圖解計算機結構與體系分類！！

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今天，咱們繼續更新【程序員進階系列】專題，冰河帶你從零入坑程序員。接下來，咱們一塊兒聊聊計算機的結構和體系分類。

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計算機結構

計算機結構主要由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成。簡化的結構圖以下圖所示。

接下來，咱們再看看看其詳細的結構圖以下所示。

其中，主存儲器又叫作內存儲器，也就是內存；輔助存儲器又叫作輔存，也就是外存儲器，例如磁盤；CPU的核心部件爲運算器和控制器。

CPU由運算器、控制器、寄存器組和內部總線組成。

運算器包含：算術邏輯單元、累加寄存器、數據緩衝寄存器、狀態條件寄存器。

• 算術邏輯單元（ALU）：數據的算術運算和邏輯運算。
• 累加寄存器（AC）：通用寄存器，爲ALU提供一個工做區，用於暫存數據。
• 數據緩衝寄存器（DR）：寫內存時，暫存指令或數據。
• 狀態條件寄存器（PSW）：存儲狀態標誌和控制標誌，有時也能夠將狀態條件寄存器歸爲控制器部分。

控制器包含：程序計數器、指令寄存器、指令譯碼器、時序部件。

• 程序計數器（PC）：存儲下一條要執行的指令的地址。
• 指令寄存器（IR）：存儲即將執行的指令。
• 指令譯碼器（ID）：對指令中的操做碼字段進行分析解釋。
• 時序部件：提供時序控制信號。

計算機體系結構分類

首先，咱們先來看一個在計算機領域中，對計算機的體系結構進行分類的一種經典方法，就是Flynn分類法，Flynn分類法將計算機分紅單指令流單數據流、單指令流多數據流、多指令流單數據流、多指令流多數據流。

具體信息以下表所示。

體系結構類型	結構	關鍵特性	表明
單指令流單數據流（SISD）	控制部分：一個 處理器：一個 主存模塊：一個		單處理器系統
單指令流多數據流（SIMD）	控制部分：一個 處理器：多個 主存模塊：多個	各處理機以異步的形式執行同一條機靈	並行處理機、陣列處理機、超級向量處理機
多指令流單數據流（MISD）	控制部分：多個 處理器：一個 主存模塊：多個	被證實是不可能的，至少是不實際的	目前沒有，有資料記載流水線處理機爲此類
多指令流多數據流（MIMD）	控制部分：多個 處理器：多個 主存模塊：多個	可以實現做業、任務、指令等各級全面並行	多處理機系統、多計算機

指令的基本概念

一條指令就是機器語言的一個語句，它是一組有意義的二進制代碼，指令的格式以下所示。

其中，操做碼部分指出了計算機要執行什麼性質的操做，例如，加法、減法、取數、存數等。地址碼字段須要包含各操做數的地址及操做結果的存放地址等，從其地址結構的角度能夠分爲三地址指令、二地址指令、一地址指令和零地址指令。

三地址指令

例如，執行a+b=c操做時，就是使用的三地址指令。此時以下所示。

二地址指令

例如，執行a+=b操做時，執行的就是二地址指令，此時以下所示。

一地址指令

例如，執行a++操做時，執行的就是一地址指令，此時以下所示。

零地址指令

例如，宕機就是零地址指令。

尋址方式

整體來講，尋址方式能夠分爲：當即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址。

• 當即尋址：操做數直接在指令中，速度快，靈活性差。
• 間接尋址：指令中存放的是操做數的地址。
• 間接尋址：指令中存放了一個地址，這個地址對應的內容是操做數的地址。
• 寄存器尋址：寄存器存放操做數。
• 寄存器內存放的是操做數的地址。

CISC與RISC

CISC和RISC分別表示複雜指令集系統和精簡指令集系統，具體信息以下表所示。

指令系統類型	指令	存執方式	實現方式	其餘
CISC（複雜）	數量多、使用頻率差異大，可變長格式	支持多種	微程序控制技術（微碼）	研發週期長
SISC（精簡）	數量少，使用頻率接近，定長格式，大部分爲單週期指令，操做寄存器，只有Load/Store操做內存。	支持方式少	增長了通訊寄存器、硬佈線邏輯控制爲主，適合採用流水線	優化編譯，有效支持高級編程語言

如何比較CISC和RISC，分哪些維度？

指令數量、指令使用頻率、存執方式、寄存器、流水線支持、高級語言支持。

• CISC：複雜、指令數量多，頻率差異大、多尋址。
• RISC：精簡、指令數量少。操做寄存器，單週期，少尋址，多通用寄存器，流水線，

好了，今天就到這兒吧，我是冰河，你們有啥問題能夠在下方留言，也能夠加我微信：sun_shine_lyz，我拉你進羣，一塊兒交流技術，一塊兒進階，一塊兒牛逼~~