustZone, ラージ物理ぶつりアドレス拡張かくちょう 3.5 DMIPS/MHz (1 GHz – 2.5 GHz) TI OMAP 5, Samsung Exynos 5, NVIDIA Tegra 4, NVIDIA Tegra K1, HiSilicon Kirin 920, Renesas APE6, Renesas R-Car H2, Renesas MP6530, Alpine AL-212
Cortex-A17 Rockchip RK3288
v8-A Cortex-A32 超ちょう小型こがた、低てい消費しょうひ電力でんりょく、電力でんりょく効率こうりつ重視じゅうし。IoT機器きき向むけ。32ビット命令めいれいセット。
Cortex-A35 低ていコスト、低てい消費しょうひ電力でんりょく、電力でんりょく効率こうりつ重視じゅうし。64ビット命令めいれいセット。 メモリ管理かんりユニット, TrustZone, 64bit仮想かそうアドレス, synchronization primitives。[34] MediaTek Helio X30, NXP i.MX 8
Cortex-A53 AArch64。暗号あんごう化か命令めいれい 2.3 DMIPS/MHz Snapdragon 410, 412, 415, 425, 610, 615, 617, 625, 808, 810, HiSilicon Kirin 620, 930, 935, Rockchip RK3368, MediaTek MT6732, 6735, 6737, 6737T, 6738, 6750, 6752, 6753, Helio P10, P20, P25, X10, X30, Renesas R-Car H3, AMD/Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC, NXP i.MX 8, NXP S32G, S32R, TI AM67, 67A, 65x, 64x, 62P, 62x, 62Ax
Cortex-A57 4.1 DMIPS/MHz Snapdragon 808, 810, Nvidia Tegra X1, Samsung Exynos 7, Alpine AL-324, Renesas R-Car H3
Cortex-A72 Snapdragon 618, 620, 650, 652, HiSilicon Kirin 950, 955, AWS Graviton, Marvell ARMADA 7K, 8K, NXP i.MX 8, TI AM68, 69, 68A, 69A, TI DRA82x, TI TDA4x
Cortex-A73 HiSilicon Kirin 960, MediaTek Helio X30
v8.2-A Cortex-A55 Renesas R-Car S4, NXP i.MX 9
Cortex-A75 L1D: 64 KB, メモリ管理かんりユニット, TrustZone, 64bit仮想かそうアドレス
Cortex-A76 4命令めいれいdecode Renesas R-Car V4H
Cortex-A77
Cortex-A78
Cortex-A78C[35]
v9.0-A Cortex-A510 Dimensity 9000, Snapdragon 7 Gen 1, Snapdragon 8 Gen1, Snapdragon 8 Gen2, Exynos 2200
Cortex-A710 Dimensity 9000, Snapdragon 7 Gen 1, Snapdragon 8 Gen1, Snapdragon 8 Gen2, Exynos 2200
Cortex-A715
v9.2-A Cortex-A520 コードネーム: Hayes
Cortex-A720 コードネーム: Hunter
Cortex-X v8.2-A Cortex-X1（英語えいご版ばん）
v9.0-A Cortex-X2 Dimensity 9000, Qualcomm Snapdragon 8 Gen 1, Exynos 2200
Cortex-X3（英語えいご版ばん） Dimensity 9200, Snapdragon 8 Gen 2
v9.2-A Cortex-X4（英語えいご版ばん）
Neoverse v8.2-A Neoverse E1
Neoverse N1 Ampere Altra, Altra Max, AWS Graviton2
v8.4-A Neoverse V1 AWS Graviton3
v9.0-A Neoverse E2
Neoverse N2
Neoverse V2 NVIDIA Grace

