图解计算机结构与体系分类!!

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。

 图解计算机结构与体系分类!!

接下来,我们再看看看其详细的结构图如下所示。

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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。

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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。

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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。

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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。

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具体信息如下表所示。

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

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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

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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。

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二地址指令

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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。

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一地址指令

 图解计算机结构与体系分类!!

例如,执行a++操作时,执行的就是一地址指令,此时如下所示。

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零地址指令

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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。

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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

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