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# 小柴冲刺软考中级嵌入式系统设计师系列一、计算机系统基础知识（5）计算机体系结构

# 1、计算机系统结构概述

计算机体系结构由结构、组织、实现、性能 4 个方面组成。

计算机体系结构、计算机组织、计算就实现

# 2、计算机体系结构分类

宏观分类

• 单处理系统
• 并行处理与多处理系统
• 分布式处理系统

微观分类

• Flynn 分类法。按指令流和数据流的多少进行分类。
• 冯泽云分类法。按并行度分类。
• Handler 分类法。硬件并行度分类。
• Kuck 分类法。指令流和执行流以及多重性来分类。

# 3、指令系统

一个处理器支持的指令和指令的字节级编码称为其指令集体系结构（Instruction Set Architecture,ISA）

指令集体系的分类

按照暂存机制分类

• 堆栈 stack
• 累加器 accumulator
• 寄存器组 a set of registers

通用寄存器机（General-Purpose Register Machines,GPR 机）

• 可以计算表达式的值以及存储变量的值

CISC 和 RISC

• CISC 复杂指令集计算机 Complex Instruction Set Computer
  • 思想：软件硬件化
  • 弊端
    • 指令集过分庞杂
    • 微程序技术时 CISC 的重要支柱
    • 编译后的目标较大
    • 强调完善的中断控制
    • 使得芯片设计变得困难
• RISC 精简指令集计算机 Reduced Instruction Set Computer
  • 减少指令总数
  • 关键技术
    • 重叠寄存器窗口技术
    • 优化编译技术
    • 超流水和超标量技术
    • 硬布线逻辑与微程序相结合在微程序技术中
• 优化
  • 对程序中出现的各种指令以及指令串进行统计得到百分比称为静态使用频率
  • 对程序运行中出现的各种指令以及指令串进行统计得到百分比称为动态使用频率
  • 最常用的就是存、取、条件转移等指令，对其进行优化

指令的流水处理

• 指令控制方式
  • 顺序方式
  • 重叠方式
  • 流水方式
• 流水线的分类
• RISC 中采用的流水技术有 3 种
  • 超流水线
  • 超标量
  • 超长指令字
• 吞吐量
  • 为最长子过程的倒数

# 4、阵列处理机、并行处理机和多处理机

• 阵列处理机
  • 将多个处理单元（PU）连成阵列。
• 并行处理机
  • SIMD 和 MIMD 是典型的并行计算机
• 多处理机
  • 由多台处理机组成的系统
• 其他计算机
  • 集群