导图社区 计算机组成与体系结构
简要的概述来了计算机系统结构，并将体系内的部分内容进行摘录，希望对大家有所帮助。全面覆盖了计算机硬件组成、存储器层次结构、输入输出系统以及并行处理技术等关键领域。
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计算机组成与体系结构
计算机系统组成
计算机硬件组成
控制器
概念：分析和执行指令的部件，依据机器指令， 统一指挥并控制计算机各部件协调工作的中心部件
组成：
程序计数器PC
存储下一条要执行指令的地址
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
运算器
概念：在控制器的控制下完成各种算术运算和逻辑运算
算术逻辑单元ALU
对数据的算术、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
存储状态标志与控制标志
主存
概念：用于存储运行中的指令和数据
辅存
概念：用于长期保存各种信息
输入设备
输出设备
计算机系统结构的分类
存储程序的概念 （冯诺依曼型计算机）
现状：1946年由冯诺依曼提出，目前绝大多数计算机仍建立在这个概念的基础上
弱点：存储器访问时一个瓶颈，目前已经出现了如“数据驱动的数据流计算机”、 “需求驱动的归约计算机”、“模式匹配驱动的智能计算机”
要点：
由运算器、存储器、控制器、输出设备、输入设备五大基本组件组成
计算机内部采用二进制来表示数据和指令
（基本定义）编译好的程序事先存储在存储器中，然后再启动计算机进行工作
Flynn分类
概念：
Flynn针对计算机系统的指令流、数据流的多倍性特征的分类法
指令流：机器执行的指令序列
数据流：指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果，但不包括输出数据
定义：
单指令流/单数据流
指令部件每次只对一条指令进行译码，并只对一个操作部件进行分配数据
单指令流/多数据流
（并行处理机）包括多个重复的处理单元，由单一指令部件控制，按照统一指令流的要求为他们分配各自所需的不同数据
多指令流/单数据流
具有N个处理单元，按N条不同指令的要求对同一数据流进行不同的处理
一个处理单元的输出又作为另一个处理单元的输入
多指令流/多数据流
实现作业、任务、指令等各级全面并行的多机系统（多核处理器、多处理机）
CISC/RISC
CISC：增强指令的功能， 把一些由软件实现的常用 功能由硬件的指令系统实现
特点
指令数量多
指令使用频率差异大
支持多种寻址方式
变长的指令
有指令可以对主存单元中的数据直接进行处理
以微程序控制为主
RISC：尽量精简指令， 只保留那些功能简单、能在 一个节拍内完成的指令， 而较复杂的功能则由一段 子程序来实现
指令数量少
指令长度固定
指令寻址方式少
寄存器寻址
立即数寻址
相对寻址
以硬布线逻辑（组合逻辑）控制为主
单周期指令执行，采用流水线技术
优化的编译器
CPU中的通用寄存器数量多
大部分RISC采用了cache方案，来提高取指速度
总线
概念：一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路
允许多个部件同时从总线上收数据，但只能一个同时发
总线位置
内部总线：CPU内部，寄存器之间和算术逻辑部件与控制部件之间传输数据所用的总线
外部总线：CPU与内存RAM/ROM、输入输出设备接口之间进行通信的通路
功能
地址总线
数据总线
控制总线
存储器系统
主存储器
技术
RAM
可读可写，断电后信息无法保存
DRAM
信息会随时间逐渐消失，需要定时对其进行刷新维持信息不丢失
优点：密度大，价格低
SRAM
不断电的情况下能够一直维持
优点：速度快，电路简单
缺点：容量小，价格高
ROM
存储器的内容只能随机读出而不能写入
编址方法
存储器中每个单元的位数是相同且固定的，称为存储器编址单位
辅助存储器
概念
用于存放当前不需要立即使用的信息，一旦需要，再和主机成批交换数据
是主机的外部设备，又称外存储器
特点：容量大，价格低，可靠性高
常见辅存
磁带
硬盘
记录面
圆柱面
概念：在磁盘的记录面组中，各记录面上相同编号（位置）的个磁道构成一个柱面
作用：当存储一个较大文件时，一条磁道不够，需要放在多条磁道上，可以放在一个柱面中，以提高磁盘的存储速度。
磁道
扇区
磁盘读写
先定位到目标磁道（寻道），通过移臂完成
在定位到目标扇区，通过盘面旋转完成
磁盘访问时间=寻道时间+旋转延迟时间
磁盘阵列
光盘
