MIPS VS ARM!?

jacky002

[前言]
! y- C8 m6 G7 g$ O% f0 Z7 n" |　　　　這是一個幾年以來我一直想做的“功課”，之所以稱之為“功課”，而不能說是“文章”，是因為我覺得自己的知識還遠遠不夠，不管是深度還是廣度，也 不管是全面性還是透徹性，我都不敢企及。但是我實在是很想把我的一些理解寫出來，然後能和其他朋友一起探討，糾正錯誤，補充完善，最終目的就是要加深對 ARM和MIPS 這兩種CPU架構的認識。
　　這裡的目前最多只能算個草稿吧，待以後不斷的補充。
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[正文]
% p$ s2 `4 V7 @1.流水線結構 pipeline
　　- MIPS 是最簡單的體系結構之一，所以使大學喜歡選擇 MIPS 體系結構來介紹計算體系結構課程。
6 t' I1 C- E6 y2 y3 D　　- ARM has barrel shifter
　　　　shifter是兩面性的，一方面它可以提高數學邏輯運算速度，另一方面它也增加了硬體的複雜性。所以和可以完成同樣功能的adder/shift register相比，效率更高，但是也佔用更多的晶片面積。
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　　- MIPS have "branch delay slot" and "load delay slot"
1 u! Y; h9 F2 E$ D　　　　MIPS使用編譯器來解決上面的兩個問題。因為MIPS最初的設計思想就是使用簡單的RISC硬體，然後靠編譯器及其他軟體技術，來達成RISC的完整概念。
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2.指令結構 instruction
' L( ]  S  \7 A4 r. u　　- MIPS have 32bit and 64bit architecture,but ARM only have 32bit architecture
　　　 ARM11 局部64位元
　　- MIPS是開放式的架構,用戶可以在開發的內核中加入自己的指令，
) W( P& E, {/ o, b4 Z　　- ARM has 4-bit condition code in every instruction
　　　ARM 在這一點很像x86。MIPS在MIPS IV也加入"conditional move"指令，來提高pipeline的效率。
　　- ARM has pre- and post-increment addressing modes
: W* p0 b& r7 b/ o4 I　　　　auto-increment/decrement on load/store instructions
　　- 在節省代碼空間方面，MIPS16 很類似ARM Thumb
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3.寄存器 register
　　-由於MIPS內核中有32個註冊器（Register），而ARM只有16個，這種結構設計上的先天優勢，決定了在同等性能表現下，MIPS的晶片面積和功耗會更小。
# @+ j& t( w+ ~8 \( N7 \) L+ n　　- ARM 有一組特殊用途寄存器cp0-cp15,可以使用MCR,MRC等指令控制;相對應的，MIPS也有cp0 0-30,使用mfc0,mtc0 指令控制。

　　- Register banking in ARM.　r8-r12 FIQ mode;r13:SP r14R
　　　 感覺不出banked register有什麼好處。
( B# a1 ^% @* m3 `
　　- MIPS has a hard-wired-to-zero register ,but ARM not
　　　 MIPS use register $0 for Zero
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7 t8 _; _- z( @% O0 p4.位址空間 address space
　　- MIPS 起始位址是0xbfc00000,會有4Mbyte的大小限制，但一般MIPS晶片都會採取一些方法解決這個問題。
　　　ARM沒有這種問題。
; h0 T: P) p0 W) J( w8 \7 H　　　MIPS24K 起始位址改到了0xbf000000,現在有16Mbyte的空間了。
( Z: h0 S, V1 z, u  }
　　- MIPS don't have to turn paging on to enable the cache.
5 k5 i' E2 H: P% }4 w　　　　MIPS have the address space for both cache and un-cache
　　　　but ARM need enable/disable cache

! \2 @$ t! Q% C( j/ I1 ]2 A5.功能 function
　　- Float point: MIPS64 has.
  r6 `! I% E; F　　　　ARM's support for FP is limited, and usually not included, and it is a 32 bit architecture
3 t7 V( V8 g/ s! _* g1 Y　　- ARM use JTAG,MIPS use EJTAG。Debug工具一般兩種都支援。使用起來感覺差不多。
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6.性能 performance
　　- 具體性能比較，因為差異性太大，所以很難分出誰好誰壞。從個人經驗來講 MIPS4k和ARM9基本上是同一個級別的,但ARM9性能似乎要比MIPS4K好。
& {5 A" V( X0 }9 S- j  b0 e4 `$ ~/ p　　　同樣是32bit的MIPS24K性能上比MIPS4K有很大提升，也應該比ARM9要好些。
　　　因為沒有用過ARM11和MIPS34K的晶片，沒法比較，但感覺這兩個似乎是一個級別的。

+ m8 v7 p4 c% `# O3 q: I: P7.應用
$ K5 Y( V" t# I- e2 \+ r8 Q　　- 在1000MHz以上的應用,很難找到採用ARM架構的產品。
( J+ N; O4 j! L  s. p9 x　　　MIPS架構用在200MHz或者是266MHz以下的應用比較少,而這恰恰是ARM的主攻市場。
9 D; W9 e8 j! Y　　- ARM 在手機等可擕式領域,MIPS 在住宅閘道、線纜數據機、線纜機上盒等
　　- ARM 採用硬核授權;MIPS 採用軟核授權，使用者可以自己配置，做自己的產品。
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8.未來發展
/ ?" ]/ Q2 Y' _/ A7 j) G! w- b　　- ARM的下一代走向多內核結構，而MIPS公司的下一代核心則轉向硬體多執行緒功能(multithreading)
% k6 X* i& A/ s' T- l　　　MIPS 的multithreading 很類似Intel 的 HyperThreading技術。從現在的發展來看，多內核占上風。

9.總結
- j# Q, |( r; S, Y# U　　自己感覺ARM和MIPS在一開始的RISC的設計上有很多不同，但隨著技術的發展，各自揚長避短，好的技術大家都會使用。比如ARM11和MIPS R1000就使用了很多一樣的技術。感覺RISC做到了極至就都一樣了。