MIPS详细资料大全

MIPS(Million Instructions Per Second)：单字长定点指令平均执行速度 Million Instructions Per Second的缩写，每秒处理的百万级的机器语言指令数。这是衡量CPU速度的一个指标。像是一个Intel80386 电脑可以每秒处理3百万到5百万机器语言指令，即我们可以说80386是3到5MIPS的CPU。MIPS只是衡量CPU性能的指标。

基本介绍 中文名 ：单字长定点指令平均执行速度  外文名 ：Million Instructions Per Second 类别 ：机器语言指令数 成立时间 ：1998 年 相关公司,处理器,相关联系,存在问题, 相关公司 MIPS 科技公司（纳斯达克交易代码：MIPS）是全球第二大半导体设计IP（智慧财产权）公司和全球第一大模拟IP公司。MIPS 科技在全球拥有超过 250 家客户，为全球众多最受欢迎的数字消费、宽频、无线、网路和携带型媒体市场提供动力——包括 Linksys 的宽频设备、索尼的数位电视和娱乐系统、先锋的 DVD刻录设备、摩托罗拉的数字机顶盒、思科的网路路由器、Microchip 的 32 位微控制器和惠普的雷射印表机。今天，MIPS 科技在全球拥有 400 多项专利产权（专利和套用）。公司成立于 1998 年，总部位于美国加州 Mountain View，办事处遍布全球。 MIPS技术公司则是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商。在通用方面，MIPS R系列微处理器用于构建SGI的高性能工作站、伺服器和超级计算机系统。在嵌入式方面，MIPS K系列微处理器是目前仅次于ARM的用得最多的处理器之一（1999年以前MIPS是世界上用得最多的处理器），其套用领域覆盖游戏机、路由器、雷射印表机、掌上电脑等各个方面。 MIPS在RISC处理器方面占有重要地位。1984年，MIPS计算机公司成立。1992年，SGI收购了MIPS计算机公司。1998年，MIPS脱离SGI，成为MIPS技术公司。 MIPS公司设计RISC处理器始于二十世纪八十年代初，1986年推出R2000处理器，1988年推R3000处理器，1991年推出第一款64位商用微处器R4000。之后又陆续推出R8000（于1994年）、R10000（于1996年）和R12000（于1997年）等型号。 随后，MIPS公司的战略发生变化，把重点放在嵌入式系统。1999年，MIPS公司发布MIPS32和MIPS64架构标准，为未来MIPS处理器的开发奠定了基础。新的架构集成了所有原来MIPS指令集，并且增加了许多更强大的功能。MIPS公司陆续开发了高性能、低功耗的32位处理器核心（core）MIPS324Kc与高性能64位处理器核心MIPS64 5Kc。2000年，MIPS公司发布了针对MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc处理器核心。 处理器 MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlocked piped stages)，其机制是尽量利用软体办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。 MIPS技术公司是美国著名的晶片设计公司，它采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计晶片。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比，RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点，并可以套用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构晶片之一，新的架构集成了所有原来MIPS指令集，并增加了许多更强大的功能。 MIPS处理器是八十年代中期RISC CPU设计的一大热点。MIPS是卖的最好的RISC CPU，可以从任何地方，如Sony， Nintendo的游戏机，Cisco的路由器和SGI超级计算机，看见MIPS产品在销售。目前随着RISC体系结构遭到x86晶片的竞争，MIPS有可能是起初RISC CPU设计中唯一的一个在本世纪盈利的。和英特尔相比，MIPS的授权费用比较低，也就为除英特尔外的大多数晶片厂商所采用。 MIPS的系统结构及设计理念比较先进，其指令系统经过通用处理器指令体系MIPS I、MIPS II、MIPS III、MIPS IV到MIPS V，嵌入式指令体系MIPS16、MIPS32到MIPS64的发展已经十分成熟。在设计理念上MIPS强调软硬体协同提高性能，同时简化硬体设计。 中国龙芯2和前代产品采用的都是64位MIPS指令架构，它与大家平常所知道的X86指令架构互不兼容，MIPS指令架构由MIPS公司所创，属于RISC体系。过去，MIPS架构的产品多见于工作站领域，索尼PS2游戏机所用的“Emotion Engine”也采用MIPS指令，这些MIPS处理器的性能都非常强劲，而龙芯2也属于这个阵营，在软体方面与上述产品完全兼容。 相关联系 MIPS即 Million Instructions Per Second 的简写－－计算机每秒钟执行的百万指令数。是衡量计算机速度的指标。 现如今CPU的频率越来越高，又是流水线又是超标量计算又是双核多核的，单纯以时钟频率来衡量计算机的速度已经不再科学，用MIPS来衡量相对比较合理。 以ARM7为核心的S3C44B0X的推荐最高工作频率为66MHz，按照ARM公司提供的技术资料，Cortex A9类CPU的运算速度可按如下公式计算：MIPS=09×MHz，由此可得出，旧型号的Arm 7 系列S3C44B0X的最大运算速度大约为09×66MHz=594MIPS。6M的51单片机通常是12 或24个时钟周期才能完成1条指令，乘法和除法指令更需要48个时钟周期。这样，我初步估算6M的51单片机的运算速度应该在02~05MIPS之间。可见8位机与32位机的运算速度还是有巨大的差异的。 再以AVR为例，它的数据吞吐率可达1MIPS/MHz，即1MHz的震荡频率可达1MIPS。 综上，用MIPS衡量计算机速度很合理，对于不同的cpu，它的最高工作频率不同，数据吞吐率也不同，所以不可一概而论。 存在问题 MIPS是指令执行的速率，规定了性能和执行时间成反比，越快的计算机具有越高的MIPS值。从表面看，MIPS既容易理解，又符合人的直觉。其实，用MIPS作为度量性能的指标存在三个问题。 首先，MIPS规定了指令执行的速率，但没有考虑指令的能力。我们没有办法用MIPS比较不同指令集的计算机，因为指令数肯定是不同的。 其次，在同一计算机上，不同的程式会有不同的MIPS，因而一台计算机不会只有一个MIPS值。例如，将执行时间用MIPS、CPI、时钟频率代入之后可得： MIPS = 指令数/(执行时间 10^6) = 指令数 / (指令数 CPI / 时钟频率 10^6) = 时钟频率 / (CPI 10^6) 上图显示了SPEC2006在Intel Core i7上的CPI最大值和最小值是相差5倍的，MIPS也是如此。 最后一点，也是最重要的一点，如果一个新程式执行的指令数更多，但每条指令的执行速度更快，则MIPS的变化是性能无关的。

