Flynn 分类

Flynn 分类

        1966年， Michael．J．Flynn 提出根据指令流、数的多倍性特征对计算机系统进行分类（通常称为 Flynn 分类法），有关定义如下：

1. 指令流：指机器执行的指令序列；
2. 数据流：指由指令流调用的数据序列，包括输入和中间结果，但不包括输出数据。

Flynn 根据不同的指令流-数据流组织方式，把计算机分为四类：

1. 单指令流单数据流 SSID
2. 单指令流多数据流 SIMD
3. 多指令流单数据流 MISD
4. 多指令流多数据流 MIMD

复杂指令集系统与精简指令集系统

复杂指令系统计算机（CISC）:增强指令的功能，设置一些功能复杂的指令，把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的指令系统来实现.

精简指令系统计算机（ RISC ）:尽量简化指令功能，只保留那些功能简单，能在一个节拍内执行完成指令，较复杂的功能用一段子程序来实现.

  1. CISC 指令系统的特点

    CISC 指令系统的主要特点如下：

    （1）指令数量众多。指令系统拥有大量的指令，通常有 100～250 条。

    （2）指令使用频率相差悬殊。最常使用的是一些比较简单的指令，仅占指令总数的20%，但在程序中出现的频率却占80%。而大部分复杂指令却很少使用。

    （3）支持很多种寻址方式。支持的寻址方式通常为 5～20 种。

    （4）变长的指令。指令长度不是固定的，变长的指令增加指令译码电路的复杂性。

    （5）指令可以对主存单元中的数据直接进行处理。典型的 CISC 通常都有指令能够直接对主存单元中的数据进行处理，其执行速度较慢。

    （6）以微程序控制为主。CISC 的指令系统很复杂，难以用硬布线逻辑（组合逻辑）电路实现控制器，通常采用微程序控制。

    2. RISC 指令系统的特点

    RISC 要求指令系统简化，操作在单周期内完成，指令格式力求一致，寻址方式尽可能减少，并提高编译的效率，最终达到加快机器处理速度的目的。RISC 指令系统的主要特点如下。

    （1）指令数量少。优先选取使用频率最高的一些简单指令和一些常用指令，避免使用复杂指令。只提供了 LOAD（从存储器中读数）和 STORE（把数据写入存储器）两条指令对存储器操作，其余所有的操作都在 CPU 的寄存器之间进行。

    （2）指令的寻址方式少。通常只支持寄存器寻址方式、立即数寻址方式和相对寻址方式。

    （3）指令长度固定，指令格式种类少。因为 RISC 指令数量少、格式少、相对简单，其指令长度固定，指令之间各字段的划分比较一致，译码相对容易。

    （4）以硬布线逻辑控制为主。为了提高操作的执行速度，通常采用硬布线逻辑（组合逻辑）来构建控制器。

    （5）单周期指令执行，采用流水线技术。因为简化了指令系统，很容易利用流水线技术，使得大部分指令都能在一个机器周期内完成。少数指令可能会需要多周期，例如， LOAD/STORE 指令因为需要访问存储器，其执行时间就会长一些。

    （6）优化的编译器：RISC 的精简指令集使编译工作简单化。因为指令长度固定、格式少、寻址方式少，编译时不必在具有相似功能的许多指令中进行选择，也不必为寻址方式的选择而费心，同时易于实现优化，从而可以生成高效率执行的机器代码。

    （7）CPU 中的通用寄存器数量多，一般在 32 个以上，有的可达上千个。

大多数 RISC 采用了 Cache 方案，使用 Cache 来提高取指令的速度。而且，有的 RISC 使用两个独立的 Cache 来改善性能。一个称为指令 Cache，另一个称为数据 Cache。这样，取指令和取数据可以同时进行，互不干扰。