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MIPS vs ARM的比較(從網路整理的資料)
[前言]" n0 i8 p9 E f
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。
w# u2 f% D! }, v 這裡的目前最多只能算個草稿吧,待以後不斷的補充。
4 A9 |7 l4 ^5 J0 @; ~* i+ b B, M* D# C. B1 M: D) K( _
[正文]
2 e: m0 _5 X% p5 U1 n1.流水線結構 pipeline- P, {) n; j1 z( c* c1 `" b! L
- 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。) ^3 X( \/ ~. K# i
- ARM has barrel shifter$ V j, n9 @! O% H8 q/ S8 w
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。: ^2 i4 c) F# @5 N- W
$ p3 z5 k+ |: C% q& [ - MIPS have "branch delay slot" and "load delay slot"4 k! c, j t1 V D: c( L
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。
) K% t) Q' P; T9 t0 Q# y9 S( f! S( b' o+ ~
2.指令結構 instruction
8 {1 c7 U8 P& L( r' f$ N - MIPS have 32bit and 64bit architecture,but ARM only have 32bit architecture/ ~! }) N: G* }* W9 I" [: [
ARM11 局部64位元* L& R1 a' }+ [3 I8 V% H6 z
- 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,0 x @- {9 ?7 q; h2 k; J( v
- ARM has 4-bit condition code in every instruction
5 T, u7 G, @6 |2 }; B 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。
1 T4 K9 f% D$ x9 r3 O - ARM has pre- and post-increment addressing modes: e* y# Z' t7 ]9 S
auto-increment/decrement on load/store instructions; H9 o) Y7 W& c- \* ~
- 在節省代碼空間方面,MIPS16 很類似ARM Thumb' g5 }% i: f, w' I) s/ _) v9 h
0 h: H# i' C* C) E( o' Q
3.寄存器 register
, Q7 C- f$ y1 q5 ^( a6 Q) C4 G -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。
, W6 @! _0 g: J; P# q+ e - 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。7 r0 S% T. \9 C0 i
' M j" r, D3 c: P7 H7 P6 r - Register banking in ARM. r8-r12 FIQ mode;r13:SP r14R
" o, K8 U' ?/ R, Q 感覺不出banked register有什麼好處。
% L* W3 s, j/ R. \0 Q e; \2 Y) {# ?+ _1 Q/ G+ M
- MIPS has a hard-wired-to-zero register ,but ARM not
8 H5 }+ u+ w- C MIPS use register $0 for Zero
& b( S7 {% B, I0 I- ?8 K" d Z
% o6 y! R" ~& T5 M* I9 |6 \, R) x4.位址空間 address space2 a. \& o$ @( m
- 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。8 ]- @7 ~% L, _# \* q! o. M
ARM沒有這種問題。 |2 R, H4 T" o
MIPS24K 起始位址改到了0xbf000000,現在有16Mbyte的空間了。( H9 k- n: o& s
6 g, j5 H3 n) _/ q9 C; Z5 } - MIPS don't have to turn paging on to enable the cache.
* b4 H" V7 _0 v; a, ? MIPS have the address space for both cache and un-cache% H5 v# u" @* e# [
but ARM need enable/disable cache
8 B8 d) V* \& T v. S4 e/ o9 U' E- u- _5 a" j3 X& ?( @
5.功能 function/ t* s( f: c3 z, X3 p7 g2 I2 y
- Float point: MIPS64 has.4 R3 s( k# P% a) R" S
ARM's support for FP is limited, and usually not included, and it is a 32 bit architecture
) O8 q$ F: }7 K! R; q - 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。: _4 O+ L/ H. v
# d8 j i0 e( k- O
6.性能 performance3 G' F; s6 l+ W
- 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。- `% Z% P5 r% h/ X6 e& X) |
同樣是32bit的MIPS24K性能上比MIPS4K有很大提升,也應該比ARM9要好些。+ r6 `' c4 w1 E$ {$ D
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。
3 z% g% a6 A8 E+ g$ R- [" o0 }8 @, [
7.應用' Q1 T1 x" i+ }# y' ~% c5 J
- 在1000MHz以上的應用,很難找到採用ARM架構的產品。
4 v, F" \4 R! R; 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。: H( ]: }& _+ u5 @
- 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
2 G1 s% N9 R; R. u- u8 i - 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。/ H! d; y S" D. D" C7 r) `: ?
) F3 ?- N/ J/ I3 ~, t. |- z
8.未來發展
; o a+ t; j4 K8 S7 y8 a - 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)
$ J! Q" a* F& m" { 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 Z! |, _0 d3 C& {, v. x0 y
. i4 v6 e" W5 |& e" e7 J9.總結
( [1 R+ M) L; x+ r6 B, F8 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。 |
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