计算机体系结构分类与存储系统#

计算机体系结构分类#

（1）按处理机的数量进行分类：

单处理系统
并行处理与多处理系统
分布式处理系统

（2）微观上按并行程度分类：Flynn分类法、冯泽云分类法、Handler分类法等等

CISC和RISC#

RISC全称Reduced Instruction Set Compute，精简指令集计算机。
CISC全称Complex Instruction Set Computers，复杂指令集计算机。

对比项	CISC（复杂指令集）	RISC（精简指令集）
指令集复杂度	指令集庞大且复杂，单条指令可执行多个操作（如内存访问、运算等）	指令集精简且统一，每条指令仅执行单一操作，复杂功能由简单指令组合实现
指令长度	变长指令，灵活但解码复杂	固定长度指令，解码简单且易于流水线处理
执行时间	单条指令可能需要多个时钟周期完成	大多数指令在一个时钟周期内完成，采用流水线技术提升效率
硬件设计	硬件复杂度高，需支持多种指令操作，通常采用微程序控制	硬件设计简单，多采用组合逻辑控制，易于集成流水线和超标量技术
寄存器数量	寄存器数量较少，频繁访问内存	通用寄存器数量多，减少内存访问，操作主要在寄存器间完成
寻址方式	支持多种复杂寻址模式（如间接、基址、索引等）	寻址方式简单，通常仅支持少数基本模式（如寄存器、立即数等）
编译器优化	编译器优化难度大，但生成代码紧凑	编译器优化容易，但代码量可能较大
应用场景	适用于通用计算（如桌面PC、服务器），强调向后兼容性	适用于高效能低功耗场景（如移动设备、嵌入式系统）
典型代表架构	x86（Intel/AMD）	ARM、MIPS、RISC-V2
功耗与能效	功耗较高，能效比相对较低	功耗低，能效比高
中断响应	在指令执行结束后响应中断	可在指令执行过程中适当时机响应中断

流水线技术#

流水线周期：一个指令中，时间最费时（最慢）的子任务时间

串行执行时间：N*一个指令总时长

流水线执行时间：一条指令时长+（N-1）*流水线周期

吞吐量：p=1/流水线周期

存储系统#

分类#

1、存储器的分类：

按存储器所处的位置：可分为内存和外存。
按构成存储器的材料：可分为磁存储器、半导体存储器和光存储器。
按存储器的工作方式：可分为读写存储器和只读存储器。
按访问方式：可分为按地址访问的存储器和按内容访问的存储器。
按寻址方式：可分为随机存储器、顺序存储器和直接存储器。

2、随机访问存储器：

静态随机访问存储器（SRAM）
动态随机访问存储器（DRAM）

3.高速缓存

Cache是介于CPU与主存之间的一级存储器，其容量较小，但速度较快，一般比主存快5～10倍。
它的主要作用是：调和CPU的速度与内存存取速度之间的差异，从而提升系统性能。
它使用的是程序的局部性原理，其内容是主存局部域的副本。
当CPU需要读取数据时，首先判断要访问的信息是否在Cache中，如果在即为命中，如果不在，就要按替换算法把主存中的一块信息调入Cache中。
替换算法有：随机替换算法、先进先出替换算法、近期最少使用替换算法、优化替换算法等。
CPU工作时给出的是主存的地址，要从Cache存储器中读写信息，就需要将主存地址转换成Cache存储器的地址，这种地址的转换叫作地址映像。