サードパーティー

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ファミリー アーキテクチャ 名称めいしょう 特徴とくちょう キャッシュ (I/D)/MMU 性能せいのう MIPS @ MHz 採用さいよう製品せいひん
StrongARM v4 SA-1 16 KB/8 – 16 KB, MMU 1.0 DMIPS/MHz (203 – 206 MHz)
XScale v5TE 80200/IOP310/IOP315 I/O Processor
80219
IOP321 en:Iyonix
IOP33x
PXA210/PXA250 Applications processor ザウルス SL-5600, SL-A300
PXA255 32 KB/32 KB, MMU 400 BogoMips @ 400 MHz en:Gumstix
PXA26x
PXA27x 800 MIPS @ 624 MHz HTC Universal, ザウルス SL-C1000,3000,3100,3200,Willcom W-ZERO3シリーズ WS003SH,WS004SH,WS007SH,WS011SH,WS020SH
PXA800(E)F
Monahans 1000 MIPS @ 1.25 GHz
PXA900 Blackberry 8700, Blackberry Pearl (8100)
IXC1100 Control Plane Processor
IXP2400/IXP2800
IXP2850
IXP2325/IXP2350
IXP42x en:NSLU2
IXP460/IXP465
Snapdragon v7-A Scorpion アプリケーション向むけ, 1 – 2コア対称たいしょう型がたマルチプロセッシング, VFPv3, NEON, Thumb-2, Jazelle RCT, アウト・オブ・オーダー実行じっこう, 投機とうき的てき実行じっこう 可変かへん(L1+L2), MMU, TrustZone 2.1 DMIPS/MHz (800 MHz – 1.5 GHz) Qualcomm Snapdragon S1, S2, S3 (第だい1 – 3世代せだい)
Krait アプリケーション向むけ, 1 – 4コア対称たいしょう型がたマルチプロセッシング, VFPv4 MMU, TrustZone 3.3 DMIPS/MHz ( – 2.5 GHz) Qualcomm Snapdragon S4 (第だい4世代せだい・S4 Playは除のぞく), 400/600/800 (第だい5世代せだい)
v8-A Kryo 64 KB/512 KB – 1 MB 6.3 DMIPS/MHz ( – 2.6 GHz) Qualcomm Snapdragon 820
Centriq v8-A Folker Centriq 2400
ARMADA v7-A Sheeva PJ4 アプリケーション向むけ, 1 – 4コア対称たいしょう型がたマルチプロセッシング, VFPv3, Wireless MMX2, Thumb-2 可変かへん(L1+L2), MMU, TrustZone 2.42 DMIPS/MHz ( – 1.5 GHz) Marvell ARMADA 500/600シリーズ
Sheeva PJ4B 組くみ込こみ向むけ, 1 – 4コア対称たいしょう型がたマルチプロセッシング, VFPv3, NEON, Wireless MMX2, Thumb-2 可変かへん(L1+L2), MMU, TrustZone 2.61 DMIPS/MHz ( – 1.6 GHz) Marvell ARMADA XP/370/1500
Apple Ax v7-A Swift アプリケーション向むけ, 2コア対称たいしょう型がたマルチプロセッシング, VFPv4 32 KB/32 KB 1.1 GHz, 1.4 GHz Apple A6, Apple A6X
v8-A Cyclone アプリケーション向むけ, 2コア, AArch64 64 KB/64 KB 1.3 GHz Apple A7
Cyclone gen 2 1.1 GHz, 1.4 GHz, 1.5 GHz Apple A8
Typhoon アプリケーション向むけ, 3コア, AArch64 1.5 GHz Apple A8X
Twister アプリケーション向むけ, 2コア, AArch64 2.23 GHz, 2.35 GHz Apple A9, Apple A9X
Hurricane, Zephyr アプリケーション向むけ, 2+2コア, AArch64 1.64 GHz, 2.33 GHz Apple A10 Fusion
アプリケーション向むけ, 3+3コア, AArch64 2.38GHz Apple A10X Fusion
Monsoon, Mistral アプリケーション向むけ, 2+4コア, AArch64 L1: 64 KB/64 KB, L2: 8 MB 2.39 GHz Apple A11 Bionic
Vortex, Tempest L1: 128 KB/128 KB, L2: 8 MB 2.49 GHz Apple A12 Bionic
アプリケーション向むけ, 4+4コア, AArch64 2.5GHZ Apple A12X Bionic, Apple A12Z Bionic
v8.3-A Lightning, Thunder アプリケーション向むけ, 2+4コア, AArch64 L1: 48 KB/48 KB, L2: 4 MB 2.65 GHz Apple A13 Bionic
v8.6-A Firestorm, Icestorm L1: 192 KB/64 KB, L2: 12 MB/4 MB 2.99 GHz Apple A14 Bionic
Apple M1 アプリケーション向むけ, 4+4コア, AArch64 3.2 GHz Apple M1
Apple M1 Pro アプリケーション向むけ, 6+2コア, 8+2コア, AArch64 Apple M1 Pro
Apple M1 Max アプリケーション向むけ, 8+2コア, AArch64 Apple M1 Max
Apple M1 Ultra アプリケーション向むけ, 16+4コア, AArch64 Apple M1 Ultra
Apple A15 Avalanche, Blizzard アプリケーション向むけ, 2+4コア, AArch64 3.23 GHz Apple A15
Apple M2 アプリケーション向むけ, 4+4コア, AArch64 L1: 192 KB/128 KB, L2: 16 MB/4 MB 3.5 GHz Apple M2
Apple M2 Pro アプリケーション向むけ, 6+4コア, 8+4コア, AArch64 L1: 192 KB/128 KB, L2: 32 MB/4 MB Apple M2 Pro
Apple M2 Max アプリケーション向むけ, 8+4コア, AArch64 Apple M2 Max
Apple A16 Everest, Sawtooth アプリケーション向むけ, 2+4コア, AArch64 L2: 16 MB/8 MB/24 MB 3.46 GHz Apple A16
Tegra K1 v8-A Denver 128 KB/64 KB Google Nexus 9, Xiaomi Mi Pad
Parker Denver 2.0 DRIVE PX2
Xavier Carmel DRIVE Xavier, Jetson AGX Xavier
Exynos v8-A Exynos M1 64 KB/2 MB

