2.2 流水线与MIPS

要讲解流水线，不得不提一个重要的架构——MIPS。

1981年，时任斯坦福大学教授的John Hennessy领导团队实现了第一个MIPS架构处理器。1984年，John Hennessy离开斯坦福大学，创立了MIPS科技公司，开始把他的研究成果转化为产品。MIPS的全称为Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages，它采用5级指令流水线，能够以接近每个时钟周期一条指令的速率执行。这个设计在当时非常简明高效，奠定了MIPS的架构独特性。

1985 年，MIPS 发布了它的首款处理器——R2000。这款产品是第一款在商业上成功的RISC处理器，它带有整合浮点数单元，实现了强大的数学算力。1988年，MIPS发布了R3000，R3000 引领了消费电子市场的技术革新，被广泛应用于各种产品中，包括游戏机、打印机和路由器等。这款处理器的成功使得MIPS成为RISC架构在市场上的主要竞争者。1991年，MIPS发布了R4000，这是世界上第一款商用的64位微处理器。此款处理器具有多达100万个晶体管，是当时最先进的技术。此举使得MIPS在64位处理器领域取得了技术领先地位，这一领先地位一直持续到了2012年。

在整个过程中，MIPS不仅推动了RISC架构的发展和普及，也通过其IP（知识产权）许可模式，影响了整个半导体行业的商业模式。MIPS的许多创新和成果至今仍在电子产品和计算设备中广泛使用。

MIPS架构的主要特点是其使用固定长度的32位指令和较少的寄存器，以及较少且简单的指令集。这种设计让 MIPS 处理器可以实现更简洁、更快的硬件设计，同时还能通过并行和流水线技术提高性能。在 MIPS 架构下，每个指令都会在单个时钟周期内完成，这使得流水线的实现更加直接和有效。由于指令设计的简洁性，MIPS处理器可以有更多的空间和能力去实现其他性能优化，如缓存和分支预测等。

现在的MIPS所属公司宣布将放弃继续设计MIPS架构，全身心投入RISC-V阵营。目前正在开发第八代架构，该架构将基于RISC-V处理器标准。RISC-V是因为架构简单、功耗面积小、开源，降低了厂商的开发门槛，而受到众多开发者青睐的。