架构备战之计算机原理 flynn分类法

1、概念

在1966 年，由Michael．J．Flynn 提出根据指令流、数据流的多倍性特征对计算机系统进行分类(通常称为 Flynn 分类法)。

• 指令流：机器执行的指令序列
• 数据流：由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果，不包括输出数据。

Flynn根据不同的指令-数据流，将计算机系统分为四种。

了解四种之前我们了解一下指令和数据的英文缩写。

指令：Instruction，简称：I

数据：Data，简称：D

而计算机中的指令和数据可能存在单个或者多个。

单个的英文为Single，简称S；

多个的英文为multiple，简称：M。

经过简单的排列组合后得到如下四种。

• SISD（单指令流单数据流）

单条指令处理单条数据。控制器，处理器，主存均只有一个。比如单处理器系统。

• SIMD（单指令流多数据流）
• 单条指令处理多条数据。一个控制器，多个处理器和主存。比如并行处理机（矩阵处理机），超级向量处理机。
• MISD（多指令流单数据流）
• 多条指令处理单条数据。多个控制器，一个处理器和多个主存（已被证实不可能）。例子：目前没有，有文献称流水线计算机为此类
• MIMD（多指令流多数据库）
• 多条指令处理多条数据。控制器，处理器，主存均是多个。
• 能实现作业，任务，指令等全面并行。
• 例子：多核处理器，多处理机。

2、了解硬件组成

硬件通常就是我们看得见，摸得着的设备。

原始的设备是冯•诺依曼（VonNeumann）计算机，它以运算器为核心。发展到现在，以存储器为核心。

• 控制器：是分析和执行指令的部件，也是统一指挥并控制计算机各部件协调工作的中心部件，所依据的是机器指令。就是老大，要分配其他小弟干活的。

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：也称为算术逻辑单元(ArithmeticandLogicUnit, ALU)，其主要功是在控制器的控制下完成各种算术运算和逻辑运算。说白了，就是控制器的小弟，专门干活的。
• 算术逻辑单元 ALU：数据的算术运算和逻辑运算
• 累加寄存器 AC：为ALU提供一个工作区，用在暂存数据
• 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：存状态标志与控制标志（有争议：也有将其归为控制器的）
• 主存储器：也叫内存或者主存。存储当前操作的信息和中间结果，包括机器指令和数据。
• 辅助存储器：也叫辅存或者外存。需要存储长期保存的信息。
• 输入设备：比如键盘鼠标等
• 输出设备：将程序执行结果输出计算机给人或其他设备。比如打印机，数据转换装置等。

3、小结

本此主要了解什么是flynn分类法，并且由flynn分类涉及到的概念，了解什么是运算器和控制器，主存等概念的了解。