（4コアシェア）

Exynos 8890 (Exynos 8 Octa)
Exynos M2 Exynos 8895
Exynos M3 Exynos 9810

ARMv7-A, v8-A は以下いかの SoC で実装じっそうされている。

ARMアーキテクチャを採用さいようしているCPU/メーカ

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ARMホールディングスの概要がいようにあるように、ARMホールディングスはARMアーキテクチャの設計せっけいのみをしており、製造せいぞうは行おこなってはいない。ARMはIPコアとして各社かくしゃにライセンスされ、それぞれの会社かいしゃにおいて機能きのうを追加ついかするなどしてCPUとして製造せいぞうされる。製造せいぞうされたCPUはそのまま、あるいはボード上じょうに実装じっそう、もしくは製品せいひんに組くみ込こまれた形かたちで販売はんばいなどされる。

以下いかに『CPUそのもの』『ボード上じょうに実装じっそうしたもの』などCPUやボードのシリーズ名めいやブランド名めいなどが明確めいかくな主おもなメーカ名めい/CPU名めい/シリーズ名めい等とうを記きする。

32ビットARM

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命令めいれいセット

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ARM は RISC プロセッサであり、Thumb 命令めいれいではなく ARM 命令めいれいの場合ばあい、その命令めいれいセットは

  • 32ビット固定こてい長ちょう命令めいれい
  • ロード/ストアアーキテクチャ
  • 3オペランドのレジスタ間あいだ演算えんざん
  • 多おおくの命令めいれいが1サイクルで実行じっこう可能かのう

といった、多おおくの32ビットRISCプロセッサに共通きょうつうする特徴とくちょうが見みられる。

ARMプロセッサは、PC相対そうたいアドレッシングやプレ-/ポスト-インクリメント・アドレッシングモードなど、RISCとみなされる他ほかのアーキテクチャと比くらべ、豊富ほうふなアドレッシングモードを持もっている。

