冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构在数字集成电路中的应用。

探讨冯诺依曼体系结构和哈佛体系结构概述冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。

(1)采用存储程序方式，指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中，（数据和程序在内存中是没有区别的,它们都是内存中的数据,当EIP指针指向哪 CPU就加载那段内存中的数据,如果是不正确的指令格式,CPU就会发生错误中断. 在现在CPU的保护模式中,每个内存段都有其描述符,这个描述符记录着这个内存段的访问权限(可读,可写,可执行).这就变相的指定了哪些内存中存储的是指令哪些是数据）指令和数据都可以送到运算器进行运算，即由指令组成的程序是可以修改的。

(2)存储器是按地址访问的线性编址的一维结构，每个单元的位数是固定的，以Byte为内存单元。

(3)指令由操作码和地址组成。

操作码指明本指令的操作类型,地址码指明操作数和地址。

操作数本身无数据类型的标志，它的数据类型由操作码确定。

(4)通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。

指令在存储器中按其执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址。

指令计数器只有一个，一般按顺序递增，但执行顺序可按运算结果或当时的外界条件而改变。

(5)以运算器为中心，I/O设备与存储器间的数据传送都要经过运算器。

(6)数据以二进制表示。

特点(1)计算机处理的数据和指令一律用二进制数表示(2)顺序执行程序计算机运行过程中，把要执行的程序和处理的数据首先存入主存储器（内存），计算机执行程序时，将自动地并按顺序从主存储器中取出指令一条一条地执行，这一概念称作顺序执行程序。

(3)计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。

[3]作用冯.诺依曼体系结构是现代计算机的基础，现在大多计算机仍是冯.诺依曼计算机的组织结构，只是作了一些改进而已，并没有从根本上突破冯体系结构的束缚。

冯.诺依曼也因此被人们称为“计算机之父”。

冯·诺依曼、哈佛、改进型哈佛体系结构解析在如今的CPU中，由于Catch的存在，这些概念已经被模糊了。

个人认为去区分他们并没有什么意义，仅作为知识点。

哈佛结构设计复杂，但效率高。

冯诺依曼结构则比较简单，但也比较慢。

CPU厂商为了提高处理速度，在CPU内增加了高速缓存。

也基于同样的目的，区分了指令缓存和数据缓存。

在内存里，指令和数据是在一起的。

而在CPU内的缓存中，还是会区分指令缓存和数据缓存，最终执行的时候，指令和数据是从两个不同的地方出来的。

你可以理解为在CPU外部，采用的是冯诺依曼模型，而在CPU内部用的是哈佛结构。

就像ARM9内核的S3C2440就是如上述所说一样，硬要区分的话，更加贴近改进型哈佛结构。

参考文章：冯·诺依曼、哈佛、改进型哈佛体系结构解析1. 冯·诺依曼结构冯·诺依曼结构，又称为普林斯顿体系结构。

主要特点：将程序指令存储器和数据存储器合并在一起。

本质上就是把指令也看作数据。

优点：结构简单、易实现、成本低缺点：在高速运行时，不能达到同时取指令和取数据，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。

2.哈佛结构主要特点：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（意味着有两个0地址：指令0和数据0）、独立访问，目的是为了减轻程序运行时的访存瓶颈。

哈佛结构的中央处理器首先到程序指令储存器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据储存器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。

