【软考学习4】计算机构成——CPU 结构、Flynn 分类法、CISC和RISC

野性酷女 2023-09-28 22:09 4阅读 0赞

> CPU 结构、Flynn 分类法、CISC/RISC都是软考中较为常见的知识点，需要了解每种类型的特征、它们之间的区别。

![在这里插入图片描述][ff6594ee6ea447758b4575c9c1a38320.png]

--------------------

### 一、CPU结构 ###

数学家 `冯·诺依曼` 认为，计算机应当分为以下五个部分：

*  **运算器**：完成程序的各种算数、逻辑运算。
 *  **控制器**：控制程序指令的执行，并将运行结果放到存储器。
 *  **存储器**：用于持久化程序计算后的二进制数据。
 *  **输入设备**：用于将数据输入到计算机。
 *  **输出设备**：用于将计算机处理结果渲染展示给用户。

简单来讲，如下图所示。  
![在这里插入图片描述][ad4d55adeffa4e2f95c0bc8597172e60.png_pic_center]  
主机包括了 `CPU` 和 `存储器`。

而 `CPU` 包括了 `运算器` 和 `控制器`。

`运算器` 和 `控制器` 内部的构成组件，是软考中经常考到的，所以要进行总结归纳。

![在这里插入图片描述][52c7e8f46089410b81625de4cdf2b4be.png_pic_center]

**只要和指令相关的，都属于控制器；其他寄存器都在运算器**。

运算器包括了：

*  **算数逻辑单元 ALU**：用来做算数（加减乘除）、逻辑（或且非）运算。
 *  **累加寄存器 AC**：用于存放 `算数逻辑单元ALU`的临时计算结果，用于加减移位临时数据的保存。
 *  **数据缓冲寄存器 DR**：和内存进行 IO 交互时，用到的缓存器件。
 *  **状态条件寄存器 PSW**：用于保存计算时的状态标记，如`进位（C）`、`溢出（V）`、`中断（I）`等。

而控制器包括了：

*  **程序计数器 PC**：用于取指令，以便于控制器加以执行。
 *  **指令寄存器 IR**：用于暂存正在执行的指令。
 *  **指令译码器**：指令执行前的分析工作，分析指令的操作码。
 *  **时序部件**：控制时钟产生的周期信号，用于各部件的时间同步。

![在这里插入图片描述][0b5da49f32ab4832b62ca4e9b2d38061.png]

--------------------

### 二、Flynn —— 计算机体系结构的分类方法 ###

##### 2.1 单指令流单数据流（SISD） #####

*  控制器：`1` 个。
 *  处理器：`1` 个。
 *  主存储器：`1` 个。

典例：单处理器系统。

##### 2.2 单指令流多数据流（SIMD） #####

*  控制器：`1` 个。
 *  处理器：`N` 个。
 *  主存储器：`N` 个。

典例：并行处理机、阵列处理机、超级向量处理机。

支持各处理器异步执行同一条指令。

##### 2.3 多指令流单数据流（MISD） #####

*  控制器：`N` 个。
 *  处理器：`1` 个。
 *  主存储器：`N` 个。

只是理论上存在，不切实际。

##### 2.4 多指令流多数据流（MIMD） #####

*  控制器：`N` 个。
 *  处理器：`N` 个。
 *  主存储器：`N` 个。

**最常见**，多处理机系统，能够实现并行作业。

![在这里插入图片描述][df4ad61b26b74de69355a5d8e2fb1a34.png]

--------------------

### 三、指令系统类型 CISC、RISC ###

##### CISC（复杂指令集） #####

全名 `复杂指令系统计算机`，Complex InstrucTIon Set Computer。

指令数量多，支持的寻址方式多，研制周期长，比较复杂，不常用。

##### RISC（精简指令集） #####

全名 `精简指令集计算机`，Reduced InstrucTIon Set Computer。

指令数量少，**引入了寄存器**，**频率为定长格式**，支持的寻址方式少，研制周期短，比较简单，**支持高级编程语言**，使用场景广。

计算机的指令集越大，处理器就会越复杂，执行指令也会更慢，所以在现在日常使用的电脑中，都是用了 `RISC`。

--------------------

![在这里插入图片描述][b4959807401e4f5ebc4a4dc0162897ee.png]

[ff6594ee6ea447758b4575c9c1a38320.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/ff6594ee6ea447758b4575c9c1a38320.png
[ad4d55adeffa4e2f95c0bc8597172e60.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/ad4d55adeffa4e2f95c0bc8597172e60.png#pic_center
[52c7e8f46089410b81625de4cdf2b4be.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/52c7e8f46089410b81625de4cdf2b4be.png#pic_center
[0b5da49f32ab4832b62ca4e9b2d38061.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/0b5da49f32ab4832b62ca4e9b2d38061.png
[df4ad61b26b74de69355a5d8e2fb1a34.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/df4ad61b26b74de69355a5d8e2fb1a34.png
[b4959807401e4f5ebc4a4dc0162897ee.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/b4959807401e4f5ebc4a4dc0162897ee.png