もう一ひとつ留意りゅういすべきことは、ARMの命令めいれいセットが時間じかんとともに増加ぞうかしているということである。例たとえば、初期しょきのARMプロセッサ（ARM7TDMIより以前いぜんのもの）は2バイトの値ねをロードする命令めいれいがなかった。

CPUモード

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32ビット ARM アーキテクチャはいくつかのCPUモードを持もつ。同時どうじには1つのモードにしかなれない。命令めいれいや外部がいぶからの割込わりこみなどでモードが切きり替かわる[36]。

ユーザーモード
唯一ゆいいつの非ひ特権とっけんモード。
高速こうそく割込わりこみモード
FIQ 割込わりこみが発生はっせいしたときに切きり替かわる特権とっけんモード。
割込わりこみモード
IRQ 割込わりこみが発生はっせいしたときに切きり替かわる特権とっけんモード。
スーパーバイザーモード
CPU がリセットされたときか SWI 命令めいれいが実行じっこうされたときに切きり替かわる特権とっけんモード。
アボートモード
プリフェッチアボートかデータアボート例外れいがいが発生はっせいしたときに切きり替かわる特権とっけんモード。
未定義みていぎモード
未定義みていぎ命令めいれいが実行じっこうされたときに切きり替かわる特権とっけんモード。
システムモード (ARMv4以降いこう)
これが唯一ゆいいつ例外れいがいが原因げんいんで切きり替かわるモードではない。CPSRレジスタにこのモードを書かくことによりこのモードに切きり替かえることが出来できる。
MONモード (要ようセキュリティ拡張かくちょう)
TrustZone 拡張かくちょうをサポートするために作つくられたモニターモード。
HYP 別名べつめい PL2 モード (ARMv7以降いこう)
仮想かそう化か拡張かくちょう、ハイパーバイザーモード。[37]

レジスタ

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レジスタ R0 から R7 は全すべての CPU モードで同一どういつ。これらは決けっしてバンクされない。

R13 と R14 はシステムモード以外いがいの全すべての特権とっけん CPU モードでバンクされる。独自どくじの R13 と R14 を持もつことにより例外れいがいからそれぞれのモードに切きり替かえられる。R13 はスタックポインタ、R14 は関数かんすうからの戻もどりアドレスを持もつ。

CPU モードごとのレジスタ
usr sys svc abt und irq fiq
R0
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8 R8_fiq
R9 R9_fiq
R10 R10_fiq
R11 R11_fiq
R12 R12_fiq
R13 R13_svc R13_abt R13_und R13_irq R13_fiq
R14 R14_svc R14_abt R14_und R14_irq R14_fiq
R15
CPSR
SPSR_svc SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq

別名べつめい：

  • R13 は SP とも呼よばれ、スタックポインタ
  • R14 は LR とも呼よばれ、リンクレジスタ
  • R15 は PC とも呼よばれ、プログラムカウンタ

CPSR は下記かき32ビットを持もつ[38]。

  • M (ビット 0 - 4) はプロセッサモードビット
  • T (ビット 5) は Thumb ステートビット
  • F (ビット 6) は FIQ 無効むこうビット
  • I (ビット 7) は IRQ 無効むこうビット
  • A (ビット 8) は不正ふせいデータアボート無効むこうビット
  • E (ビット 9) はデータエンディアンビット
  • IT (ビット 10 - 15 と 25 - 26) は if-then ステートビット
  • GE (ビット 16 - 19) は greater-than-or-equal-to ビット
  • DNM (ビット 20 - 23) は書かき換かえ禁止きんしビット
  • J (ビット 24) は Java ステートビット
  • Q (ビット 27) は sticky overflow ビット
  • V (ビット 28) はオーバーフロービット
  • C (ビット 29) は carry/borrow/extend ビット
  • Z (ビット 30) は零れいビット
  • N (ビット 31) は negative/less ビット

VFP/NEON用ようとして、これらとは別べつに32ビット用ようはs0〜s31のレジスタがある。これらは、64ビットレジスタとしてd0〜d15として使つかえる。s0〜s31とd0〜d15はオーバーラップしている。大半たいはんの ARMv7-A SoC はさらに、d16〜d31も使つかえる。