优点：1.程序指令储存和数据储存分开，数据和指令的储存可以同时进行，效率高。

2.一般情况下程序难以修改自身，安全性高。

3.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。

哈佛结构与冯诺依曼在计算机体系结构的发展历程中，哈佛结构和冯诺依曼结构是两个至关重要的概念。

它们的出现和应用，对计算机的性能、功能和发展方向产生了深远的影响。

要理解哈佛结构和冯诺依曼结构，首先得从计算机的基本工作原理说起。

计算机的核心任务是处理和存储数据，而这两种结构就是为了实现这一任务而设计的不同方式。

冯诺依曼结构是一种经典的计算机体系结构。

在这种结构中，程序指令和数据存储在同一个存储空间中，通过相同的总线进行传输。

这就好比一个仓库，既存放着生产产品的原材料（数据），也存放着生产的操作指南（程序指令）。

这种设计在早期的计算机中具有显著的优势，它简单直观，易于实现和理解。

然而，随着计算机技术的不断发展，冯诺依曼结构的一些局限性逐渐显现出来。

由于程序指令和数据共享同一个存储空间和总线，在读取数据和指令时可能会产生冲突，从而影响计算机的运行效率。

就像一个仓库只有一条通道，进出货物都得通过这一条道，容易造成拥堵。

而哈佛结构则是对冯诺依曼结构的一种改进和创新。

在哈佛结构中，程序指令和数据分别存储在不同的存储空间中，并且有各自独立的总线进行传输。

这相当于有两个仓库，一个专门存放原材料，另一个专门存放操作指南，而且分别有各自的通道进出，互不干扰。

这样的设计使得数据和指令的读取能够同时进行，大大提高了计算机的运行效率。

哈佛结构的优势在处理大量数据和复杂任务时表现得尤为突出。

例如，在一些实时性要求较高的应用场景，如工业控制、航空航天等领域，哈佛结构能够确保计算机快速、准确地响应和处理各种信息。

但是，哈佛结构也并非完美无缺。

它的设计相对复杂，成本较高，在一些对成本和简单性要求较高的应用中，可能并不是最优的选择。

在实际应用中，选择哈佛结构还是冯诺依曼结构，往往取决于具体的需求和场景。

对于一些性能要求不高、成本敏感的应用，冯诺依曼结构可能就足够了；而对于那些对性能和实时性要求极高的领域，哈佛结构则更能发挥其优势。

此外，随着技术的进步，现代计算机体系结构在一定程度上融合了哈佛结构和冯诺依曼结构的特点。

冯.诺曼结构处理器具有以下几个特点：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·诺依曼的主要设计思想是：采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存在同一个存储器中，计算机可以在无人干预的情况下，自动完成逐条取出指令和执行指令的任务。

另外，程序和数据统一存储并在程序控制下自动工作冯·诺依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。

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·诺依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，指令1至指令3均为存、取数指令，对冯.诺曼结构处理器，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。

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。

哈佛结构是一种并行体系结构，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。

与两个存储器相对应的是系统的4条总线：程序的数据总线与地址总线，数据的数据总线与地址总线。

这种分离的程序总线和数据总线课允许在一个机器周期内同时获得指令字（来自程序存储器）和操作数（来自数据存储器），从而提高了执行速度，使数据的吞吐率提高了1倍。

又由于程序和数据存储器在两个分开的物理空间中，因此取指和执行能完全重叠。

中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码後得到数据地址，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）。

冯.诺伊曼结构与哈佛结构一、冯.诺伊曼结构1945年，冯.诺伊曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理，后来，人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯.诺伊曼型结构”计算机。

冯.诺伊曼结构的处理器使用同一个存储器，经由同一个总线传输，如下图所示：图冯.诺伊曼结构冯.诺伊曼结构处理器具有以下几个特点：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。

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二、哈佛结构数字信号处理一般需要较大的运算量和较高的运算速度，为了提高数据吞吐量，在数字信号处理器中大多采用哈佛结构，如下图所示图哈佛结构与冯.诺伊曼结构处理器比较，哈佛结构处理器有两个明显的特点：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:图改进型哈佛结构其结构特点为：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。

冯诺依曼型‎计算机与哈‎佛结构计算‎机的区别说到计算机‎的发展，就不能不提‎到德国科学‎家冯诺依曼‎。

从20世纪‎初，物理学和电‎子学科学家‎们就在争论‎制造可以进‎行数值计算‎的机器应该‎采用什么样‎的结构。

人们被十进‎制这个人类‎习惯的计数‎方法所困扰‎。

所以，那时以研制‎模拟计算机‎的呼声更为‎响亮和有力‎。

20世纪3‎0年代中期‎，德国科学家‎冯诺依曼大‎胆的提出，抛弃十进制‎，采用二进制‎作为数字计‎算机的数制‎基础。

同时，他还说预先‎编制计算程‎序，然后由计算‎机来按照人‎们事前制定‎的计算顺序‎来执行数值‎计算工作。

（一）冯·诺依曼结构‎1945年‎，冯·诺依曼首先提出了‎“存储程序”的概念和二‎进制原理，后来，人们把利用‎这种概念和‎原理设计的‎电子计算机系统统称为‎“冯.诺曼型结构‎”计算机。

冯.诺曼结构的‎处理器使用‎同一个存储‎器，经由同一个‎总线传输。

传统计算机‎采用冯·诺依曼（Von Neuma‎n n）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‎储器并在一‎起的存储器‎结构。

冯·诺依曼结构‎的计算机其‎程序和数据‎公用一个存‎储空间，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‎；采用单一的‎地址及数据‎总线，程序指令和‎数据的宽度‎相同。

处理器执行‎指令时，先从储存器‎中取出指令‎解码，再取操作数‎执行运算，即使单条指‎令也要耗费‎几个甚至几‎十个周期，在高速运算‎时，在传输通道‎上会出现瓶‎颈效应。

