ARM 与 MIPS 比较

在计算机体系结构领域，ARM 和 MIPS 是两种广泛使用的处理器架构，它们各自有着独特的设计理念和优势。本文将对这两种架构进行比较，探讨它们在指令集、流水线结构、寄存器配置、地址空间、缓存管理以及浮点运算等方面的差异。 MIPS 体系结构因其简单的流水线结构而常被用于教学，易于理解和分析。然而，ARM 架构引入了桶形移位器（barrel shifter），这使得它在执行某些数学逻辑运算时速度更快，但同时也增加了硬件的复杂性和芯片面积。 MIPS 架构的一个特点是分支延迟槽（branch delay slot）和加载延迟槽（load delay slot），这些设计是为了优化流水线效率，但可能需要编译器的支持来有效利用。相反，ARM 通过在每个指令中包含4位条件码来实现类似的功能，这与x86架构相似，允许有条件执行指令。 在指令结构上，MIPS 提供了32位和64位架构，而ARM最初仅支持32位，尽管ARM11引入了局部64位扩展。此外，MIPS 使用条件移动指令来提高流水线效率，而ARM则通过预增量和后增量寻址模式来节省代码空间。 在寄存器配置方面，MIPS 设计有32个通用寄存器，而ARM只有16个，这使得MIPS在同等性能下可能拥有更小的芯片面积和更低的功耗。ARM 通过寄存器银行（register banking）来处理不同模式下的寄存器使用，例如FIQ模式下的r8-r12，而MIPS有一个硬连线为零的寄存器。 在地址空间上，MIPS 的地址空间起始于0xbfc00000，通常有4MB的限制，但可以通过特定方法扩展。相比之下，ARM 需要启用/禁用缓存功能，而MIPS的缓存和未缓存地址空间是分开的。 浮点运算方面，MIPS64 支持64位浮点运算，而ARM的浮点支持有限，通常不包含在内，且其为32位架构。ARM 使用JTAG进行调试，而MIPS 使用EJTAG，但大多数调试工具都支持两者。 性能比较方面，由于应用场景和设计目标的不同，很难直接判断哪个架构更好。例如，MIPS4K 和 ARM9 处于同一级别，但ARM9可能略胜一筹。而更新的Cortex-A8 和 MIPS 74K 都是高性能设计，性能相当。在1GHz以上应用，ARM架构产品较少，而在200MHz或266MHz以下，ARM 更常见。 ARM 和 MIPS 各有其优势，选择哪种架构取决于具体应用的需求，如性能、功耗、成本和软件生态系统等因素。