计算机体系结构分类

Flynn 分类法

计算机指令

计算机指令的组成： 一条指令由操作码和操作数两部分组成，操作码决定要完成的操作，操作数指参加运算的数据及其所在的单元地址。

在计算机中，操作要求和操作数地址都由二进制数码表示，分别称作操作码和地址码，整条指令以二进制编码的形式存放在存储器中。

计算机指令执行过程：取指令-分析指令-执行指令 三个步骤，首先将程序计数器PC中的指令地址取出，送入地址总线，CPU依据指令地址去内存中取出指令内容存入指令寄存器IR，而后由指令译码器进行分析，分析指令操作码，最后执行指令，取出指令执行所需的源操作数。

指令的寻址方式

顺序寻址： 当执行一段程序时，是一条指令接着一条指令地顺序执行。

跳跃寻址方式：指下一条指令的地址码不是由程序计数器给出，而是由本条指令直接给出。程序跳跃后，按新的指令地址开始顺序执行。因此，程序计数器的内容也必须相应改变，以便及时跟踪新的指令地址。

指令操作数的寻址方式：

- 立即寻址方式： 指令的地址码字段指出的不是地址，而是操作数本身。

- 直接寻址方式：在指令的地址字段中直接指出操作数在主存中的地址。

- 间接寻址方式：指令地址码字段所指向的存储单元存储的是操作数的地址。

- 寄存器寻址方式：指令中的地址码是寄存器的编号。

指令系统

- CISC 复杂指令系统，兼容性强，指令繁多，长度可变，由微程序实现。

- RISC 精简指令系统，指令少，使用频率接近，主要依靠硬件实现（通用寄存器，硬件布线逻辑控制）

指令流水线

指令流水线原理： 将指令分成不同段，每段由不同的部分去处理，因此可以产生叠加的效果，所有的部件去处理指令的不同段。

流水线的相关计算

流水线周期： 指令分成不同执行段，其中执行时间最长的段为流水线周期。

流水线执行时间： 1条指令总执行时间+（总指令条数-1）X 流水线周期

流水线吞吐率： 总指令条数/ 流水线执行时间

流水线加速比：不使用流水线总执行时间 / 使用流水线总执行时间

超标量流水线技术：常规流水线的度为1的，即每个流水线阶段只执行一个部分，当度大于1时，是超标量技术，当度为3时，相当于3条流水线并行执行，即取指，分析，执行每个阶段都同时处理3条指令，因此，当题目提到度的概念时，计数时需要将： 指令条数/度。然后再使用流水线执行时间公式计算。