哈佛架构与冯。诺依曼架构(包括MIPS).doc

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1、哈佛架構與馮。諾依曼架構（包括MIPS）發表於2009/2/1911:25:49Kyosho’sBlog哈佛架構   數字信號處理一般需要較大的運算量和較高的運算速度，為了提高數據吞吐量，在數字信號處理器中大多采用哈佛結構，如下圖所示圖  哈佛結構·與馮.諾曼架構處理器比較，哈佛架構處理器有兩個明顯的特點︰·使用兩個獨立的存儲器模塊，分別存儲指令和數據，每個存儲模塊都不允許指令和數據並存；使用獨立的兩條匯流排，分別作為CPU與每個存儲器之間的專用通信路徑，而這兩條匯流排之間毫無關聯。    後來，又提

2、出了改進的哈佛結構，如下圖所示圖   改進型哈佛結構·其架構特點為︰·使用兩個獨立的存儲器模塊，分別存儲指令和數據，每個存儲模塊都不允許指令和數據並存，以便實現並行處理；·具有一條獨立的位址匯流排和一條獨立的數據匯流排，利用公用位址匯流排訪問兩個存儲模塊（程式存儲模塊和數據存儲模塊），公用數據匯流排則被用來完成程式存儲模塊或數據存儲模塊與CPU之間的數據傳輸；兩條匯流排由程式存儲器和資訊存儲器分時共用。    在典型情況下，完成一條指令需要3個步驟，即︰取指令、指令譯碼和執行指令。從指令流的定時關係也

3、可看出馮.諾曼架構與哈佛架構處理模式的差別。舉一個最簡單的對存儲器進行讀寫操作的指令，如下圖所示，指令1至指令3均為存、取數指令，對馮.諾曼架構處理器，由於取指令和存取數據要從同一個存儲空間存取，經由同一匯流排傳輸，因而它們無法重疊執行，只有一個完成後再進行下一個。圖  馮.諾曼結構處理器指令流的定時關系示意圖    如果采用哈佛結構處理以上同樣的3條存取數指令，如下圖所示，由於取指令和存取數據分別經由不同的存儲空間和不同的總線，使得各條指令可以重疊執行，這樣，也就克服了數據流傳輸的瓶頸，提高了運算速

4、度。    哈佛結構強調了總的系統速度以及通訊和處理器配置方面的靈活性。圖  哈佛結構處理器指令流的定時關系示意圖========================================================================馮.諾曼架構    1945年，馮.諾曼首先提出了“存儲程序”的概念和二進製原理，後來，人們把利用這種概念和原理設計的電子計算機系統統稱為“馮.諾曼型結構”計算機。馮.諾曼架構的處理器使用同一個存儲器，經由同一個匯流排傳輸，如下圖所示︰圖  馮.諾

5、曼結構    馮.諾曼結構處理器具有以下幾個特點︰·必須有一個存儲器；·必須有一個控制單元；·必須有一個運算器，用於完成算術運算和邏輯運算；必須有輸入和輸出設備，用於進行人機通信。    馮.諾曼的主要貢獻就是提出並實現了“存儲程序”的概念。由於指令和數據都是二進製碼，指令和操作數的位址又密切相關，因此，當初選擇這種架構是自然的。但是，這種指令和數據共享同一總線的結構，使得信息流的傳輸成為限製計算機性能的瓶頸，影響了數據處理速度的提高。       在典型情況下，完成一條指令需要3個步驟，即︰取指令、

6、指令譯碼和執行指令。從指令流的定時關係也可看出馮.諾曼架構與哈佛架構處理模式的差別。舉一個最簡單的對存儲器進行讀寫操作的指令，如下圖所示，指令1至指令3均為存、取數指令，對馮.諾曼架構處理器，由於取指令和存取數據要從同一個存儲空間存取，經由同一匯流排傳輸，因而它們無法重疊執行，只有一個完成後再進行下一個。圖  馮.諾曼結構處理器指令流的定時關系示意圖