兩種CPU體系結(jié)構(gòu)詳細(xì)介紹

1、 哈佛結(jié)構(gòu)和馮諾依曼結(jié)構(gòu)1、哈佛結(jié)構(gòu)(英語:Harvardarchitecture)是一種將程序指令儲存和數(shù)據(jù)儲存分開的存儲器結(jié)構(gòu)。中央處理器首先到程序指令儲存器中讀取程序指令內(nèi)容,解碼后得到數(shù)據(jù)地址，再到相應(yīng)的數(shù)據(jù)儲存器中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行下一步的操作(通常是執(zhí)行)。程序指令儲存和數(shù)據(jù)儲存分開,數(shù)據(jù)和指令的儲存可以同時進(jìn)行,可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位寬度，而數(shù)據(jù)是8位寬度。哈佛結(jié)構(gòu)的微處理器通常具有較高的執(zhí)行效率。其程序指令和數(shù)據(jù)指令分開組織和儲存的，執(zhí)行時可以預(yù)先讀取下一條指令。目前使用哈佛結(jié)構(gòu)的中央處理器和微控制器有很多，除

2、了上面提到的Microchip公司的PIC系列芯片，還有摩托羅拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安謀公司的ARM9、ARM10和ARM11。2、馮諾伊曼結(jié)構(gòu)(VonNeumannarchitecture),也稱普林斯頓結(jié)構(gòu)，是一種將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的電腦設(shè)計概念結(jié)構(gòu)。本詞描述的是一種實作通用圖靈機的計算裝置，以及一種相對于平行計算的序列式結(jié)構(gòu)參考模型(referentialmodel)。本結(jié)構(gòu)隱約指導(dǎo)了將儲存裝置與中央處理器分開的概念，因此依本結(jié)構(gòu)設(shè)計出的計算機又稱儲存程式型電腦。最早的計算機器僅內(nèi)涵固定用途的程式?，F(xiàn)代的某些計算機

3、依然維持這樣的設(shè)計方式，通常是為了簡化或教育目的。例如一個計算器僅有固定的數(shù)學(xué)計算程式，它不能拿來當(dāng)作文書處理軟件，更不能拿來玩游戲。若想要改變此機器的程式，你必須更改線路、更改結(jié)構(gòu)甚至重新設(shè)計此機器。當(dāng)然最早的計算機并沒有設(shè)計的那個可編程化。當(dāng)時所謂的“重寫程式”很可能指的是紙筆設(shè)計程式步驟，接著制訂工程細(xì)節(jié)，再施工將機器的電路配線或結(jié)構(gòu)改變。而儲存程式型電腦的概念改變了這一切。借由創(chuàng)造一組指令集結(jié)構(gòu)，并將所謂的運算轉(zhuǎn)化成一串程式指令的執(zhí)行細(xì)節(jié)，讓此機器更有彈性。借著將指令當(dāng)成一種特別型態(tài)的靜態(tài)資料，一臺儲存程式型電腦可輕易改變其程式，并在程控下改變其運算內(nèi)容。馮諾伊曼結(jié)構(gòu)與儲存程式型電腦是

4、互相通用的名詞，其用法將于下述。而哈佛結(jié)構(gòu)則是一種將程式資料與普通資料分開儲存的設(shè)計概念,但是它并未完全突破馮.諾伊曼架構(gòu)。儲存程式型概念也可讓程式執(zhí)行時自我修改程式的運算內(nèi)容。本概念的設(shè)計動機之一就是可讓程式自行增加內(nèi)容或改變程式指令的內(nèi)存位置，因為早期的設(shè)計都要使用者手動修改。但隨著索引暫存器與間接位置存取變成硬件結(jié)構(gòu)的必備機制后，本功能就不如以往重要了。而程式自我修改這項特色也被現(xiàn)代程式設(shè)計所棄揚，因為它會造成理解與除錯的難度，且現(xiàn)代中央處理器的管線與快取機制會讓此功能效率降低。從整體而言，將指令當(dāng)成資料的概念使得組合語言、編譯器與其他自動編程工具得以實現(xiàn)；可以用這些“自動編程的程式”，以人類較易理解的方式編寫程式；從局部來看，強調(diào)I/O的機器，例如Bitbit，想要修改畫面上的圖樣，以往是認(rèn)為若沒有客制化硬件就辦不到。但之后顯示這些功能可以借由“執(zhí)行中編譯”技術(shù)而有效達(dá)到。此結(jié)構(gòu)當(dāng)然有所缺陷，除了下列將述的馮諾伊曼瓶頸之外，修改程式很可能是非常具傷害性的，無論無意或設(shè)計錯誤。在一個簡單的儲存程式型電腦上，一個設(shè)計不良的程式可能會傷害自己、其他程式甚或是操作系統(tǒng)，導(dǎo)致當(dāng)機。緩沖區(qū)溢位就是一個典型例子。而創(chuàng)造或更改其他程式的能力也導(dǎo)致了惡意軟件的出現(xiàn)。利用緩沖區(qū)溢位，一個惡意程式