哈佛结构与冯诺伊曼结构
转载自 “拥抱星空” 的博客http://hi.baidu.com/showmewhat/blog/item/546e66f238e1ce58352accba.html 老师我已经知道对采用这两种结构的处理器而言,二者的区别是冯诺伊曼结构的程序空间(地址空间)和数据空间不分开,而哈佛结构的程序空间分开。 老师: 冯.诺伊曼结构 图 冯.诺伊曼结构 必须有一个存储器; 必须有一个控制器; 必须有一个运算器,用于完成算术运算和逻辑运算; 必须有输入和输出设备,用于进行人机通信。 冯.诺伊曼的主要贡献就是提出并实现了“存储程序”的概念。由于指令和数据都是二进制码,指令和操作数的地址又密切相关,因此,当初选择这种结构是自然的。但是,这种指令和数据共享同一总线的结构,使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈,影响了数据处理速度的提高。 图 冯.诺曼结构处理器指令流的定时关系示意图 哈佛结构 图 哈佛结构 使用两个独立的存储器模块,分别存储指令和数据,每个存储模块都不允许指令和数据并存; 使用独立的两条总线,分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径,而这两条总线之间毫无关联。 后来,又提出了改进的哈佛结构,如下图所示 图 改进型哈佛结构 使用两个独立的存储器模块,分别存储指令和数据,每个存储模块都不允许指令和数据并存,以便实现并行处理; 具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线,利用公用地址总线访问两个存储模块(程序存储模块和数据存储模块),公用数据总线则被用来完成程序存储模块或数据存储模块与CPU之间的数据传输; 两条总线由程序存储器和数据存储器分时共用。 在典型情况下,完成一条指令需要3个步骤,即:取指令、指令译码和执行指令。从指令流的定时关系也可看出冯.诺伊曼结构与哈佛结构处理方式的差别。举一个最简单的对存储器进行读写操作的指令,如下图所示,指令1至指令3均为存、取数指令,对冯.诺伊曼结构处理器,由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取,经由同一总线传输,因而它们无法重叠执行,只有一个完成后再进行下一个。 图 冯.诺曼结构处理器指令流的定时关系示意图 图 哈佛结构处理器指令流的定时关系示意图 总得来说,哈佛机构的高性能体现在在单片机、DSP芯片平台上运行的程序种类和花样较少,因为各个电子娱乐产品中的软件升级比较少,应用程序可以用汇编作为内核,最高效率的利用流水线技术,获得最高的效率。 冯诺依曼结构主要是基于电脑购买者对电脑的使用途径不同----各种娱乐型用户、各种专业开发用户等,且安装的软件的种类繁多,升级频繁,多种软件同时运行时处理的优先级比较模糊,因特尔芯片不具备彻底智能分配各程序优先级和流水线的机制,机械的分配优先和流水线反而容易使用户不便。 比如,你使用电脑过程中对暴风影音播放器的使用中,有时希望它最快打开,有时希望它的打开实在打开浏览器之后,因此人对个人电脑的软件使用习惯是很不同的。从而,致力于提高主频和缓存的冯诺依曼结构才是PC的最佳选择。 总结 |
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