（新编）哈弗结构与冯诺依曼结构.doc

1、哈弗结构和冯洛伊曼结构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中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度，如 Microchip 公司的PIC16 芯片的程序指令是 14 位宽度，而数据是 8 位宽度哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率其程序指令和数据指令分开组织和存储的，执行时可以预先读取下一条指令目前使用哈佛结构的中央处理器和微控制器有很多，除了上面提到的 Microchip 公司的 PIC 系列芯片，还有摩托罗拉公司的 MC68 系列、Zilog 公司的 Z8 系列、 ATMEL 公司的 AVR 系列和安谋公司的 ARM9、ARM10 和 ARM11，51 单片机也属于哈佛结构冯诺伊曼结构也称普林斯顿结构，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，如英特尔公司的 8086 中央处理器的程序指令和数据都是 16 位宽。

目前使用冯诺伊曼结构的中央处理器和微控制器有很多除了上面提到的英特尔公司的 8086，英特尔公司的其他中央处理器、安谋公司的 ARM7、MIPS公司的 MIPS 处理器也采用了冯?诺伊曼结构在 DSP 算法中，最大量的工作之一是与存储器交换信息，这其中包括作为输入信号的采样数据、滤波器系数和程序指令例如，如果将保存在存储器中的 2 个数相乘，就需要从存储器中取 3 个二进制数，即 2 个要乘的数和 1 个描述如何去做的程序指令图〔a)显示了一个传统的微处理器是如何做这项工作的这被称为冯?诺依曼结构，是以一位数学家的名字命名的冯?诺依曼结构中，只有一个存储器，通过一条总线来传送数据乘两个数至少需要 3 个指令周期，即通过总线将这 3 个数从存储器中送到 CPU所以这种结构在面对高速、实时处理时，不可避免地造成总线拥挤为此，哈佛大学提出了与冯?诺依曼结构完全不同的另一种计算机结构，人们习惯称之为哈佛结构，如图(b)所示它根据数据和数据指令将存储器和总线分开因此，总线操作是独立的，能同时取指令和数据，提高了速度目前 DSP 内部一般采用的是哈佛结构，它在片内至少有 4 套总线：程序的数据总线，程序的地址总线，数据的数据总线和数据的地址总线。

这种分离的程序总线和数据总线，可允许同时获取指令字(来自程序存储器)和操作数(来自数据存储器)，而互不干扰这意味着在一个机器周期内可以同时准备好指令和操作数有的 DSP 芯片内部还包含有其他总线，如DMA 总线等，可实现单周期内完成更多的工作这种多总线结构就好像在 DSP内部架起了四通八达的高速公路，保障运算单元及时地取到需要的数据，提高运算速度因此，对 DSP 来说，内部总线是个资源，总线越多，可以完成的功能就越复杂超级哈佛结构(super Harvard architecture，缩写为 SHARC)如图(c)所示，它在哈佛结构上增加了指令 cache(缓存)和专用的 I/O 控制器2、与冯.诺曼结构处理器比较，哈佛结构处理器有两个明显的特点：（1）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；（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3、改进的哈佛结构，其结构特点为：（1）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；（2）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；4、哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。

其程序指令和数据指令分开组织和储存的，执行时可以预先读取下一条指令目前使用哈佛结构的中央处理器和微控制器有很多，除了上面提到的Microchip 公司的 PIC 系列芯片，还有摩托罗拉公司的 MC68 系列、Zilog 公司的 Z8 系列、ATMEL 公司的 AVR 系列和安谋公司的 ARM9、ARM10 和 ARM11。