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MIPS vs ARM的比較(從網路整理的資料)
[前言]
! ^6 y3 m. k. n' A V& l 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。0 h4 a& @ x3 c
這裡的目前最多只能算個草稿吧,待以後不斷的補充。: W/ M& C9 Y6 ?! H2 F0 C$ w2 @
: Y/ w0 H+ i+ `& @: Q& k1 E( w) U
[正文]6 {% P& a8 K* p" A* J0 |% I
1.流水線結構 pipeline- o& C7 z c3 q/ j8 G
- 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。# C+ t5 t4 J3 { L0 \# ^# F. Q
- ARM has barrel shifter
: u/ v9 o" Q4 H: m 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。
& v# K$ C9 Y) V3 y. a ! L) P4 S3 K) a1 x
- MIPS have "branch delay slot" and "load delay slot"
: I& W' e$ P! `, X$ v/ q: I 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。
* z% `6 i" l5 `& o. A: h
6 [8 b0 p8 o3 l2.指令結構 instruction
4 _/ M& J) q: X/ d# M% A) T - MIPS have 32bit and 64bit architecture,but ARM only have 32bit architecture& v: P: V: U! ^1 Q3 f9 g/ ]3 t& T
ARM11 局部64位元
' ?% F2 X5 B9 N; F! O - 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,( F. p7 C: L6 y4 ~
- ARM has 4-bit condition code in every instruction
% F1 [3 I) z2 r7 ] 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。
4 ^# F! A( O! U+ p0 |/ ?' h - ARM has pre- and post-increment addressing modes
7 V5 }- Y( P# |2 `! L+ X8 f& U- s auto-increment/decrement on load/store instructions
1 q: H% `& G0 X% J& N7 v - 在節省代碼空間方面,MIPS16 很類似ARM Thumb5 q# f; R! t$ i5 F; F% Y
/ }; a! v0 ]/ n5 e
3.寄存器 register' N! Y# S5 _5 Q# Q2 j' T: ?8 x1 m
-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。
2 ]5 C6 J3 U; B2 c, C - 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。; v2 m5 j$ U8 Z* F
& F" q; Q, ~. l5 \6 p$ D+ N
- Register banking in ARM. r8-r12 FIQ mode;r13:SP r14R
" p, F( T0 @: u, H, U n' d7 K 感覺不出banked register有什麼好處。
/ z2 Q4 F* F; v; O5 s$ s
' n" L' G5 \8 b) T n/ z - MIPS has a hard-wired-to-zero register ,but ARM not
# w; c' F, y1 F% x' h6 M MIPS use register $0 for Zero
7 i7 ]% y, S. T% w9 u; P+ H; f3 `# j8 v2 e, K, g$ s) E9 v& a0 [6 o
4.位址空間 address space
0 {$ `4 o$ f0 t3 S - 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。) S- ?1 q* v, e) c* Q# @
ARM沒有這種問題。
4 }4 m$ s; f, }' H: A0 a/ V MIPS24K 起始位址改到了0xbf000000,現在有16Mbyte的空間了。
& N& D# H; _8 F0 ~( K& R1 j; \" F+ K/ ^2 D* c8 L1 Y0 u& a
- MIPS don't have to turn paging on to enable the cache.
! N6 T2 y5 ^# ~1 C MIPS have the address space for both cache and un-cache
& i! P1 c- ^& Z. e but ARM need enable/disable cache( T; o! }" M% M( N
4 K D. V4 L$ p" r9 J" e
5.功能 function/ B) P$ i" Z( b& \
- Float point: MIPS64 has.
4 X9 u0 G5 O& t6 U ARM's support for FP is limited, and usually not included, and it is a 32 bit architecture
4 o" _/ @! ]/ J - 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。( j3 P$ l1 e* l0 T
- f+ S2 ^3 T) w* D
6.性能 performance
7 Y4 o. [* w; O; t - 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。
% K6 O3 h* c7 T* c3 {5 z3 D# ?9 @ 同樣是32bit的MIPS24K性能上比MIPS4K有很大提升,也應該比ARM9要好些。
, V; a3 M* _: | 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。% z% q& |1 G# j3 I9 p, k8 d
' v. T+ h# {8 j. \: Q5 a* _
7.應用1 f0 |( e$ E: a) J" V; Y; v0 h: B
- 在1000MHz以上的應用,很難找到採用ARM架構的產品。2 C- w; D" K+ h I
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。
i# U' n/ Q9 U) y0 Q - 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* c8 r& Y( M+ }* B4 n, W0 r
- 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。; y/ B2 y* p& [4 D
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8.未來發展
5 ?1 c% f" c, V* K4 Z3 F; j5 t - 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)/ O* [5 {1 y5 [5 g/ n4 p
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。
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9.總結4 n. _! _; [; P0 y8 C' w/ r
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。 |
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