馮諾依曼和哈佛架構(gòu)有哪些異同點呢？

架構(gòu)是一個計算機硬件的基本模型，它決定了計算機系統(tǒng)的運行方式。計算機架構(gòu)的三個要素是：中央處理器、記憶單元（存儲器）和輸入輸出接口。

馮諾依曼架構(gòu)和哈佛架構(gòu)是計算機體系結(jié)構(gòu)中的兩種重要架構(gòu)，它們在存儲器組織方式和數(shù)據(jù)處理上存在顯著的差異。

馮諾依曼架構(gòu)

馮諾依曼架構(gòu)是最常見的計算機體系結(jié)構(gòu)之一，最早由馮·諾依曼于1945年提出，又稱普林斯頓結(jié)構(gòu)。這種架構(gòu)中，指令和數(shù)據(jù)存儲在同一個存儲器中，使用同一條地址總線和數(shù)據(jù)總線來傳輸數(shù)據(jù)和指令。

它的主要特點如下：

指令和數(shù)據(jù)共享同一個存儲器。

一個CPU核心同時只能執(zhí)行一條指令。

我們的電腦所使用的Intel X86 CPU，就是馮諾依曼架構(gòu)的。其指令與數(shù)據(jù)共用內(nèi)存總線，地址空間在一起。 指令和數(shù)據(jù)共享同一個存儲器，CPU只能執(zhí)行一條指令，因為它需要等待指令和數(shù)據(jù)都被讀取到CPU中。 我們可以將馮諾依曼架構(gòu)理解為是單車道。

作為單車道，它的缺點是明顯的。 同時傳輸數(shù)據(jù)和指令，導(dǎo)致存儲器和處理器之間的效率低下。存儲器中的指令和數(shù)據(jù)被混合存儲，指令可以被當(dāng)作數(shù)據(jù)進行處理，因此程序可以動態(tài)地修改自身代碼，容易受到病毒、惡意程序等攻擊。指令和數(shù)據(jù)必須具有相同的位寬。

不過，馮諾依曼架構(gòu)也有好處，就是簡單、易于實現(xiàn)和設(shè)計。 總體來說，馮諾依曼架構(gòu)適用于大多數(shù)通用計算機，它能夠靈活地處理各種不同的計算任務(wù)，同時還可以使用緩存等技術(shù)來優(yōu)化性能。

哈佛架構(gòu)

哈佛架構(gòu)是一種分離式存儲器體系結(jié)構(gòu)，它將指令和數(shù)據(jù)存儲在不同的內(nèi)存中。CPU 通過不同的總線從指令內(nèi)存和數(shù)據(jù)內(nèi)存中讀取指令和數(shù)據(jù)。這意味著 CPU 可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)內(nèi)存，因此可以同時執(zhí)行多條指令。

它的主要特點如下：

指令和數(shù)據(jù)存儲在不同的內(nèi)存中。

一個CPU核心可以同時執(zhí)行多條指令。

哈佛架構(gòu)多用于一些嵌入式系統(tǒng)或數(shù)字信號處理器等領(lǐng)域。

在哈佛架構(gòu)中，指令和數(shù)據(jù)存儲在不同的內(nèi)存中，CPU可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)內(nèi)存，因此可以同時執(zhí)行多條指令。

我們可以將哈佛架構(gòu)理解為是多車道。它有兩個獨立的存儲器，就像多車道那樣，它的優(yōu)點也很明顯。

指令與數(shù)據(jù)傳輸同時運行，運行效率高。存儲器中的指令和數(shù)據(jù)分開存儲，因此程序無法直接修改自身代碼，這樣會更加安全可靠、固若金湯。指令和數(shù)據(jù)的位寬可以不同。

但是哈佛架構(gòu)也有其缺點，就是實現(xiàn)和設(shè)計相對復(fù)雜的多。 總體來說，哈佛架構(gòu)適用于一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域，例如需要高效地處理大量數(shù)據(jù)的嵌入式系統(tǒng)，或數(shù)字信號處理器等領(lǐng)域。

審核編輯：劉清