馮.諾依曼體系結構和哈佛體系結構
阿新 • • 發佈:2019-01-26
馮·諾依曼體系結構馮·諾依曼理論的要點是:數字計算機的數制採用二進位制;計算機應該按照程式順序執行。
(1)採用儲存程式方式,指令和資料不加區別混合儲存在同一個儲存器中,(資料和程式在記憶體中是沒有區別的,它們都是記憶體中的資料,當EIP指標指向哪 CPU就載入那段記憶體中的資料,如果是不正確的指令格式,CPU就會發生錯誤中斷. 在現在CPU的保護模式中,每個記憶體段都有其描述符,這個描述符記錄著這個記憶體段的訪問許可權(可讀,可寫,可執行).這就變相的指定了哪些記憶體中儲存的是指令哪些是資料) 指令和資料都可以送到運算器進行運算,即由指令組成的程式是可以修改的。 (2)儲存器是按地址訪問的線性特點
編輯 (1)計算機處理的資料和指令一律用二進位制數表示 (2)順序執行程式 計算機執行過程中,把要執行的程式和處理的資料首先存入主儲存器(記憶體),計算機執行程式時,將自動地並按順序從主儲存器中取出指令一條一條地執行,這一概念稱作順序執行程式。 (3)計算機硬體由運算器、控制器、儲存器、輸入裝置和輸出裝置五大部分組成。作用
編輯 馮.諾依曼體系結構是現代計算機的基礎,現在大多計算機仍是馮.諾依曼計算機的組織結構,只是作了一些改進而已,並沒有從根本上突破馮體系結構的束縛。馮.諾依曼也因此被人們稱為“計算機之父”。然而由於傳統馮.諾依曼計算機體系結構天然所具有的侷限性,從根本上限制了計算機的發展。 根據馮·諾依曼體系結構構成的計算機,必須具有如下功能:把需要的程式和資料送至計算機中。必須具有長期記憶程式、資料、中間結果及最終運算結果的能力。能夠完成各種算術、邏輯運算和資料傳送等資料加工處理的能力。能夠根據需要控制程式走向,並能根據指令控制機器的各部件協調操作。能夠按照要求將處理結果輸出給使用者。[2]哈佛結構是一種將程式指令儲存和資料儲存分開的儲存器結構。中央處理器首先到程式指令儲存器中讀取程式指令內容,解碼後得到資料地址,再到相應的資料儲存器中讀取資料,並進行下一步的操作(通常是執行)。程式指令儲存和資料儲存分開,可以使指令和資料有不同的資料寬度,如Microchip公司的PIC16晶片的程式指令是14位寬度,而資料是8位寬度。
總結
馮.諾依曼指出:程式只是一種(特殊)的資料,它可以像資料一樣被處理,因此可以和資料一起被儲存在同一個儲存器中——這就是著名的馮.諾依曼原理。注意:資料匯流排和地址匯流排共用。
哈佛結構:
哈佛結構是一種並行體系結構,它的主要特點是將程式和資料儲存在不同的儲存空間中,即程式儲存器和資料儲存器是兩個獨立的儲存器,每個儲存器獨立編址、獨立訪問。與兩個儲存器相對應的是系統的4條匯流排:程式的資料匯流排與地址匯流排,資料的資料匯流排與地址匯流排。這種分離的程式匯流排和資料匯流排允許在一個機器週期內同時獲得指令字(來自程式儲存器)和運算元(來自資料儲存器),從而提高了執行速度,使資料的吞吐率提高了1倍。又由於程式和資料儲存器在兩個分開的物理空間中,因此取指和執行能完全重疊。CPU首先到程式指令儲存器中讀取程式指令內容,解碼後得到資料地址,再到相應的資料儲存器中讀取資料,並進行下一步的操作(通常是執行)。