VFP/NEON用ようのシステムレジスタとして、以下いかの3つがある。

  • FPSCR - Floating-point status and control register (浮動ふどう小数点しょうすうてん状態じょうたい制御せいぎょレジスタ)
  • FPEXC - Floating-point exception register (浮動ふどう小数点しょうすうてん例外れいがいレジスタ)
  • FPSID - Floating-point system ID register (浮動ふどう小数点しょうすうてんシステムIDレジスタ)

条件じょうけん実行じっこう

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ARMの命令めいれいセットにおいてユニークなのは、マシン語ごの最さい上位じょうい4ビットを占しめる条件じょうけんコードを使用しようした条件じょうけん実行じっこう命令めいれいであり、これによってほぼ全すべての命令めいれいを分岐ぶんき命令めいれい無なしに条件じょうけん付つきで実行じっこうすることができる。

これにより、マシン語ご中ちゅうの即値そくちフィールドに割さけるビット数すうが減へってしまう等とうの欠点けってんもあるものの、小ちいさなif文ぶんに対応たいおうするコードの生成せいせい時じに分岐ぶんき命令めいれいを避さけることが可能かのうになる。例れいとして、ユークリッドの互除法ほうを挙あげる。

（この例れいはC言語げんごによる） 

int gcd(int i, int j)
{
    while (i != j) {
        if (i > j)
            i -= j;
        else
            j -= i;
    }
    return i;
}

ARMのアセンブリ言語げんごでは、whileループの部分ぶぶんは以下いかのようになる。 

 
 loop
        CMP    Ri, Rj       ; i と j を比較ひかく
        SUBGT  Ri, Ri, Rj   ; もし "GT" ならば i = i - j;  
        SUBLT  Rj, Rj, Ri   ; もし "LT" ならば j = j - i; 
        BNE    loop         ; もし "NE" ならば loop に戻もどる

通常つうじょう分岐ぶんき命令めいれいを使用しようしなければならないthenやelse節ぶしのところで分岐ぶんきが省はぶかれていることが分わかる。

命令めいれいセットのもう一ひとつのユニークな機能きのうが、シフト演算えんざんを「データ処理しょり」（算術さんじゅつ演算えんざん、論理ろんり演算えんざん、レジスタ間あいだの代入だいにゅう）命令めいれいの中なかに織おり込こむことができることである。例たとえば、C言語げんごの 

a += (j << 2);

のような文ぶんを1つのARM命令めいれい 

        ADD     Ra, Ra, Rj, LSL #2

として表あらわすことができる。

これにより、多おおくのARMプログラムは通常つうじょうRISCプロセッサに期待きたいされるようなプログラムよりも密度みつどの高たかいものになる。このため、命令めいれいフェッチに伴ともなうメモリへのアクセス頻度ひんどが少すくなくなり、分岐ぶんきに伴ともなうストールも回避かいひしやすく、パイプライン処理しょりを効率こうりつ的てきに使つかうことができる。このことが、ARMがARMより複雑ふくざつなCPUデザインと競合きょうごうすることを可能かのうにした特徴とくちょう的てきな一因いちいんのひとつである。

