圖解電腦結構與體系分類！！
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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，我們一起聊聊電腦的結構和體系分類。
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電腦結構
電腦結構主要由運算器、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，主存儲器又叫做記憶體儲器，也就是記憶體；輔助存儲器又叫做輔存，也就是外存儲器，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、數據緩衝暫存器、狀態條件暫存器。
- 算術邏輯單元（ALU）：數據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，用於暫存數據。
- 數據緩衝暫存器（DR）：寫記憶體時，暫存指令或數據。
- 狀態條件暫存器（PSW）：存儲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、指令解碼器、時序部件。
- 程式計數器（PC）：存儲下一條要執行的指令的地址。
- 指令暫存器（IR）：存儲即將執行的指令。
- 指令解碼器（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。
電腦體系結構分類
首先，我們先來看一個在電腦領域中，對電腦的體系結構進行分類的一種經典方法，就是Flynn分類法，Flynn分類法將電腦分成單指令流單數據流、單指令流多數據流、多指令流單數據流、多指令流多數據流。
具體資訊如下表所示。
| 體系結構類型 | 結構 | 關鍵特性 | 代表 |
|---|---|---|---|
| 單指令流單數據流（SISD） | 控制部分：一個 處理器：一個 主存模組：一個 | 單處理器系統 | |
| 單指令流多數據流（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 |
| 多指令流單數據流（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 |
| 多指令流多數據流（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、多電腦 |
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程式碼，指令的格式如下所示。
其中，操作碼部分指出了電腦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操作數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，宕機就是零地址指令。
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：操作數直接在指令中，速度快，靈活性差。
- 間接定址：指令中存放的是操作數的地址。
- 間接定址：指令中存放了一個地址，這個地址對應的內容是操作數的地址。
- 暫存器定址：暫存器存放操作數。
- 暫存器記憶體放的是操作數的地址。
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，具體資訊如下表所示。
| 指令系統類型 | 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） | 研發周期長 |
| SISC（精簡） | 數量少，使用頻率接近，定長格式，大部分為單周期指令，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、硬布線邏輯控制為主，適合採用流水線 | 優化編譯，有效支援高級程式語言 |
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、高級語言支援。
- 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，單周期，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~~