mips是big-endian的mips架构
mipsel是little-endian的mips架构。
他们之间的区别就是内存中存放的数据的字节顺序相反，也就是把低位放在低地址还是高地址。

Arm芯片架构是由英国ARM公司于1983年推出的，凭借着成本低，功耗低的优势让其在移动端市场如鱼得水， 高通骁龙、华为麒麟芯片都是采用了这种Arm架构，不过Arm公司已经被软银孙正义收入囊中，对于未来Arm的授权问题也是令人堪忧的。

MIPS架构其实发展 历史 也不短，其是在1981年由MIPS 科技 公司开发出来，这种架构也多用于电子产品和网络设备上面，其中最具代表性的采用MIPS架构的厂商当属中国龙芯了，但是如今MIPS公司宣布放弃该架构转投RISC-V，龙芯的前途成了众网友非常关心的话题。RISC-V架构虽然起步晚， 但是近年来发展迅速，在工控CPU和家用电器CPU上面大放光彩，阿里平头哥就采用的这种芯片指令集，这种指令集具有模块化、极简、可拓展的优势，前景非常广阔。

很多人都会很好奇基于MIPS架构的龙芯指令集还能够继续走下去吗？或者还能够走多远，其实我们暂且不必担心， 由中科院自主研发的这套龙芯指令集虽然基础是MIPS架构，但是我们研发的LoongArch已经实现了完全的自主可控，也就意味着MIPS公司的倒下并不代表着龙芯的“终结”！

其实MIPS架构在一些指令集设计与架构上其实和目前的RISC-V有着很多相似的设计，所以即使在未来龙芯也转投到RISC-V架构上来，我们也不必惊讶，毕竟当一个架构遇到瓶颈之时我们就应该果断放弃。

