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冯·诺依曼结构和哈佛结构

2017年5月26日 / 18次阅读  InfoTech
标签:计算机

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冯·诺依曼结构,又称为普林斯顿体系结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。

取指令和取操作数都在同一总线上,通过分时复用的方式进行,总线结构简单,实现成本低。而其缺点是在高速运行时,不能达到同时取指令和取操作数,从而形成了传输过程的瓶颈。由于程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置,因此程序指令和数据的宽度相同,一般为32bit或64bit。

 

哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构,它的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中,即程序存储器和数据存储器是两个独立的存储器,每个存储器独立编址、独立访问,目的是为了减轻程序运行时的访存瓶颈。

哈佛结构

哈佛结构

如图,哈佛结构的计算机由CPU、程序存储器和数据存储器组成,程序存储器和数据存储器采用不同的总线,从而提供了较大的存储器带宽,使数据的移动和交换更加方便,尤其提供了较高的数字信号处理性能。

哈佛结构中数据存储器与程序代码存储器分开,各自有自己的数据总线与地址总线,取操作数与取指令能同时进行。但这是需要CPU提供大量的数据线,因而很少使用哈佛结构作为CPU外部构架来使用

对于CPU内部,通过使用不同的数据cache和指令cache,可以有效的提高指令执行的效率,因而目前大部分计算机体系都是在CPU内部的使用哈佛结构,在CPU外部使用冯·诺依曼结构。

 

ARM9被称为“改进的哈佛结构”,因为原来的冯诺依曼结构虽然数据吞吐率低,但是总线结构简单,所以成本也低。哈佛结构由于复杂而又强大的总线结构,所以数据吞吐率高,运行速度更快,但是设计实现复杂,成本较高。“改进型的哈佛结构”结合了两者的长处,将其融合到一起,在芯片内部提供数据cache和指令cache,实现了优化。所以,在ARM9中既能看到冯诺依曼结构的影子,也能看到哈佛结构的影子。

51单片机芯片就是采用哈佛结构,程序存储器与数据存储器地址空间各自独立(还有片内的程序和数据存储空间),CPU与其他部件间通过三总线连接。

DSP(Digital Signal Processing)芯片内部也是哈佛结构。

本文链接:http://www.maixj.net/ict/tixi-hafo-jiegou-15459
云上小悟 麦新杰(QQ:1093023102)

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