什么是哈佛结构

建议直接看wiki中的解释,哈佛架构哈!

​ 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,这一词起源于Harvard Mark I型继电器式计算机,它存储指令(24位)在纸带上和数据于机电计数器上。 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)。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,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。程序需要由操作者加载;处理器无法自行初始化。

哈佛结构这个词起源于Harvard Mark I型继电器式计算机,马克一号借由打卡纸读取、运行每一道指令。它没有条件分支指令。这表示需要复杂运算的代码会很长一串。循环的完成需利用打卡纸头尾相接的方式。这种代码与数据分开放置的架构就是众所皆知的“哈佛架构”。计算机先驱葛丽丝·霍普是马克一号的程序设计员。

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### 与冯诺伊曼结构进行对比

​ 纯冯诺依曼架构下的CPU可以读取指令或读/写内存数据,它们都不能使指令和数据同时使用同一个的总线系统。使用哈佛结构的计算机中CPU,即使没有缓存的情况下也可以在读取指令的同时进行数据访问。由于指令和数据访问不使用同一个内存沟道,因此哈佛结构的计算机可以在相同的电路复杂度下有更好的表现。

同时,哈佛架构机拥有不同的代码和数据的地址空间:指令的零地址和数据的零地址是不同的。指令的零地址可能是二十四位的值,而数据的零地址可能是一个八位字节,而非二十四位值的一部分。

改进的哈佛结构

​ 改进的哈佛架构机更像哈佛架构机,但它放松了指令和数据之间严格分离的这一特征,仍然允许CPU同时访问两个(或更多)内存总线。最常见的修改包括由公共地址空间支持的单独指令和数据高速缓存。当它作为一个纯粹的哈佛机时,CPU通过高速缓存来执行指令。当访问外部存储器时,它的作用就像一个冯·诺依曼机(代码可以像数据一样移动,像是一个功能强大的技能)。这一改良在现代处理器是普遍存在的,例如ARM体系结构、Power Architecture和x86处理器。它有时被称为哈佛架构,忽略了它实际上被“修改”的事实。

另一种修改提供了指令存储器(例如ROM或闪存)与CPU之间的通路,以允许来自指令存储器的字被视为只读数据。该技术用于某些微控制器,包括Atmel的AVR。这允许访问诸如文本字符串或函数表之类的常量数据,而无需首先将其复制到数据存储器中,从而为读/写变量保留稀缺(且耗电的)数据存储器。特殊的机器语言指令提供了从指令存储器中读取数据的功能。(这是不同于指令本身嵌入常数的数据,虽然对于单个常量来说,两种机制可以相互替代。)

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