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MIPS vs ARM的比較(從網路整理的資料)
[前言]8 V- U2 N) M, q1 v6 T
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。
) F( M) j5 D/ A9 J8 a 這裡的目前最多只能算個草稿吧,待以後不斷的補充。
8 @/ Y+ p q/ b: L! L; h9 J0 s
4 |; T/ t# b# q4 S7 r2 [5 B( M[正文]
; k# D5 X# p/ v- k* h1.流水線結構 pipeline
: M! a& F# t: r2 |3 J - 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。
0 @: V5 A3 W: E+ B8 L" l - ARM has barrel shifter% o2 [8 K) W" q
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。6 S/ @$ s2 G) ?8 R4 x1 H8 |2 F4 r
& Z! r' k6 ?+ ?2 s+ g1 ~ - MIPS have "branch delay slot" and "load delay slot"
! a& y( H' @4 H3 ^0 t1 | 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。. P& j+ \2 {; B2 @; q: ]3 _0 M
; i- j/ O: K5 D- M8 D" I2.指令結構 instruction
& q! ]4 [" z4 R* v9 K( H- |7 _$ r( W& s - MIPS have 32bit and 64bit architecture,but ARM only have 32bit architecture9 q, I9 L6 G7 T4 J- z7 a; }
ARM11 局部64位元
1 P4 m/ r5 W0 s8 _2 P3 a- m8 A - 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,$ ]+ Q3 |2 [; X4 A: \- u+ y2 D
- ARM has 4-bit condition code in every instruction h6 c; r( J9 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。) D0 I# X# B: ~$ g. G
- ARM has pre- and post-increment addressing modes+ k7 R9 x( ^4 H* S6 p7 _) x) `
auto-increment/decrement on load/store instructions4 z% D7 d2 z; `5 c2 g7 H
- 在節省代碼空間方面,MIPS16 很類似ARM Thumb
F9 q9 Z# m- X/ J
. x/ b# S, F4 [1 ?+ X" p. p3.寄存器 register
7 n3 R2 {9 b7 e! [/ d -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。
& l. K# `* \5 } - 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。
( q! a+ [& U$ | {& G2 x! f, d/ R& m: W/ @- f& b W9 D, h2 \2 m
- Register banking in ARM. r8-r12 FIQ mode;r13:SP r14R
( k. o+ O, I: J$ S2 Q" {" z" W 感覺不出banked register有什麼好處。
' U5 G {+ k' h% }" p3 P8 V) ]' N7 r2 |* x {: P8 l
- MIPS has a hard-wired-to-zero register ,but ARM not
/ q2 l8 ?5 U6 x6 g$ k MIPS use register $0 for Zero
( R' @% O( _- k( d7 h# u$ d2 l6 |' P4 @9 x6 ]* Z! M
4.位址空間 address space
3 `: H' W# B _' v: F% K" M* v - 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。
$ u- r4 [) i1 {7 Z$ g. ` ARM沒有這種問題。: n$ H, o, Q8 S$ z$ ^" G b
MIPS24K 起始位址改到了0xbf000000,現在有16Mbyte的空間了。+ P3 K. w5 V$ f3 C2 {
* j* J. O8 l0 S' }5 w" S1 w2 Q
- MIPS don't have to turn paging on to enable the cache./ }& y. l, V6 A" j* Z' ~
MIPS have the address space for both cache and un-cache [3 Z, ^3 [1 J5 ]
but ARM need enable/disable cache
* ~& G" H0 g2 K
; Z9 O1 L R9 S. _5.功能 function* v" @- a8 C9 e1 A7 P
- Float point: MIPS64 has.
% m5 v. P7 \+ @ ARM's support for FP is limited, and usually not included, and it is a 32 bit architecture
; @* w( ^* B' w, K# `. @ - 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。& t& @- s6 ` |, v) x- k- ?
' D) P, i! w% X9 r, }( z- H6.性能 performance
' F' \+ V# r! Y/ ? - 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。
3 p6 c* X( S" F! E1 b( h 同樣是32bit的MIPS24K性能上比MIPS4K有很大提升,也應該比ARM9要好些。
% {, T; {( E: ~ 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。
% ~2 O/ C5 n+ B/ \* A
, w, L) j0 N" v1 ] {1 a7.應用
4 S0 ]" K' D3 S3 _7 c - 在1000MHz以上的應用,很難找到採用ARM架構的產品。6 P3 j6 y" }& G& {- o- z
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。
5 W3 x+ P1 h& _: q' B - 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
+ T$ f( y/ N& M9 j/ s4 P2 q: [" i3 O - 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。' d8 `6 ~/ P1 g$ A" ?: H
* e- E b1 I- X6 R, _8 f. M
8.未來發展
" m# F# [2 _4 Q& E4 R) W* {- j - 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" X7 C4 y6 w' I$ ~5 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。
1 k4 n- Y. Z- s3 r% d
7 l- ?3 D: }* P2 v/ K* V* E7 \9.總結
2 R7 |& p- w5 y& `3 ~ 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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