Thumb

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ARMプロセッサはThumbと呼よばれるコード効率こうりつの向上こうじょうを意図いとした16ビット長ちょうの命令めいれいモードを持もっている(SuperHの命令めいれい16ビット/データ32ビットに倣ならい追加ついかされた)。条件じょうけん実行じっこうのための4ビットプレディケートが削除さくじょされている。メモリポートやバスが32ビットよりも狭せまい状況じょうきょうにおいて32ビットコードよりも性能せいのうが向上こうじょうする。多おおくの場合ばあい、組くみ込こみアプリケーションでは32ビットのデータパスを持もっているのは一部いちぶのアドレス範囲はんいのみであり（例れい: ゲームボーイアドバンス）、残のこりは16ビットかそれよりも狭せまくなっている。このような状況じょうきょうでは、Thumbコードをコンパイルし、CPUに最もっとも負荷ふかのかかる部分ぶぶんだけを32ビット長ちょうの命令めいれいセットを使用しようして手作業てさぎょうで最適さいてき化かするのが、通常つうじょうは理りにかなっている。Thumb命令めいれいとARM命令めいれいは単一たんいつの実行じっこうファイル内ないで混在こんざいが可能かのうであるが、Thumb命令めいれいを実行じっこうできるモードとARM命令めいれいを実行じっこうできるモードは独立どくりつしており、両者りょうしゃを使つかうにはその都度つどプロセッサの状態じょうたいを切きり替かえる必要ひつようがある。状態じょうたいの切きり替かえは分岐ぶんき命令めいれい (BX, BLX) で行おこなうことができるため、通常つうじょうは関数かんすう単位たんいでThumb命令めいれいとARM命令めいれいを使つかい分わけ、関数かんすう呼よび出だしの際さいに切きり替かえを行おこなうのが一般いっぱん的てきである。

Thumbテクノロジを搭載とうさいした最初さいしょのプロセッサはARM7TDMIである。ARM9とそれ以降いこうのファミリは、XScaleも含ふくめて全すべてThumbテクノロジを搭載とうさいしている。

Thumb-2

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Thumb-2テクノロジは2003年ねんに発表はっぴょうされたARM1156コアで登場とうじょうした。Thumb-2はThumbの制限せいげんされた16ビット長ちょうの命令めいれいセットを追加ついかの32ビット長ちょう命令めいれいで拡張かくちょうし、命令めいれいセットの幅はばを広ひろげるものである。公称こうしょうされているThumb-2の目的もくてきは、Thumbと同様どうようのコード密度みつどと32ビットメモリ上じょうでのARM命令めいれいセットと同様どうようの性能せいのうを得えることであり、Thumb-2はビットフィールド操作そうさ、テーブル分岐ぶんきや条件じょうけん付つき実行じっこうなどを含ふくんでいる。従来じゅうらいはThumbモードにおいて使用しよう可能かのうな汎用はんようレジスタは8本ほんのみであり自由じゆう度どが低ひくかったが、Thumb-2で導入どうにゅうされた32ビット長ちょう命令めいれいでは16本ほん全すべてのレジスタが使用しよう可能かのうである。16ビット長ちょう命令めいれいと32ビット長ちょう命令めいれいはモードの切きり替かえなしで混在こんざい可能かのうであるため、ThumbモードにおいてもARMモードに近ちかい自由じゆう度どが得えられるようになった。

Jazelle

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ARMは、Javaバイトコードをハードウェアでネイティブに実行じっこうできる技術ぎじゅつを実装じっそうした。これはARMやThumbモードと並ならぶもう一ひとつの実行じっこうモードであり、ARM/Thumbの切きり替かえと同様どうようにしてアクセスすることができる。後述こうじゅつのJazelle RCTに対たいしてJazelle DBX (Direct Bytecode eXecution) とも言いう。

Jazelleテクノロジを搭載とうさいした最初さいしょのプロセッサはARM926EJ-Sである。CPU名めいの'J'がJazelleを表あらわしている。

Thumb Execution Environment (ThumbEE)

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ThumbEEはJazelle RCT (Runtime Compilation Target)とも呼よばれる第だい4のモードである。2005年ねんにアナウンスされ、Cortex-A8プロセッサで最初さいしょに実装じっそうされた。Thumb-2命令めいれいセットに小規模しょうきぼな変更へんこうを加くわえたもので、JITコンパイラのように実行じっこう時じにコードを生成せいせいする場合ばあいに向むいている。主おもな対象たいしょうはJava、.NET MSIL（C#など）、Python、Perlなどの言語げんごである。

DSP 拡張かくちょう命令めいれい

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デジタル信号しんごう処理しょりとマルチメディアアプリケーション向むけに ARMアーキテクチャを拡張かくちょうするため、いくつかの命令めいれいが追加ついかされた[2]。ARMv5TE と ARMv5TEJ というアーキテクチャ名めいの "E" がこれを表あらわしていると思おもわれる。

