【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。