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=0.9×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0.9×66MHz=59.4MIPS。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0.2~0.5MIPS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。

龙芯CPU：正版国产据媒体报道，提供“龙芯”系列芯片产品的中科院计算机研究所昨天就国外媒体有关“龙芯2号涉嫌侵权”正式表态。龙芯系列产品总设计师胡伟武表示：“龙芯处理器每一行代码都是自己写出来的”。中科院计算所已经为龙芯1号和龙芯2号申请了20多项与龙芯处理器体系结构相关的发明专利，其中几项已经获得授权。 到目前为止，龙芯处理器的所有设计，不存在对相关公司专利的侵权问题。 龙芯2号是我国首个完全自主产权的通用处理芯片，它的性能相当于英特尔奔腾3的水平，目前已经应用到海尔、浪潮等企业产品上，改变了我国芯片依赖国外进口的现状。龙芯2号的研发成功，一举将国内芯片水平与世界主流技术差距缩短到两代，并且初步实现了应用，这对于我国信息安全具有非常重要的意义。龙芯2号是可用于桌面和笔记本PC的通用CPU，其主要应用目标是Linux桌面PC、安全服务器、网络防火墙等，其低功耗的版本也可以用于NC、无盘工作站等瘦客户机。胡伟武还表示，以后中科院计算机研究所在描述龙芯2号处理器的指令系统时，不会再使用类似“MIPS-like”或“类MIPS”这种容易引起歧义的词语，将明确指明龙芯处理器使用“龙芯指令系统”。对于龙芯1号的产品手册，计算所和龙芯公司也将逐步更正。欲了解“龙芯”系列产品技术特点，请参考官方站点： http://www.blxcpu.com/index.htm以下为中国科学院计算所发布的声明：一、 龙芯2号的知识产权说明1. 计算所非常注重知识产权，在龙芯1号和龙芯2号的设计过程中，已经申请了20多项与龙芯处理器体系结构相关的发明专利。其中部分已经获得了授权。2.根据我们的检索和分析结果，到目前为止，龙芯处理器的所有设计，不存在对相关公司专利的侵权问题。MIPS公司一直在对所属的知识产权进行正当的保护，过去就有美国公司由于指令问题陷入与MIPS公司的知识产权纠纷。但到目前为止，计算所没有从MIPS公司收到过任何关于龙芯侵犯MIPS知识产权的通知。据我们了解，与MIPS的知识产权纠纷最常见的是MIPS指令系统中的几条（32位模式为4条，64位模式为8条）访存地址不对齐（Unaligned Memory Access）的指令。MIPS公司为这几条指令的实现方法在美国、日本、韩国、加拿大、澳大利亚申请了专利。但龙芯不存在对这几条指令的侵权问题。（1）到目前为止，在市场上销售的所有龙芯处理器和龙芯IP都没有实现这几条指令。（2）MIPS公司没有在中国申请与这几条指令有关的专利，因此在中国市场，不存在对这几条指令侵权的问题。MIPS还有其他一些专利，如关于媒体指令的专利以及大尾段（Big Endian）和小尾段（Little Endian）切换的专利。但是龙芯没有使用，如龙芯2号中实现了完全自己定义的100条左右的媒体指令，只实现了小尾段的数据格式。侵权是个严肃的法律概念，法院对侵权的判定至少要求以下四方面的举证：（1）一方合法拥有相关权利；（2）另一方采取了侵犯这些权利的行为，且一般存在主观过错；（3）对权利拥有方造成了损害；（4）被造成的损害与（2）中所指行为存在因果关系。仅仅通过猜测的“架构95%类似”片面推断龙芯2号侵犯相关公司的知识产权是极不负责任的做法。3.关于龙芯进入国际市场的问题。专利三大特性中的前两项指专利的时间性和地域性。目前多数国家对发明专利的保护年限为20年。并且专利只在其申请国受到相关保护。龙芯进入国际市场选择在何时、选择进入哪个国家/地区与该国/地区相关专利的法律状态有关，如果相关公司在龙芯进入的国家没有申请相关专利或专利已过期或失效，龙芯进入该国市场将不会引发任何专利纠纷。4.作为信息领域一流的国立研究机构，计算所与业界多家知名的国际国内公司长期保持着友好的合作关系和联系，MIPS公司也是其中之一。双方领导高层进行过多次互访（其中包括计算所所长和MIPS的CEO）。MIPS公司希望计算所使用上述访存地址不对齐的指令，并购买MIPS公司对这几条指令的授权许可（即MIPS体系结构授权），实现与MIPS的全兼容。