绝不能像当初的诺基亚坚持塞班而远离安卓那样，最终消失在大众的视线当中， 科技 从来都是推陈出新，你认为MIPS的倒下会对龙芯的未来发展产生影响吗？

ARM架构和MIPS架构的区别
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。另外MIPS也是我国龙芯所使用的架构。
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。
在1000MHz以上的应用很难找到采用ARM架构的产品。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。 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。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。
未来发展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。从现在的发展来看，多内核占上风。
分辨导航仪是ARM架构还是MIPS架构的方法
其实很早就有教程区分导航仪的系统是ARM架构还是MIPS架构的软件，卡名、分辨率、CARD
ID、端口、速率识别检测工具，检测端口工具一为ARM架构软件如果你的导航仪能运行说明为ARM架构，工具二中分为ARM或MIPS方法同上，mips架构导航产品（华阳、先锋、路畅、飞利浦）为比较老的产品，一般的导航仪为ARM架构。

处理器的架构一直以来是x86和ARM的天下，而自2010年RISC-V诞生以后，隐约呈现出了三足鼎立的趋势。

x86主要应用于传统PC市场，善于处理大数据，IP掌握在英特尔和AMD手中。ARM主要统治移动市场，处理快数据为主。RISC-V可以同时兼顾数据传输速度与传输量，而x86和ARM并不是很胜任。

x86属于复杂指令集（CISC）架构，ARM、MIPS和RISC-V属于精简指令集（RISC）架构。x86已经不对外授权，而ARM需要支付高额的专利授权费才能使用。RISC-V允许任何人自由地用于任何目的，允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件，而不必支付专利授权费。

能够完全买断ARM架构的只有苹果、高通、三星、华为、联发科这样资金雄厚的公司，他们有几十至几百人的研发团队可以快速的消化ARM架构产出自己的芯片。但绝大多数的普通人想深入的了解和学习ARM架构是非常困难的。

RISC-V允许几个人的小团队花费几个月至几年的时间去创造属于自己的芯片。开放免费的生态有助于形成强大的生态系统，如Linux和Android。

RISC-V的缺点在于还没有形成赖以它生长的一整套生态系统，比如：Windows基于x86，Android基于ARM。RISC-V基金会其实对此并不做任何定义，生态系统的搭建交予使用者来自行发挥，最主要的原因就是生态系统并非一蹴而就。

但RISC-V基金会内部已经形成了较为完善的生态圈。迄今为止，该基金会已经吸引了全球28个国家300多家会员加入。

RISC与ARM、RISC-V指令集架构其实一直分为复杂指令集（CISC）架构和精简指令集（RISC）架构。在传统电脑领域复杂指令集占据了优势，在移动端为王的时代以及未来的万物互联时代精简指令集将会占据绝大多数市场份额。

复杂指令集架构需要足够多的训练，才能完成“吃饭”的一系列的动作，如果要完成其他的动作，又要与之相对应的指令。而精简指令集拆解成了最简单的步骤，“舀一勺饭”改成“舀一勺菜”就完成了从吃饭到吃菜的动作。我们不能通过人的正常思维去思考这个问题，毫无疑问对于机器精简指令集的执行效率比复杂指令集高，反应速度也会更快，这样就可以减少硬件的复杂程度从而减少功耗。

RISC是1981年在David Patterson的带领下，加州大学伯克利分校的一个研究团队起草了RISC-1,就是今天的RISC架构的基础。RISC的设计理念催生了一系列新架构，如：MIPS、IBM PowerPC、ARM。

2010年伯克利大学并行计算实验室（Par Lab）的1位教授和2个研究生想要做一个项目，需要选一种计算机架构来做。当时面临的选择是x86、ARM，但不管选择哪个都或多或少的出现问题，比如：授权费价格高昂、不能开源、不能扩展更改等等。

