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MIPS vs ARM的比較(從網路整理的資料)
[前言]
& d9 E2 P6 Z' X3 _ 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。
( X! C: s' Y1 C2 k+ z0 S0 ^ 這裡的目前最多只能算個草稿吧,待以後不斷的補充。
6 O7 K/ z0 j7 k) e- K2 b# z5 w+ s& X. F) X- q7 E3 u
[正文]
0 J" J8 Y8 c5 a' }1.流水線結構 pipeline4 p7 R" n7 B% Y# ]4 |0 k2 F: I
- 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。( G4 L! c- U; _+ k0 a! E% Q# R
- ARM has barrel shifter( V( P6 Z2 {9 ]4 z( p+ U
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。+ R/ J9 H0 ?3 b& y# u
1 ]0 F7 `* f+ [7 F
- MIPS have "branch delay slot" and "load delay slot"
D8 K4 x7 }, {4 B+ i% m2 s, 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。
* S/ s/ l8 [& F U) |# q8 n8 e& V# U L: ~8 Y
2.指令結構 instruction
7 w, s- N" b9 z7 r. P7 Z% |: \ - MIPS have 32bit and 64bit architecture,but ARM only have 32bit architecture
9 l+ c0 x& x% d ARM11 局部64位元
5 W* I) a- Q. O7 v/ {; @$ A6 W - 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,% B) G- p _' b; T9 I
- ARM has 4-bit condition code in every instruction
4 R( z o! o) ^. X* e 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。
& E0 \" r3 M z- z# i - ARM has pre- and post-increment addressing modes
% U% @8 v6 D4 A( { auto-increment/decrement on load/store instructions
" ]: b( `& Q# Y( w% V, ] - 在節省代碼空間方面,MIPS16 很類似ARM Thumb
4 C1 y; i7 X/ F2 o! c/ n+ o$ l6 N& q! F* C! W2 ?, E
3.寄存器 register
# B4 n' S1 ~7 ]- _7 E0 t -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。
8 a( }6 m8 p7 b2 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。( |, }) `- N! ?$ J
' o2 {3 v x: b$ e6 Z6 f' p) \# l
- Register banking in ARM. r8-r12 FIQ mode;r13:SP r14R
* {0 p" C; V. I9 i% o; [ 感覺不出banked register有什麼好處。% S9 n6 h& n# C* X
; G$ X- `" \; b& T5 w
- MIPS has a hard-wired-to-zero register ,but ARM not
) S7 I6 a* c! p& V7 X2 q: V MIPS use register $0 for Zero. [: t# _$ y+ I" c0 [- [( w& \
% i# N9 _, S% {9 Q7 }. S4.位址空間 address space
, X8 ?9 b/ R4 j - 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。
: B3 M& F% s( I1 S ARM沒有這種問題。4 s' X+ b M- W. x5 U% T
MIPS24K 起始位址改到了0xbf000000,現在有16Mbyte的空間了。
6 F$ s9 [+ o" N' Z. Z9 [) l3 b
+ i4 O( K# e p0 y% w" l - MIPS don't have to turn paging on to enable the cache.
. i2 V/ d' o2 {. |/ L7 m. P MIPS have the address space for both cache and un-cache8 r- W4 B& w+ v/ i- I, _9 Y- _# l
but ARM need enable/disable cache: k" U) {+ Z2 k4 `- O5 b
; e8 X, B: H1 n" p' u$ K5.功能 function3 W- f0 F# g+ o3 Y1 _) |7 ?% O
- Float point: MIPS64 has.
+ c+ H7 x$ o# I/ y8 \6 M ARM's support for FP is limited, and usually not included, and it is a 32 bit architecture
; k0 `1 }) d1 p. ^6 N1 P - 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。* C; C. h/ q6 ?# v9 A" e
8 A6 g; K+ x8 f# J% o
6.性能 performance
4 v' u/ T- }$ K3 Q X4 z4 U0 r! \ - 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。
$ U+ g* p! Z4 J% ?% S9 B' ~$ e 同樣是32bit的MIPS24K性能上比MIPS4K有很大提升,也應該比ARM9要好些。
: \0 g2 X0 U, T. k3 _2 P 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。
1 |$ y/ x: T: B: D, d+ q; G" H. P) R/ @3 `8 a
7.應用
6 z$ s. ?% }$ }: q# @$ t - 在1000MHz以上的應用,很難找到採用ARM架構的產品。
$ e0 Q( d1 j; I4 i: B' D 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。
Q& P+ U+ k& `7 J - 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3 V2 l& ]$ s7 @: }4 v
- 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。
1 o% ~& G' a3 ` m5 C& o5 f" Q% s; I; h/ w3 B" Z0 X) T
8.未來發展7 @2 H% F" z% @+ X, i
- 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)
' y+ x( O. l. m/ p7 E 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。
$ @' e0 X+ {5 I% o& W$ I+ T5 P9 ~. @
9.總結
- Z7 L1 H3 q: d 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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