MIPS,MIPS是什么意思

MIPS,MIPS是什么意思

MIPS的名字為“Micro computer without interlocked pipeline stages”(“ 無(wú)互鎖流水線微處理器”)的縮寫(xiě)。另外一個(gè)通常的非正式的說(shuō)法是"Millions of instructions per second”即百萬(wàn)條指令每秒。現(xiàn)在己經(jīng)成為其指令集以及基于該指令集的體系結(jié)構(gòu)的代名詞。MIPS是最早的，最成功的RISC處理器之一，起源于Stanford Univ.的電機(jī)系。最早作為美國(guó)大學(xué)計(jì)劃的一個(gè)項(xiàng)目，由一群芯片設(shè)計(jì)、編譯器優(yōu)化和體系結(jié)構(gòu)人員組成并獲得了很大的成功。創(chuàng)始人John L. Hennessy于1984年在硅谷創(chuàng)立了MIPS INC.公司，將MIPS正式用于商業(yè)領(lǐng)域。

1985年作為第一代商業(yè)產(chǎn)品的R2000問(wèn)世，通過(guò)增加內(nèi)存管理硬件單元(MMU)使得性能有所增強(qiáng)。1987年又在R2000的基礎(chǔ)上增加了浮點(diǎn)協(xié)處理器(FPA)，引入了浮點(diǎn)運(yùn)算指令。1988-1989年，MIPS利用較小的硬件改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了性能的大幅提高，使得R3000得到了編程人員的一致贊同。從R2000到R3000都是32位CPU，他們的共同特點(diǎn)是片上集成了cache控制器，并使用外部靜態(tài)RAM作為高速緩存。

因?yàn)?MIPS采用CMOS工藝，為了解決外部cache對(duì)CPU性能的限制，MIPS第二代產(chǎn)品R6000采用在外部cache接口使用ECL工藝以提高訪問(wèn)cache的速度。但是該計(jì)劃尚未完成就被放棄，取而代之的是采用片上cache的R4000系列。此外，R4000完全采用64位指令集并支持共享內(nèi)存的多處理器操作系統(tǒng)。其最快工作頻率達(dá)到了1OOMHz。但是MIPS認(rèn)為cache的存取速度遠(yuǎn)跟不上處理器的速度，因此在該CPU中定義了較長(zhǎng)的流水線采用兩個(gè)時(shí)鐘訪問(wèn)cache影響了處理器性能，使得MIPS失去了很大市場(chǎng)。MIPS的最大用戶，使用MIPS處理器的工作站制造商SGI也因此瀕臨倒閉。1994年底問(wèn)世的R4400使得MIPS重整旗鼓，并使得SGI也重新站到了高性能RISC的領(lǐng)先地位。與此同時(shí)，早期參加MIPS設(shè)計(jì)的隊(duì)伍(現(xiàn)為QED，為IDT設(shè)計(jì)處理器)重新使用傳統(tǒng)的五級(jí)流水線設(shè)計(jì)出了R4600，以較高的性能和合理的價(jià)格作為較高性?xún)r(jià)比的嵌入式處理器贏得了路由器和SGI桌面系統(tǒng)的市場(chǎng)。QED開(kāi)發(fā)了R4600后，而另一個(gè)MIPS架構(gòu)的授權(quán)方--NEC則正在開(kāi)發(fā)其自己的64位MIPS處理器--VR4300。NEC的處理器為Nintendo-64及惠普的高性能激光打印機(jī)系列提供了強(qiáng)勁的動(dòng)力。

95年以后，MIPS推出了更新的R10000，他打破了傳統(tǒng)的MIPS簡(jiǎn)單流水線設(shè)計(jì)，采用亂序執(zhí)行技術(shù)(Pentium II和HP的PA-8x00系列均采用此技術(shù))。緊隨R4600/VR4300系列之后，QED運(yùn)用SGI提供的基金，為NEC和IDT開(kāi)發(fā)了R5000。R5000不僅向R4600增加了工作站類(lèi)型的浮點(diǎn)，而且再次將高速緩存大小加倍。該款處理器為網(wǎng)絡(luò)與打印市場(chǎng)中的第二代設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

