圖解計算機結構與體系分類！！

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今天，我們繼續更新【程式設計師進階系列】專題，冰河帶你從零入坑程式設計師。接下來，我們一起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、儲存器、輸入裝置和輸出裝置組成。簡化的結構圖如下圖所示。

接下來，我們再看看看其詳細的結構圖如下所示。

其中，主儲存器又叫做記憶體儲器，也就是記憶體；輔助儲存器又叫做輔存，也就是外儲存器，例如磁碟；CPU的核心部件為運算器和控制器。

CPU由運算器、控制器、暫存器組和內部匯流排組成。

運算器包含：算術邏輯單元、累加暫存器、資料緩衝暫存器、狀態條件暫存器。

• 算術邏輯單元（ALU）：資料的算術運算和邏輯運算。
• 累加暫存器（AC）：通用暫存器，為ALU提供一個工作區，用於暫存資料。
• 資料緩衝暫存器（DR）：寫記憶體時，暫存指令或資料。
• 狀態條件暫存器（PSW）：儲存狀態標誌和控制標誌，有時也可以將狀態條件暫存器歸為控制器部分。

控制器包含：程式計數器、指令暫存器、指令譯碼器、時序部件。

• 程式計數器（PC）：儲存下一條要執行的指令的地址。
• 指令暫存器（IR）：儲存即將執行的指令。
• 指令譯碼器（ID）：對指令中的操作碼欄位進行分析解釋。
• 時序部件：提供時序控制訊號。

計算機體系結構分類

首先，我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分類法將計算機分成單指令流單資料流、單指令流多資料流、多指令流單資料流、多指令流多資料流。

具體資訊如下表所示。

體系結構型別	結構	關鍵特性	代表
單指令流單資料流（SISD）	控制部分：一個 處理器：一個 主存模組：一個		單處理器系統
單指令流多資料流（SIMD）	控制部分：一個 處理器：多個 主存模組：多個	各處理機以非同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
多指令流單資料流（MISD）	控制部分：多個 處理器：一個 主存模組：多個	被證明是不可能的，至少是不實際的	目前沒有，有資料記載流水線處理機為此類
多指令流多資料流（MIMD）	控制部分：多個 處理器：多個 主存模組：多個	能夠實現作業、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位制程式碼，指令的格式如下所示。

其中，操作碼部分指出了計算機要執行什麼性質的操作，例如，加法、減法、取數、存數等。地址碼欄位需要包含各運算元的地址及操作結果的存放地址等，從其地址結構的角度可以分為三地址指令、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操作時，就是使用的三地址指令。此時如下所示。

二地址指令

例如，執行a+=b操作時，執行的就是二地址指令，此時如下所示。

一地址指令

例如，執行a++操作時，執行的就是一地址指令，此時如下所示。

零地址指令

例如，當機就是零地址指令。

定址方式

總體來說，定址方式可以分為：立即定址、直接定址、間接定址、暫存器定址、暫存器間接定址。

• 立即定址：運算元直接在指令中，速度快，靈活性差。
• 間接定址：指令中存放的是運算元的地址。
• 間接定址：指令中存放了一個地址，這個地址對應的內容是運算元的地址。
• 暫存器定址：暫存器存放運算元。
• 暫存器記憶體放的是運算元的地址。

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，具體資訊如下表所示。

指令系統型別	指令	存執方式	實現方式	其他
CISC（複雜）	數量多、使用頻率差別大，可變長格式	支援多種	微程式控制技術（微碼）	研發週期長
SISC（精簡）	數量少，使用頻率接近，定長格式，大部分為單週期指令，操作暫存器，只有Load/Store操作記憶體。	支援方式少	增加了通訊暫存器、硬佈線邏輯控制為主，適合採用流水線	優化編譯，有效支援高階程式語言

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、暫存器、流水線支援、高階語言支援。

• CISC：複雜、指令數量多，頻率差別大、多定址。
• RISC：精簡、指令數量少。操作暫存器，單週期，少定址，多通用暫存器，流水線，

好了，今天就到這兒吧，我是冰河，大家有啥問題可以在下方留言，也可以加我微信：sun_shine_lyz，我拉你進群，一起交流技術，一起進階，一起牛逼~~