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

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。

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。

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。

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。

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。

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。