图解计算机结构与体系分类！！

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今天，我们继续更新【程序员进阶系列】专题，冰河带你从零入坑程序员。接下来，我们一起聊聊计算机的结构和体系分类。

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计算机结构

计算机结构主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。简化的结构图如下图所示。

接下来，我们再看看看其详细的结构图如下所示。

其中，主存储器又叫做内存储器，也就是内存；辅助存储器又叫做辅存，也就是外存储器，例如磁盘；CPU的核心部件为运算器和控制器。

CPU由运算器、控制器、寄存器组和内部总线组成。

运算器包含：算术逻辑单元、累加寄存器、数据缓冲寄存器、状态条件寄存器。

• 算术逻辑单元（ALU）：数据的算术运算和逻辑运算。
• 累加寄存器（AC）：通用寄存器，为ALU提供一个工作区，用于暂存数据。
• 数据缓冲寄存器（DR）：写内存时，暂存指令或数据。
• 状态条件寄存器（PSW）：存储状态标志和控制标志，有时也可以将状态条件寄存器归为控制器部分。

控制器包含：程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序部件。

• 程序计数器（PC）：存储下一条要执行的指令的地址。
• 指令寄存器（IR）：存储即将执行的指令。
• 指令译码器（ID）：对指令中的操作码字段进行分析解释。
• 时序部件：提供时序控制信号。

计算机体系结构分类

首先，我们先来看一个在计算机领域中，对计算机的体系结构进行分类的一种经典方法，就是Flynn分类法，Flynn分类法将计算机分成单指令流单数据流、单指令流多数据流、多指令流单数据流、多指令流多数据流。

具体信息如下表所示。

体系结构类型	结构	关键特性	代表
单指令流单数据流（SISD）	控制部分：一个 处理器：一个 主存模块：一个		单处理器系统
单指令流多数据流（SIMD）	控制部分：一个 处理器：多个 主存模块：多个	各处理机以异步的形式执行同一条机灵	并行处理机、阵列处理机、超级向量处理机
多指令流单数据流（MISD）	控制部分：多个 处理器：一个 主存模块：多个	被证明是不可能的，至少是不实际的	目前没有，有资料记载流水线处理机为此类
多指令流多数据流（MIMD）	控制部分：多个 处理器：多个 主存模块：多个	能够实现作业、任务、指令等各级全面并行	多处理机系统、多计算机

指令的基本概念

一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码，指令的格式如下所示。

其中，操作码部分指出了计算机要执行什么性质的操作，例如，加法、减法、取数、存数等。地址码字段需要包含各操作数的地址及操作结果的存放地址等，从其地址结构的角度可以分为三地址指令、二地址指令、一地址指令和零地址指令。

三地址指令

例如，执行a+b=c操作时，就是使用的三地址指令。此时如下所示。

二地址指令

例如，执行a+=b操作时，执行的就是二地址指令，此时如下所示。

一地址指令

例如，执行a++操作时，执行的就是一地址指令，此时如下所示。

零地址指令

例如，宕机就是零地址指令。

寻址方式

总体来说，寻址方式可以分为：立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址。

• 立即寻址：操作数直接在指令中，速度快，灵活性差。
• 间接寻址：指令中存放的是操作数的地址。
• 间接寻址：指令中存放了一个地址，这个地址对应的内容是操作数的地址。
• 寄存器寻址：寄存器存放操作数。
• 寄存器内存放的是操作数的地址。

CISC与RISC

CISC和RISC分别表示复杂指令集系统和精简指令集系统，具体信息如下表所示。

指令系统类型	指令	存执方式	实现方式	其他
CISC（复杂）	数量多、使用频率差别大，可变长格式	支持多种	微程序控制技术（微码）	研发周期长
SISC（精简）	数量少，使用频率接近，定长格式，大部分为单周期指令，操作寄存器，只有Load/Store操作内存。	支持方式少	增加了通信寄存器、硬布线逻辑控制为主，适合采用流水线	优化编译，有效支持高级编程语言

如何比较CISC和RISC，分哪些维度？

指令数量、指令使用频率、存执方式、寄存器、流水线支持、高级语言支持。

• CISC：复杂、指令数量多，频率差别大、多寻址。
• RISC：精简、指令数量少。操作寄存器，单周期，少寻址，多通用寄存器，流水线，

 

 

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来源： https://blog.51cto.com/binghe001/2927177