CPU架构对比（MIPS 和 ARM）

一、概述：

这里介绍的是RISC(精简指令集处理器)家族的两大佼佼者MIPS 和 arm ,相对应的是CISC(复杂指令集处理器),典型的是X86家族的系列，这里暂不做介绍，

二、应用领域：

    1.在1GHz以上的应用,ARM架构的产品相比之下不还不是很多。

       MIPS架构用在200MHz或者是266MHz以下的应用比较少,而这恰恰是ARM的主攻市场。

    2.ARM 在手机等便携式领域,MIPS 在住宅网关、线缆调制解调器、线缆机顶盒等

    3.ARM 采用硬核授权;MIPS 采用软核授权，用户可以自己配置，做自己的产品。

三、历史：

 1.MIPS

1984年，MIPS计算机公司成立并创立MIPS RISC指令架构。

1992年，图形工作站厂商SGI收购了MIPS计算机公司。

1998年，MIPS脱离了SGI，再次独立为MIPS技术公司。在这个充满波折的过程中，MIPS的处理器家族却逐渐变得强大。

1986年，MIPS 推出代号为“R2000”的32位RISC处理器，

1988年发布其升级型号R3000。

1991年，MIPS推出第一款64位结构的R4000商用微处理器，之后又陆续推出R8000（1994年）、R10000（1996年）和R12000（1997年）等型号的高端RISC产品，主攻专业工作站市场。但在那之后，MIPS公司的战略发生转变，开始将重点转移到嵌入式系统中。

1999年，MIPS公司发布MIPS32和MIPS64架构标准，并在此基础上开发出“MIPS32 4Kc”32位内核和“MIPS64 5Kc”64位内核，由此走上嵌入处理器内核的开发之路。与ARM公司类似，MIPS没有直接生产这些产品，而是通过技术授权的方式获得利润，MIPS也就衍生出丰富的应用产品。比如典型的有 索尼“Emotion Engine”处理器、AMD的“Alchemy”处理器、“龙芯”系列处理器都是MIPS大家族中的成员。

 2.ARM

1991 年 ARM 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用 ARM技术知识产权（ IP ）核的微处理器，即我们通常所说的 ARM 微处理器，

20世纪90年代，ARM公司的业绩平平，处理器的出货量徘徊不前。由于资金短缺，ARM做出了一个意义深远的决定：自己不制造芯片，只将芯片的设计方案授权（licensing）给其他公司，由它们来生产。正是这个模式，最终使得ARM芯片遍地开花。

进入21世纪之后，由于手机制造行业的快速发展，出货量呈现爆炸式增长，ARM处理器占领了全球手机市场。2006年，全球ARM芯片出货量为20亿片，2010年预计将达到45亿片。

　　ARM 公司是专门从事基于 RISC 技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的 ARM 微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的 ARM 微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用 ARM 公司的授权，因此既使得 ARM 技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。

　　ARM商品模式的强大之处在于它在世界范围有超过100个的合作伙伴(Partners）。ARM 是设计公司，本身不生产芯片。采用转让许可证制度，由合作伙伴生产芯片。

　　2007年底，ARM的雇员总数为1728人，持有专利700项（另有900项正在申请批准中），全球分支机构31家，合作伙伴200家，年收入2.6亿英镑。

四、目前发展方向：

    ARM的下一代走向多内核结构，而MIPS公司的下一代核心则转向硬件多线程功能(multithreading)

    MIPS 的multithreading 很类似Intel 的 HyperThreading技术。

五、简要对比:

1.流水线结构 pipeline

    - MIPS 是最简单的体系结构之一，所以使大学喜欢选择 MIPS 体系结构来介绍计算体系结构课程。

    - ARM has barrel shifter

        shifter是两面性的，一方面它可以提高数学逻辑运算速度，另一方面它也增加了硬件的复杂性。所以和可以完成同样功能的adder/shift register相比，效率更高，但是也     占用更多的芯片面积。

        

    - MIPS have "branch delay slot" and "load delay slot"

        MIPS使用编译器来解决上面的两个问题。因为MIPS最初的设计思想就是使用简单的RISC硬体，然后靠编译器及其他软体技术，来达成RISC的完整概念。

2.指令结构 instruction

    - MIPS have 32bit and 64bit architecture,but ARM only have 32bit architecture

       ARM11 局部64位

    - MIPS是开放式的架构,用户可以在开发的内核中加入自己的指令，

    - ARM has 4-bit condition code in every instruction

      ARM 在这一点很像x86。MIPS在MIPS IV也加入"conditional move"指令，来提高pipeline的效率。

    - ARM has pre- and post-increment addressing modes

        auto-increment/decrement on load/store instructions

    - 在节省代码空间方面，MIPS16 很类似ARM Thumb

3.寄存器 register

    -  由于MIPS内核中有32个寄存器（Register），而ARM只有16个，这种结构设计上的先天优势，决定了在同等性能表现下，MIPS的芯片面积和功耗会更小。

    -  ARM 有一组特殊用途寄存器cp0-cp15,可以使用MCR,MRC等指令控制; 相对应的，MIPS也有cp0 0-30,使用mfc0,mtc0 指令控制。

    -  Register banking in ARM.  r8-r12 FIQ mode;r13:SP r14 R

       感觉不出banked register有什么好处。

    -  MIPS has a hard-wired-to-zero register ,but ARM not

       MIPS use register $0 for Zero

4.地址空间 address space

    -  MIPS 起始地址是0xbfc00000,会有4Mbyte的大小限制，但一般MIPS芯片都会采取一些方法解决这个问题。

       ARM没有这种问题。

       MIPS24K 起始地址改到了0xbf000000,现在有16Mbyte的空间了。

    -   MIPS don't have to turn paging on to enable the cache.

        MIPS have the address space for both cache and un-cache

        but ARM need enable/disable cache

5.功能 function

    -   Float point: MIPS64 has.

        ARM's support for FP is limited, and usually not included, and it is a 32 bit architecture

    -   ARM use JTAG,MIPS use EJTAG。Debug工具一般两种都支持。使用起来感觉差不多。

6.性能 performance

    -  具体性能比较，因为差异性太大，所以很难分出谁好谁坏。从个人经验来讲 MIPS4k和ARM9基本上是同一个级别的,但ARM9性能似乎要比MIPS4K好。

       同样是32bit的MIPS24K性能上比MIPS4K有很大提升，也应该比ARM9要好些。

       因为没有用过ARM11和MIPS34K的芯片，没法比较，但感觉这两个似乎是一个级别的。