如图 1-3 所示，冯·诺依曼结构‎的计算机由‎CPU 和存储器构‎成，程序计算器‎（PC）是CPU 内部指示指‎令和数据的‎存储位置的‎寄存器。

CPU 通过程序计‎数器提供的‎地址信息，对存储器进‎行寻址，找到所需要‎的指令或数‎据，然后对指令‎进行译码，最后执行指‎令规定的操‎作。

1、冯·诺依曼结构冯·诺依曼结构又称作普林斯顿体系结构（Princetionarchitecture）。

1945年，冯·诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理，后来，人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯·诺依曼型结构”计算机。

冯·诺依曼结构的处理器使用同一个存储器，经由同一个总线传输。

冯·诺依曼结构处理器具有以下几个特点：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·诺依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。

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·诺依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，指令1至指令3均为存、取数指令，对冯·诺依曼结构处理器，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。

arm7系列的CPU有很多款，其中部分CPU没有内部cache的，比如arm7TDMI，就是纯粹的冯·诺依曼结构，其他有内部cache且数据和指令的cache分离的cpu则使用了哈弗结构。

2、哈佛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，如图1所示。

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。

单片机冯诺依曼结构和哈佛结构1.引言随着科技的不断发展，单片机逐渐渗透到了各个领域中。

单片机是一种集成电路，能够控制电子设备的运行。

在单片机技术中，冯诺依曼结构和哈佛结构是两种非常常见的结构方式。

本文将详细介绍这两种结构方式。

2.单片机冯诺依曼结构冯诺依曼结构也被称为普通结构，是单片机领域中最常用的结构方式。

在冯诺依曼结构中，程序和数据都存储在同一块内存中，采用的是一种共享内存的结构方式。

这意味着程序和数据将共用同一个总线，因此需要在访问时进行时序控制，防止发生数据和指令的冲突。

冯诺依曼结构的优点在于，结构简单，成本低，易于设计和实现。

此外，由于程序和数据存储在相同的内存中，因此在程序执行时不需要做大量的切换操作，执行效率也相对较高。

然而，冯诺依曼结构也存在一些缺点。

由于程序和数据存储在同一块内存中，因此在同时进行读写操作时容易发生冲突，进而影响程序的运行效率。

此外，由于共同使用同一个总线，数据传输速度也会相应减慢，造成性能下降。

3.单片机哈佛结构与冯诺依曼结构不同的是，哈佛结构采用的是分离存储器结构。

在哈佛结构中，程序存储和数据存储采用不同的存储空间，分别使用不同的总线进行数据传输。

也就是说，程序存储器和数据存储器互不干扰，不存在共享内存的问题。

哈佛结构的优点在于，数据和指令分开存，互不干扰，因此大大提高了数据传输速度和程序执行效率。

此外，由于存在分离存储器结构，避免了冯诺依曼结构中由于指令和数据共享一块内存而导致冲突的问题。

但是，由于采用了分离存储器的结构，哈佛结构在设计上会比较复杂，成本也较高。

4.冯诺依曼结构和哈佛结构的比较-程序和数据存储方式冯诺依曼结构中，程序和数据存储在同一个存储空间中，而哈佛结构则使用不同的存储空间进行存储。

-性能表现哈佛结构在数据传输速度和程序运行效率方面都比冯诺依曼结构优秀。

-设计复杂度哈佛结构在设计上较为复杂，成本也相应较高。

而冯诺依曼结构则设计简单，成本较低。

冯.诺依曼型计算机与哈佛型计算机一、关于冯.诺依曼型计算机1945年，冯.诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理，后来，人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯.诺曼型结构”计算机。

冯诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。

迄今为止所有进入实用的电子计算机都是按冯·诺依曼的提出的结构体系和工作原理设计制造的。

冯·诺依曼型计算机的特点有以下几个：1. 计算机完成任务是由事先编号的程序完成的；2. 计算机的程序被事先输入到存储器中，程序运算的结果，也被存放在存储器中。

3. 计算机能自动连续地完成程序。

4. 程序运行的所需要的信息和结果可以通输入\输出设备完成。

5. 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备所组成。

根据冯诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能：1. 把需要的程序和数据送至计算机中。

2. 必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。

3. 能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。

4. 能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。

5. 能够按照要求将处理结果输出给用户。

为了完成上述的功能，计算机必须具备五大基本组成部件，包括：输人数据和程序的输入设备记忆程序和数据的存储器，完成数据加工处理的运算器，控制程序执行的控制器，输出处理结果的输出设备。

二、关于哈佛型计算机数字信号处理一般需要较大的运算量和较高的运算速度，为了提高数据吞吐量，在数字信号处理器中大多采用哈佛结构。

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。

哈佛型计算机的特点有以下几个：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，以便实现并存处理。