追加ついかされた命令めいれいは、デジタルシグナルプロセッサアーキテクチャで一般いっぱん的てきなものである。例たとえば、符号ふごう付づけ積せき和わ演算えんざん、飽和ほうわ加算かさんと飽和ほうわ減算げんざん、「先行せんこうする0のカウント」のバリエーションである。

SIMD

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ARMv6で導入どうにゅうされた[39]。32ビット幅はば。

Advanced SIMD (NEON)

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Advanced SIMD拡張かくちょうはNEONとも呼よばれ、メディアおよびデジタル信号しんごうの処理しょりに向むいた64ビットと128ビットのSIMD命令めいれいセットである。8/16/32/64ビットの整数せいすう演算えんざんと、32ビット (単精度たんせいど) 浮動ふどう小数点しょうすうてん演算えんざんのためのSIMD命令めいれいが定義ていぎされており、ARMv7から利用りよう可能かのう。32ビットCPUでは倍精度ばいせいど浮動ふどう小数点しょうすうてん数すうは利用りよう不可ふかで、倍精度ばいせいどにはVFPを使用しよう。

ほとんどの ARMv7 SoC で NEON に対応たいおうしているが、NVIDIA Tegra 2 シリーズ、SPEAr1310、SPEAr1340 などで対応たいおうしていない。

レジスタはVFPレジスタとして用意よういされている32本ほんの64ビットレジスタを用もちいて、32本ほんの64ビットSIMDレジスタ (D0-D31) 、もしくは16本ほんの128ビットSIMDレジスタ (Q0-Q15) としてアクセスできる。例たとえば128ビットレジスタQ0はD0とD1の2つの64ビットレジスタの領域りょういきにマッピングされている。

Cortex-A15 などより、NEONv2 (version 2) が搭載とうさいされ、Fused Multiply-Add ができる。これにより、単精度たんせいど浮動ふどう小数点しょうすうてん数すうで 8 FLOPS/cycle となった。

Wireless MMX

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Wireless MMX (WMMX) はインテルがXScaleプロセッサ向むけに開発かいはつしたSIMD命令めいれいセットである。64ビット幅はばのレジスタが16本ほん用意よういされており、8/16/32/64ビットのSIMD整数せいすう演算えんざんが可能かのう。XScaleとその売却ばいきゃく先さきであるマーベル・テクノロジー・グループ製せいのARM SoCに採用さいようされている。命令めいれいセット自体じたいはx86プロセッサのMMXとは全まったく異ことなるものの、GCCやVisual C++等ひとしのコンパイラで利用りようできる組くみ込こみ関数かんすうはMMXとの互換ごかん性せいがある程度ていど確保かくほされており、これを利用りようすればMMX向むけに記述きじゅつされたコードを比較的ひかくてき容易よういに移植いしょくすることができる。

VFP

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VFP (Vector Floating Point) はARMアーキテクチャのコプロセッサ拡張かくちょうである。半はん精度せいど（v3以降いこう）・単精度たんせいど・倍精度ばいせいどの浮動ふどう小数点しょうすうてん演算えんざん機能きのうを提供ていきょうする。

  • VFPv1 - 廃止はいし
  • VFPv2 - ARMv5TE、ARMv5TEJ、ARMv6 で利用りよう可能かのう
  • VFPv3 - ARMv7 で利用りよう可能かのう。通常つうじょうはレジスタ数すう32個こであるが、NVIDIA Tegra 2 シリーズなどはレジスタ数すうが半分はんぶんのVFPv3-D16を採用さいよう。Cortex-A8の実装じっそうはパイプライン化かされておらず非常ひじょうに低速ていそく (VFP Lite)。
  • VFPv4 - Cortex-A5, A7, A15, Apple A6, Snapdragon Krait などで利用りよう可能かのう。IEEE754準拠じゅんきょの（乗算じょうざん結果けっかの丸まるめを行おこなわない）Fused multiply add 対応たいおう。VFPv4-D16 もあり。