取得与MIPS兼容的授权有以下好处：（1）实现上述指令后，在龙芯CPU上可运行MIPS计算机已有的应用软件，减少软件移植工作量。（2）充分利用MIPS兼容的品牌优势。（3）取得MIPS许可权后，同时取得MIPS公司在设计、验证等方面的全面技术支持。计算所表示充分理解并正在与有关部门联系，争取采用适当的方式购买MIPS公司的相关授权。5.另外，计算所希望借这个机会明确表示，以后计算所在描述龙芯2号处理器的指令系统时，不再用像“MIPS-like”或“类MIPS”这种容易引起歧义的词语，将明确指明龙芯处理器使用“龙芯指令系统”。目前的龙芯指令系统主要由以下四个部分组成。（1）MIPS III指令集中不涉及MIPS专利的部分指令；（2）龙芯1号或龙芯2号自己独有的普通用户态指令，如乘累加指令（MIPS IV中定义了乘加指令，但龙芯2号没有采用）等；（3）部分与处理器结构紧密相关的核心态指令，如对Cache或TLB *** 作的指令（这些指令一般随结构的不同而不同，即使在MIPS的不同处理器中也是如此）以及在未来的龙芯3号中进行多核之间同步和通信的指令等；（4）龙芯独有的媒体指令。随着龙芯处理器的发展，龙芯指令系统还会进一步增加新指令。对于龙芯1号的产品手册，计算所和龙芯公司也将逐步更正。二、 龙芯2号的技术说明――关于“架构”最近，美国In-Stat公司发表在《Microprocessor Report》发表了一篇论文，对龙芯2号进行了详细介绍。In-Stat公司的报告的主要依据是龙芯课题组发表在计算所主办的《Journal of Computer Science and Technology》2005年第2期上的一篇介绍龙芯2号结构设计的学术论文。In-Stat公司在该报告中明确指出，龙芯2号没有实现MIPS公司申请专利的访存不对齐的那几条指令。此外，龙芯2号实现了自己定义的媒体指令，没有实现MIPS公司定义并申请专利的媒体指令。In-Stat公司的报告指出，“由于龙芯2号只是没有实现MIPS公司申请专利的部分指令，因此龙芯2号的指令系统是95%与MIPS兼容的（95% MIPS Compatible）此外龙芯2号结构与同是四发射的MIPS R10000处理器有类似的地方”。因此，部分国内媒体说“龙芯2号的架构与MIPS R10000有95%的相似之处，可能构成对MIPS的侵权”并不是In-Stat公司报告结论，也是完全没有根据的臆测。从高层概念性的“架构”（专业名词为architecture或体系结构）来看。目前所有的RISC处理器95%以上都是类似的。这些“架构”的内容包括RISC结构、64位、四发射、必要功能部件的设置、有关队列（如发射队列，Reorder Buffer，访存队列）的设置、指令和数据Cache的设置等。在这些概念性的“架构”方面，MIPS处理器、IBM的处理器、SUN的处理器、HP的处理器、DEC的处理器等等，都是95%以上类似的。打个比方来说，我们不能根据两套住房都是三室一厅，都有两个房间朝南就认为这两套住房互相侵权。但从与实现相关的微体系结构（Microarchitecture）的角度，则不同的设计师各显神通。龙芯2号作为完全独立设计的处理器也是如此。例如，MIPS R10000是5-7级流水线，而龙芯2号是9级流水线；MIPS R10000的媒体指令与龙芯2号的媒体指令完全不同；MIPS R10000在发射指令时把指令分成定点指令、浮点指令、和访存指令三组，而龙芯2号在发射指令时把指令分成定点（包括访存）以及浮点两组；龙芯2号实现了可执行保护以防止黑客或病毒的缓冲区溢出攻击而MIPS R10000没有；MIPS R10000和龙芯2号的转移取消机制很不一样，等等。可以说，在涉及具体实现的微体系结构方面，龙芯2号和MIPS R10000很难找到相同的地方。这点，在In-Stat的报告中也进行了充分的阐述。在In-stat的报告中，对龙芯2号和MIPS R10000的一些结构参数进行了比较，得出龙芯2号在处理能力上与MIPS R10000类似甚至超过的结论。有些媒体就此说龙芯2号的“架构”与MIPS R10000有95%类似，是没有根据的，容易使人误认为中国人自己没有能力设计自己的处理器，需要通过抄袭别人的结构来实现。事实上，到目前为止，实现（部分）MIPS指令系统的最高性能的处理器正是正在实现中的龙芯。

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