隨著0.25微米工藝的興起，高速緩存大小的提高對(duì)CPI改進(jìn)顯示出衰減，流水線停止長(zhǎng)度(stall length)影響著衰減發(fā)生的位置。這是由于DRAM的速度低于處理器的速度，因此工程師們開(kāi)始構(gòu)建位于處理器外部的二級(jí)高速緩存，這樣可暫時(shí)減輕處理器與DRAM之間的速度差異?？筛?jīng)濟(jì)地構(gòu)建具有16 K Byte的主指令與數(shù)據(jù)高速緩存，以及256 K Byte的二級(jí)高速緩存的處理器。這成為首款帶有集成二級(jí)高速緩存的商用市場(chǎng)微處理器QED RM7000的技術(shù)規(guī)范。除了集成的二級(jí)高速緩存外，RM7000還包括另一個(gè)增強(qiáng)性能:稱(chēng)為超標(biāo)量的晶體管使用技術(shù)，實(shí)施簡(jiǎn)單的雙路超標(biāo)量流水線以幾乎相同比例的附加硬件與復(fù)雜性提供25%到30%的性能增強(qiáng)。64位RM7000是首款采用0.25微米以及目前的0.18 微米和0.13 微米技術(shù)構(gòu)建的產(chǎn)品，其己經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)和打印機(jī)市場(chǎng)上獲得了巨大的成功，并且有望在不久的將來(lái)進(jìn)軍消費(fèi)市場(chǎng)。PMC-Sierra于2000年收購(gòu)7 QED。最新的64位MIPS處理器--RM9000x2秉承了PMC的品牌，它包含了兩個(gè)均具有集成二級(jí)高速緩存的64位處理器。RM9000x2主要針對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)，具有集成的DDR內(nèi)存控制器和超高速的Hyper Transport I/O鏈接。處理器、內(nèi)存和I/0均通過(guò)分組交叉連接起來(lái)的，可實(shí)現(xiàn)高性能、全面高速緩存的統(tǒng)一芯片系統(tǒng)。除通過(guò)并行處理提高系統(tǒng)性能外，RM9000x2還通過(guò)將超標(biāo)量與超流水線技術(shù)相結(jié)合來(lái)提高單個(gè)處理器的性能。通過(guò)采用超流水線技術(shù)，RM9000x2核心能夠使用0.13 微米技術(shù)以1 GHz的頻率運(yùn)行。x2的64位處理器內(nèi)核將在PMC內(nèi)廣泛用于需要高性能處理的解決方案。例如，對(duì)RM7000系列獨(dú)立處理器以及網(wǎng)絡(luò)、打印機(jī)和消費(fèi)類(lèi)ASSP與CSSP進(jìn)行擴(kuò)展。目前，PMC正在大批量提供64位MIPS架構(gòu)處理器，隨著摩爾定律的快速向前發(fā)展，性?xún)r(jià)比將越來(lái)越具吸引力。通過(guò)MIPS Technologies, PMC-Sierra及其他MIPS授權(quán)方(像Broadcom, NEC、東芝等)建立的協(xié)作關(guān)系。MIPS架構(gòu)將以其強(qiáng)大的生命力不斷發(fā)展，向各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用提供從低端到高端，從專(zhuān)用ASIC到32/64位的嵌入式內(nèi)核。

MIPS 架構(gòu)
20 多年前，MIPS 架構(gòu)由美國(guó)斯坦福大學(xué)開(kāi)發(fā)而成，是一種一流的、優(yōu)化的、高度可升級(jí)的 RICS 架構(gòu)。該技術(shù)的基本特點(diǎn)是包括大量的寄存器、指令數(shù)和字符、可視的流水線延遲間隙――這些使 MIPS 架構(gòu)可以在每平方毫米提供最高的性能和當(dāng)今 SoC 設(shè)計(jì)中最低的能耗。MIPS 架構(gòu)產(chǎn)品包括可以無(wú)縫兼容的MIPS32 和 MIPS64 架構(gòu)，以及可以大大提高特定類(lèi)型應(yīng)用性能的特定應(yīng)用擴(kuò)展（ASE）。

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