所以他们在2010年5月开始规划自己做的一个新的、开源的指令集RISC-V（第五代精简指令集）。到了2015年，RISC-C在学术界已经开始出名了，3位创始人还从两个方面推动RISC-V在技术和商业上的发展：成立RISC-V基金会，维护RISC-V指令集架构的完整性和非碎片化。成立SiFive公司，推动RISC-V商业化。开发了用于RISC-V处理器设计的Chisel语言。

x86和ARM的架构篇幅动则数千页，RISC-V的规范文档仅有145页，且“特权架构文档”的篇幅页仅有91页，基本的RISC-V指令数目仅有40多条。

现在可能大家还看不出精简指令集的优势，在未来的物联网大概会有300亿个设备被链接起来。

它们并没有很强悍的硬件去匹配比较复杂的指令集架构，它们需要的是功耗小、响应快、故障率低。在这个时候，精简指令集的潜力就完全的被挖掘出来了。正如基于x86的CPU并不适用于移动设备一样，ARM就是乘着这样一阵风飞起来的，未来精简指令集也会，并且会飞得更高。为什么这里没有明确指出是RISC-V，因为还有其他的精简指令集架构，如：MIPS。MIPS或将成为RISC-V未来赛道上的最强竞争者MIPS、RISC-V两者的架构相差不大，MIPS也在2018年12月宣布开源。

MIPS是最早出现的商业RISC架构芯片之一，在80年代中期在很多地方都能看到MIPS的身影，如：Sony、Nitendo的游戏机、Cisco路由器、SGI超级计算机等，基于MIPS指令集的芯片已经有100亿颗的出货，这就意味着MIPS处理器在很多的市场已经非常成熟了。

RISC体系遭到x86碾压式竞争的时候，MIPS是RISC中唯一一个盈利的。在智能手机时代，由于MIPS选择消费电子，而ARM选择了手机市场，就导致了它们两不同的命运。中国企业大爱RISC-V架构，或将借IOT实现弯道超车RISC-V的开源、免费的特性，使得国内渴望掌握芯片核心技术的企业可以持续的使用和壮大下去。同时因为RISC-V是模块化的设计，可以直接应用模块，它的使用、开发门槛也低。

美国加码实体清单针对中国企业，会更加坚定国内企业研究自主可控芯片的决心。在未来，中国或将借着IOT这波东风实现弯道超车。以上个人浅见，欢迎批评指正。认同我的看法，请点个赞再走，感谢！喜欢我的，请关注我，再次感谢！

4月16日讯相信大家都知道，自从中兴、华为被列入到“实体清单”之后，国产芯片、国产 *** 作系统发展就成为了广大网友们所关注的焦点，尤其是在芯片技术领域，国内芯片企业都严重依赖外国芯片架构、芯片制造原材料、芯片制造设备等等，例如华为海思、飞腾等芯片企业采用ARM芯片机构等等， 海光、兆芯等等则采用X86芯片架构，而申威、龙芯则分别采用alpha架构、MIPS架构，但就在近日，国产龙芯再次霸气官宣，将会基于原有购买的MIPS芯片架构，直接研发出了自己的芯片指令集LoongISA，并且LoongISA芯片指令架构可以兼容原有的MIPS指令集，这意味着国产龙芯将抛弃原有的MIPS指令集，采用自主研发的LoongISA芯片指令架构，真正做到完完全全的自主可控。

LoongISA芯片指令架构全称是Loongson Architecture，简称LoongArch，目前LoongISA芯片指令架构已经通过了国内第三方知名知识产权评估机构的评估，目前该自主研发芯片架构已经搭载至最新款的3A5000系列芯片上，成为了首款全自主指令集的国产芯片，这可以说是国产芯片发展所取得第一个 历史 性的突破，毕竟在国产芯片企业中，一直都没有真正自主研发的芯片指令架构，一直都是购买外国的芯片指令集，而现在龙芯已经拥有了一套完整的全自研芯片指令集。

根据知名机构评估信息显示，LoongArch芯片架构和市面上主流的ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86等知名芯片架构进行对比之后，确实LoongArch芯片架构具备了完全自主知识产权，可以做到真正的自主可控，不会遭受到被“卡脖子”威胁。

最后：对于国产龙芯采用全新自主研发芯片架构，推出了“100%纯国产”的3A5000系列芯片，各位小伙伴们，你们觉得龙芯未来是否可以成为国内主流的芯片产品呢？欢迎在评论区中留言讨论，期待你们的精彩评论！

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个注册器（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:LR
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。
7应用
- 在1000MHz以上的应用,很难找到采用ARM架构的产品。
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。
- 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
- 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。

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