"Vector" の名なを冠かんする通とおり、いくつかの命令めいれいにおいてはベクタモードと呼よばれる1命令めいれいで複数ふくすうのレジスタに対たいして演算えんざんを行おこなうモードが用意よういされている。このモードを使つかえばSIMD演算えんざんが可能かのうであるが、プログラミングモデルがやや煩雑はんざつ[注釈ちゅうしゃく 1]であったことや、当時とうじのARM11プロセッサにおける実装じっそうはスカラ命令めいれいを要素ようそ数すう分ふんだけシーケンシャルに実行じっこうするというSIMD演算えんざんのメリットを享受きょうじゅできないものであったため、あまり積極せっきょく的てきには使つかわれなかった。VFPv3を実装じっそうするARMv7世代せだい以降いこうではモダンなSIMD命令めいれいセットであるAdvanced SIMD拡張かくちょう命令めいれい (NEON) が導入どうにゅうされたため、現在げんざいではベクタモードの利用りようは推奨すいしょうされていない。Cortex-A9やA15ではベクタモードに対応たいおうしていない[注釈ちゅうしゃく 2]ことから分わかるように、現在げんざいのARMアーキテクチャにおけるVFPの位置いちづけはスカラ専用せんようの浮動ふどう小数点しょうすうてん演算えんざんコプロセッサであり、SIMD演算えんざん用途ようとについてはNEONに道みちを譲ゆずっている。

単精度たんせいどの浮動ふどう小数点しょうすうてん演算えんざんはNEONでも実行じっこう可能かのうであるが、倍精度ばいせいどの浮動ふどう小数点しょうすうてん演算えんざんやIEEE754準拠じゅんきょの4つの丸まるめモード、非ひ正規せいき化か数すうのサポート等とうはNEONには存在そんざいしないため、これらを利用りようしたい場合ばあいはVFP命令めいれいを使つかう必要ひつようがある。

64ビットARM

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詳細しょうさいは「AArch64」を参照さんしょう

64ビット命令めいれいセットのAArch64やARM64に関かんしてはAArch64を参照さんしょう。

脚注きゃくちゅう

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[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]

注釈ちゅうしゃく

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  1. ^ ベクトルレジスタが明示めいじ的てきに用意よういされておらず、複数ふくすうのスカラレジスタに対たいして演算えんざんを行おこなう。ベクタ長ちょうは固定こていされておらず、FPSCRという特殊とくしゅなレジスタで最大さいだい8要素ようそまでのベクタ長ちょうを指定してい可能かのう。また、レジスタがスカラモードのみで使つかえるバンクとベクタモードで使つかえるバンクに分わけられており、レジスタの組くみ合あわせに制約せいやくがある。
  2. ^ ARMプロセッサのベクタモードへの対応たいおうはMVFR0レジスタの24-27ビット目めを参照さんしょうすることで確認かくにんできる。

出典しゅってん

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  1. ^ Arm’s Solution to the Future Needs of AI, Security and Specialized Computing is v9
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  6. ^ http://www.arm.com/miscPDFs/3823.pdf
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  9. ^ https://news.mynavi.jp/techplus/article/20100910-cortex-a15/
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  18. ^ Googleが新型しんがた「Chromebook」を発表はっぴょう、Samsung製せいで249ドル
  19. ^ 【PC Watch】 Samsung、初はつのARM Cortex-A15プロセッサ「Exynos 5250」
  20. ^ 日本にっぽんTI、モバイルの概念がいねんを一変いっぺんさせる高性能こうせいのう、高機能こうきのうのOMAP™5プラットフォームを発表はっぴょう
  21. ^ 【後藤ごとう弘ひろし茂しげるのWeekly海外かいがいニュース】 ARMが次世代じせだいCPU「Atlas」と「Apollo」の計画けいかくを発表はっぴょう
  22. ^ AMD’s K12 ARM CPU Now In 2017
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関連かんれん項目こうもく

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