计算机体系

冯诺依曼体系

• 特点：

1. 必须有一个存储器
2. 必须有一个控制器
3. 必须有一个运算器，用于完成算术运算和逻辑运算
4. 必须有输入和输出设备，用于进行人机通信

• 要点

这种体系只有一个存储器，所有指令地址和数据地址统一，且统一的存放于存储器中。

• 模型

冯诺依曼体系.png

哈佛结构

• 特点

1. 使用两个独立的存储模块，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。
2. 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。

• 模型

哈佛结构.png

哈佛结构与冯诺依曼结构的区别：

哈佛结构的指令地址与数据地址是独立的，而冯诺依曼结构是统一的。根源是两者的bus总线不同引起的。

例子：
冯诺依曼结构下：addr 0x0000就只对应指令区，数据区在地址区后面

哈佛下，addr 0x0000 有两个，一个对应指令memory，一个对应data memory，看走的是哪条bus，来确定访问哪个空间。

冯诺依曼结构的优缺点：

• 优点：
  a. data区和指令区公用memory，方便data区与指令区灵活调整，如果程序切换频繁，可以提高memory利用率。
  b. bus及控制相对简单，成本低。

• 缺点：
  同一条bus分时复用，读取指令时注定不能操作data，这样不能走流水线，假设一条指令需要：取指，译码，执行；那么只能是前一条的执行后，下一条才能取指。这样影响cpu效率。

哈佛结构的优缺点：

优点：
执行指令效率高，采取流水线。即前一条指令译码的时候，第二条取指；执行的时候，第二条译码，第三条取指。这样执行一条指令只需要一个clock。当然这种预取指只是对指令顺序执行时效果比较好，如果指令总是跳来跳去，那也是徒劳的。

缺点：

1. 指令区和data区独立，这样memory利用率不高，特别是程序频繁变动的情况下。
2. bus多成本高。

总结：

冯诺依曼体系比较适合作为PC这样的多任务多软件的CPU，而哈弗结构比较适合任务单调但需要高速率执行的CPU。