冯诺依曼和哈佛建筑

有两种类型的数字计算机体系结构描述了计算机系统的功能和实现。其中一个是由着名物理学家和数学家John Von Neumann在20世纪40年代末设计的Von Neumann建筑，另一个是哈佛建筑，它基于最初的基于Harvard Mark I接力的计算机，该计算机采用独立的存储系统。存储数据和说明。

最初的哈佛架构用于存储穿孔带上的指令和机电计数器中的数据。冯·诺依曼体系结构构成了现代计算的基础，更易于实现。本文分别介绍了两种计算机体系结构，并解释了两者之间的区别。

什么是冯诺依曼建筑？

它是基于存储程序计算机概念的理论设计，其中程序数据和指令数据存储在同一存储器中。

该建筑由着名的数学家和物理学家约翰·冯·诺伊曼于1945年设计。直到冯·诺依曼的计算机设计概念，计算机器被设计用于单一的预定目的，由于手动重新布线电路而缺乏复杂性。

冯·诺依曼架构背后的想法是能够将指令与指令操作的数据一起存储在存储器中。简而言之，Von Neumann架构是指计算机的硬件，编程和数据应遵循的一般框架。

Von Neumann架构由三个不同的组件组成：中央处理单元（CPU），存储器单元和输入/输出（I / O）接口。 CPU是计算机系统的核心，由三个主要部分组成：算术和逻辑单元（ALU），控制单元（CU）和寄存器。

ALU负责对数据执行所有算术和逻辑运算，而控制单元通过向硬件发出控制信号来确定需要在程序中执行的指令流的顺序。

寄存器基本上是临时存储位置，存储需要执行的指令的地址。存储器单元由RAM组成，RAM是用于存储程序数据和指令的主存储器。 I / O接口允许用户与外部世界（例如存储设备）通信。

什么是哈佛建筑？

它是一种计算机体系结构，具有物理上独立的存储和信号路径，用于程序数据和指令。与Von Neumann架构不同，Von Neumann架构采用单个总线从存储器获取指令并将数据从计算机的一部分传输到另一部分，而哈佛架构则为数据和指令提供了独立的存储空间。

除了访问记忆的方式外，这两个概念都是相似的。哈佛架构背后的想法是将内存分为两部分 - 一部分用于数据，另一部分用于程序。这些术语基于最初的基于Harvard Mark I中继的计算机，该计算机采用的系统允许同时执行数据和传输以及指令提取。

真实世界的计算机设计实际上基于改进的哈佛架构，并且通常用于微控制器和DSP（数字信号处理）。

冯诺依曼与哈佛建筑的区别

冯诺依曼和哈佛建筑的基础知识

冯·诺依曼体系结构是基于存储程序概念的理论计算机设计，其中程序和数据存储在同一存储器中。这个概念是由数学家John Von Neumann于1945年设计的，目前它是几乎所有现代计算机的基础。哈佛架构基于最初的基于Harvard Mark I中继的计算机模型，该模型使用单独的总线来获取数据和指令。

冯诺依曼记忆系统与哈佛建筑

Von Neumann架构只有一条总线用于指令提取和数据传输，并且必须安排操作，因为它们不能同时执行。另一方面，哈佛架构具有用于指令和数据的单独存储空间，其在物理上分离代码和数据存储器的信号和存储，这反过来使得可以同时访问每个存储器系统。

冯诺依曼与哈佛建筑的指令处理

在Von Neumann架构中，处理单元需要两个时钟周期才能完成指令。处理器在第一个周期中从存储器中取出指令并对其进行解码，然后在第二个周期中从存储器中取出数据。在哈佛架构中，如果采用适当的流水线策略，处理单元可以在一个周期内完成指令。

冯诺依曼和哈佛建筑的成本

由于指令和数据在Von Neumann架构中使用相同的总线系统，因此简化了控制单元的设计和开发，最终将生产成本降至最低。由于采用两条总线作为指令和数据的复杂架构，哈佛架构中控制单元的开发比前者更昂贵。

使用冯诺依曼和哈佛建筑

Von Neumann架构主要用于从台式计算机和笔记本电脑到高性能计算机和工作站的每台机器。哈佛架构是一个相当新的概念，主要用于微控制器和数字信号处理（DSP）。

冯诺依曼与哈佛建筑：比较图表

冯诺依曼与哈佛建筑的总结

Von Neumann架构类似于哈佛架构，除了它使用单个总线执行指令提取和数据传输，因此必须安排操作。另一方面，哈佛架构使用两个独立的存储器地址来存储数据和指令，这使得可以同时将数据馈送到两个总线中。然而，复杂的体系结构仅增加了控制单元的开发成本，而不是采用单一统一高速缓存的不太复杂的Von Neumann体系结构的较低开发成本。