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發表於 2008-9-29 08:45:10
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MIPS vs ARM的比較(從網路整理的資料)
[前言]3 p6 T% ~: u' g5 V3 w5 c
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。# S) k3 Q) P! r0 i
這裡的目前最多只能算個草稿吧,待以後不斷的補充。/ K( Z" G+ h; ^0 `8 {/ s+ Z
: S% i, N8 h$ J. Q l1 p2 K9 U, B
[正文]( q T; _5 K+ R# O9 Q2 x- [, Y# r
1.流水線結構 pipeline7 y4 d- u% }0 E. {
- 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。
- u9 N; m4 e* J" } - ARM has barrel shifter: `, ~( ]* I0 L5 u2 w( 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。# q* J- [) V) Y3 W+ b1 d
5 F5 I. q! K8 O6 j' p8 A
- MIPS have "branch delay slot" and "load delay slot"
( E/ S" U9 L' Q- u% H 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。
, O9 |8 O/ W* J, i/ H
( z5 ]7 _9 r- c0 c. N9 ?. |( W# _2.指令結構 instruction' {( _4 {! @8 O
- MIPS have 32bit and 64bit architecture,but ARM only have 32bit architecture
( r1 i9 W( W( K* M% Z& O ARM11 局部64位元
\3 A; r8 l% ^0 p _' Q - 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,
5 d( B+ v: \( q/ Z. ?; H# g/ k - ARM has 4-bit condition code in every instruction7 |/ K# M( s. [% C& b
ARM 在這一點很像x86。MIPS在MIPS IV也加入"conditional move"指令,來提高pipeline的效率。
% F! s. N6 [7 a. W. g( I* E - ARM has pre- and post-increment addressing modes
- j6 c9 _* @6 h. J& g% g auto-increment/decrement on load/store instructions: ]7 l+ }) G8 \8 X8 N9 j9 P. z; @+ q6 _
- 在節省代碼空間方面,MIPS16 很類似ARM Thumb
) v' v$ ]& V6 g2 \0 b
* Y5 Z0 J2 q2 e" A5 b& U3.寄存器 register
, w; [- e7 d. q# n( b5 w -由於MIPS內核中有32個註冊器(Register),而ARM只有16個,這種結構設計上的先天優勢,決定了在同等性能表現下,MIPS的晶片面積和功耗會更小。) N; Y; V# N7 O+ k
- ARM 有一組特殊用途寄存器cp0-cp15,可以使用MCR,MRC等指令控制;相對應的,MIPS也有cp0 0-30,使用mfc0,mtc0 指令控制。$ v" R8 m" q5 |/ k5 ]2 A& [0 w, p
) c4 Y* ]. K$ Y/ e$ V; o( P
- Register banking in ARM. r8-r12 FIQ mode;r13:SP r14R8 V( H7 M; ?. X0 ^- w
感覺不出banked register有什麼好處。% g0 v$ f" p1 q" e9 e+ v6 u
" c4 D. O6 p! `& |' Y: F( F
- MIPS has a hard-wired-to-zero register ,but ARM not
( `) r) a0 `% c# z) K/ w MIPS use register $0 for Zero
4 A5 ~+ e/ }+ y5 a5 n* H& e* a" u( e P* H3 }& a
4.位址空間 address space: \8 S6 R2 z' O
- MIPS 起始位址是0xbfc00000,會有4Mbyte的大小限制,但一般MIPS晶片都會採取一些方法解決這個問題。
' x" m8 O2 r$ Y4 ^; o, B2 s9 p ARM沒有這種問題。% a; C( e% I- U2 Y' w3 G) Y
MIPS24K 起始位址改到了0xbf000000,現在有16Mbyte的空間了。. U% Z: H- A5 e' U' J: y# y
3 p& I/ o% B v, } - MIPS don't have to turn paging on to enable the cache.
! W0 \) V7 F# F4 H MIPS have the address space for both cache and un-cache
, r2 K' V0 A }: `- g" d but ARM need enable/disable cache
5 e+ w* L# B7 f& k* F6 ?* ^& h/ i8 b. j1 ~( p+ s& i
5.功能 function
+ n' d( Z v- l7 e5 {5 e - Float point: MIPS64 has.1 f( P5 r" }9 n* A' ^
ARM's support for FP is limited, and usually not included, and it is a 32 bit architecture$ }6 B/ l& C0 C! k" V% z9 F8 d6 W
- 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。 F/ v' F# s" c' X9 @
7 x0 B7 F6 z' G0 `% b; J# x
6.性能 performance; E0 S* Z0 j% I0 V, V( @
- 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。
0 R4 r/ i1 U. {. W7 Y' T 同樣是32bit的MIPS24K性能上比MIPS4K有很大提升,也應該比ARM9要好些。. P$ P0 u! H/ P9 N0 l# O. _
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。- |, ?; v2 l J1 W
7 X; l4 R$ f5 Z- _0 D- C5 N& }7.應用
1 J9 h# m3 J0 {- _+ b' I - 在1000MHz以上的應用,很難找到採用ARM架構的產品。' ~ E" y( G; t5 B
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。& s [; `+ L/ k
- 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 i1 B. ~$ j6 a9 `) d1 Z9 `
- 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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0 X. d" V8 u0 c2 u/ ^8.未來發展
$ x! \& C. D/ @& O; Q( g - 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)
5 ]6 A1 G P j) g4 w 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。
0 y; Z8 F, w+ o* L" I! g8 P \1 O, w v. y6 V6 a
9.總結
; S( C4 `* ^% N4 Q- `) S 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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