CPU采用的是哈佛結(jié)構(gòu)還是馮諾依曼結(jié)構(gòu)？

現(xiàn)代的CPU基本上歸為馮諾伊曼結(jié)構(gòu)（也成普林斯頓結(jié)構(gòu)）和哈佛結(jié)構(gòu)。

馮洛伊曼結(jié)構(gòu)就是我們所說(shuō)的X86架構(gòu)，而哈佛結(jié)構(gòu)就是ARM架構(gòu)。一個(gè)廣泛用于桌面端（臺(tái)式/筆記本/服務(wù)器/工作站等），一個(gè)雄踞移動(dòng)領(lǐng)域，我們的手持設(shè)備（平板手機(jī)用的大多就是他了）。

01馮·諾依曼體系

馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)圖如下

馮·諾依曼體系的特點(diǎn)：

A、數(shù)據(jù)與指令都存儲(chǔ)在同一存儲(chǔ)區(qū)中，取指令與取數(shù)據(jù)利用同一數(shù)據(jù)總線。

B、被早期大多數(shù)計(jì)算機(jī)所采用。

C、ARM7——馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但速度較慢。取指不能同時(shí)取數(shù)據(jù)

馮·諾依曼結(jié)構(gòu)也稱普林斯頓結(jié)構(gòu)，是一種將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置，因此程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同，如英特爾公司的8086中央處理器的程序指令和數(shù)據(jù)都是16位寬。

馮。諾依曼結(jié)構(gòu)處理器具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1：必須有一個(gè)存儲(chǔ)器；

2：必須有一個(gè)控制器；3：必須有一個(gè)運(yùn)算器，用于完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；4：必須有輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，用于進(jìn)行人機(jī)通信。另外，程序和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)并在程序控制下自動(dòng)工作。馮·諾依曼結(jié)構(gòu)：英特爾公司的8086。英特爾公司的其他中央處理器。ARM的ARM7。MIPS公司的MIPS處理器。

02哈佛體系

哈佛體系結(jié)構(gòu)圖

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

A、程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)。

B、提供了較大的存儲(chǔ)器帶寬，各自有自己的總線。

C、適合于數(shù)字信號(hào)處理。

D、大多數(shù)DSP都是哈佛結(jié)構(gòu)。

E、ARM9是哈佛結(jié)構(gòu)，取指和取數(shù)在同一周期進(jìn)行，提高速度，改進(jìn)哈佛體系結(jié)構(gòu)分成三個(gè)存儲(chǔ)區(qū)：程序、數(shù)據(jù)、程序和數(shù)據(jù)共用。

哈佛結(jié)構(gòu)是一種存儲(chǔ)器并行體系結(jié)構(gòu)，主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問(wèn)。程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開(kāi)，可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度。

哈佛結(jié)構(gòu)能基本上解決取指和取數(shù)的沖突問(wèn)題。而對(duì)另一個(gè)操作數(shù)的訪問(wèn)，就只能采用Enhanced哈佛結(jié)構(gòu)了，例如像TI那樣，數(shù)據(jù)區(qū)再split，并多一組總線?；蛳?a target="_blank">AD那樣，采用指令cache，指令區(qū)可存放一部分?jǐn)?shù)據(jù)。。

哈佛結(jié)構(gòu)：

1、ARM（除arm7）

2、大部分DSP

哈佛體系架構(gòu)有個(gè)致命的弱點(diǎn)在動(dòng)態(tài)加載程序上面，想象我們從外存中讀取一段程序然后加載到RAM，這個(gè)程序是在數(shù)據(jù)內(nèi)存當(dāng)中的，我們需要一種機(jī)制將數(shù)據(jù)內(nèi)存再傳輸?shù)匠绦騼?nèi)存當(dāng)中去，這反而增加了設(shè)備復(fù)雜度。

對(duì)于多任務(wù)操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，管理程序內(nèi)存是一件非常重要的事情，而且僅僅是保護(hù)模式下的頁(yè)面映射等等機(jī)制就已經(jīng)足夠復(fù)雜了，如果還要求將程序和數(shù)據(jù)分開(kāi)管理，復(fù)雜度就太高了。這種時(shí)候馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)就有非常大的優(yōu)勢(shì)了。

03arm和哈佛、馮·諾依曼的關(guān)系

哈佛架構(gòu)是針對(duì)cpu從cache中取指而言，指令和數(shù)據(jù)在主存中并未分開(kāi)，但在加載到cache中的時(shí)候被分離為指令和數(shù)據(jù)兩份存儲(chǔ)空間，cpu可以同時(shí)從cache取到指令和數(shù)據(jù)。

所以arm系統(tǒng)CPU（除arm7）對(duì)外表現(xiàn)為馮。諾伊曼架構(gòu)，對(duì)內(nèi)則表現(xiàn)為哈佛架構(gòu)。

04實(shí)際芯片制造

實(shí)際上，絕大多數(shù)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)使用的是所謂的“ModifiedHarvard Architecture”，指令和數(shù)據(jù)共享同一個(gè)address space，但緩存是分開(kāi)的?？梢哉f(shuō)是兩種架構(gòu)的一種折中吧。

在現(xiàn)實(shí)世界中很少有非常純粹的概念，特別是在實(shí)際的應(yīng)用里。教科書(shū)里的大多是理想化的模型，便于掌握某個(gè)概念的重點(diǎn)和本質(zhì)，但實(shí)際中很難達(dá)到這種理想化的狀態(tài)。

哈佛結(jié)構(gòu)和馮諾依曼結(jié)構(gòu)主要區(qū)別在是否區(qū)分指令與數(shù)據(jù)。在教科書(shū)里這是兩種截然不同的做法。

但實(shí)際上在內(nèi)存里，指令和數(shù)據(jù)是在一起的。而在CPU內(nèi)的緩存中，還是會(huì)區(qū)分指令緩存和數(shù)據(jù)緩存，最終執(zhí)行的時(shí)候，指令和數(shù)據(jù)是從兩個(gè)不同的地方出來(lái)的。你可以理解為在CPU外部，采用的是馮諾依曼模型，而在CPU內(nèi)部用的是哈佛結(jié)構(gòu)。

大部分的DSP都沒(méi)有緩存，因而直接就是哈佛結(jié)構(gòu)。

哈佛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，但效率高。馮諾依曼結(jié)構(gòu)則比較簡(jiǎn)單，但也比較慢。CPU廠商為了提高處理速度，在CPU內(nèi)增加了高速緩存。也基于同樣的目的，區(qū)分了指令緩存和數(shù)據(jù)緩存。有時(shí)為了解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，究竟是什么主義真的沒(méi)那么重要。因而個(gè)人認(rèn)為爭(zhēng)論到底是哪種結(jié)構(gòu)意義不大。

原文標(biāo)題：STM32屬于哈佛結(jié)構(gòu)還是馮諾依曼結(jié)構(gòu)？

文章出處：【微信公眾號(hào)：玩轉(zhuǎn)單片機(jī)】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

責(zé)任編輯：haq