CISC RISC ARM MIPS这些架构

最近在上x86这门课,之前学习的课程接触的都是MIPS架构,现在在上这么课程,感受到一些不同架构的差异。虽然还是要日常吐槽21世纪20年代了,我们还会开始这种16位Dos下编程的上古教程(蛤你说用VC讲C++的神课,哼我们也有)不过体会一下这些架构设计的精巧还是有价值的。

当今处理器一共有三个最强大的架构,其中之一是以intel和AMD为代表的x86架构(CISC,Complex Instruction Set Computing),另外一个是手机、平板处理器所使用的ARM架构(RISC,Reduced Instruction Set Computing),最后一个便是我国龙芯处理器所选择的MIPS架构(RISC)。

CISC是复杂指令集CPU,内部将较复杂的指令译码,也就是指令较长,分成几个微指令去执行,正是如此开发程序比较容易(指令多的缘故),但是由于指令复杂,执行工作效率较差,处理数据速度较慢。例如intel和AMD的x86架构的CPU。

RISC是精简指令集CPU,指令位数较短,内部还有快速处理指令的电路,使得指令的译码与数据的处理较快,所以执行效率比CISC高,不过,必须经过编译程序的处理,才能发挥它的效率。例如ARM和MIPS架构的CPU。

ARM是一个精简指令集(RISC)中央处理器(processor)架构。ARM是Acorn电脑公司(Acorn Computers Ltd)于1983年开始的开发计划。Acorn于1990年将设计团队另组成一间名为安谋国际科技(ARM Holdings plc)的新公司。ARM公司自身并不生产处理器,而是将自身的设计licensing卖给需要处理器的公司,而后交给他们生产或者是找人代工。不允许购买者进行任何对ARM架构有更改的设计。

MIPS是高效精简指令集计算机(RISC)体系结构中最优雅的一种,最早诞生于斯坦福大学的一项科研项目(这也是MIPS公司学院派思想的由来),该项目的目的是设计一种高性能简化指令处理器。最终的产物便是MIPS处理器,也便是第一代RISC系统芯片。

与当前商业化最成功的ARM架构相比,MIPS的优势主要有以下几点:

1、MIPS支持64bit指令和操作(ARM目前也支持64bit);
2、MIPS有专门的除法器,可以执行除法指令;
3、MIPS的内核寄存器比ARM多一倍,所以同样的性能下MIPS的功耗会比ARM更低,同样功耗下性能比ARM更高;
4、MIPS指令比ARM稍微多一点,稍微灵活一点;

MIPS虽然存在着一些问题,但MIPS拥有一个绝对最大的优势,那就是最开放化的架构授权。他允许授权商自行更改设计,只要你的眼光够前卫,不管多少核的处理器都可以自行设计。倘若是换做ARM的话,那么你就只能等待他为你提出解决方案了。这也是为什么我国的龙芯公司选择mips而不是ARM的原因

X86指令集的突出的缺点:通用寄存器组——对CPU内核结构的影响X86指令集只有8个通用寄存器。所以,CISC的CPU执行是大多数时间是在访问存储器中的数据,而不是寄存器中的。这就拖慢了整个系统的速度。

最后,市场上最多的x86 vs ARM:

X86采用CISC,具有大量的复杂指令、可变的指令长度、多种的寻址方式这些CISC的特点,也是CISC的缺点,因为这些都大大增加了解码的难度,而在现在的高速硬件发展下,复杂指令所带来的速度提升早已不及在解码上浪费点的时间。除了个人PC市场还在用X86指令集外,服务器以及更大的系统都早已不用CISC了。x86仍然存在的理由就是为了兼容大量的x86平台上的软件,同时,它的体系结构组成的实现不太困难。

ARM采用的RISC体系最大特点是指令长度固定,指令格式种类少,寻址方式种类少,大多数是简单指令且都能在一个时钟周期内完成,易于设计超标量与流水线,寄存器数量多,大量操作在寄存器之间进行,因此有较快运行速度。因此,ARM处理器才成为是当前最流行的处理器系列,是几种主流的嵌入式处理体系结构之一。

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