图解计算机结构与体系分类！！

àì夳堔傛蜴生んèń 2021-09-07 06:05 432阅读 0赞

## 写在前面 ##

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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2wxMDI4Mzg2ODA0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

接下来，我们再看看看其详细的结构图如下所示。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2wxMDI4Mzg2ODA0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2wxMDI4Mzg2ODA0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2wxMDI4Mzg2ODA0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

*  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。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2wxMDI4Mzg2ODA0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]

*  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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2wxMDI4Mzg2ODA0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]

具体信息如下表所示。

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

## 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。  
![在这里插入图片描述][20210126005100624.jpg_pic_center]

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 ###

![在这里插入图片描述][20210126005110192.jpg_pic_center]

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。

![在这里插入图片描述][20210126005121684.jpg_pic_center]

### 二地址指令 ###

![在这里插入图片描述][20210126005131536.jpg_pic_center]

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。

![在这里插入图片描述][20210126005153630.jpg_pic_center]

### 一地址指令 ###

![在这里插入图片描述][20210126005207463.jpg_pic_center]

例如，执行a++操作时，执行的就是一地址指令，此时如下所示。

![在这里插入图片描述][20210126005218180.jpg_pic_center]

### 零地址指令 ###

![在这里插入图片描述][20210126005235235.jpg_pic_center]

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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2wxMDI4Mzg2ODA0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]

*  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。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>指令系统类型</th> 
   <th>指令</th> 
   <th>存执方式</th> 
   <th>实现方式</th> 
   <th>其他</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>CISC（复杂）</td> 
   <td>数量多、使用频率差别大，可变长格式</td> 
   <td>支持多种</td> 
   <td>微程序控制技术（微码）</td> 
   <td>研发周期长</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SISC（精简）</td> 
   <td>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。</td> 
   <td>支持方式少</td> 
   <td>增加了通信寄存器、硬布线逻辑控制为主，适合采用流水线</td> 
   <td>优化编译，有效支持高级编程语言</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**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，

**好了，今天就到这儿吧，我是冰河，大家有啥问题可以在下方留言，也可以加我微信：sun\_shine\_lyz，我拉你进群，一起交流技术，一起进阶，一起牛逼~~**

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[20210126005100624.jpg_pic_center]: /images/20210901/b6e5f9000e1d4aa08f5812a013d25cda.png
[20210126005110192.jpg_pic_center]: /images/20210901/fa1802bb9d0f46138ab9895dcb9e0926.png
[20210126005121684.jpg_pic_center]: /images/20210901/ae71af68dd414daeba741ae668f0ee90.png
[20210126005131536.jpg_pic_center]: /images/20210901/a1bd0ad5428e484896ac6c8b7047fcc6.png
[20210126005153630.jpg_pic_center]: /images/20210901/c767e70c537641d1981774984acdf833.png
[20210126005207463.jpg_pic_center]: /images/20210901/238c2f853f2f4e9baa5f4f30144da5b5.png
[20210126005218180.jpg_pic_center]: /images/20210901/48246f160700457ea42d2fdc181fc266.png
[20210126005235235.jpg_pic_center]: /images/20210901/f435b659953148a5a1b98776e6ae540b.png
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