51單片機屬于哈佛結構還是馮氏結構

關于這個問題，有人說51地址線復用，就是馮諾依曼結構。

很多入門的書上基本上都說：由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備組成的系統(tǒng) 都叫馮氏結構。

也有的說：“程序存儲器的數據線地址線”與“數據存儲器的數據線地址線”共用的話，就 是馮氏結構，所以51是該結構。（我認為說得太絕對了）

我認為馮氏結構與哈佛結構的區(qū)別應該在存儲器的空間分別上，哈佛結構的數據區(qū)和代碼區(qū)是分開的，它們即使地址相同，但空間也是不同的，主要表現在數據不能夠當作代碼來運行。（比如51---注）

口線復用，就將它認為成馮氏結構，我認為這樣不足取，應該是按照空間是否完全重合來辨 別。比如PC機的代空間和數據空間是同一空間，所以是馮氏結構；51由于IO口不夠，但代 碼空間和數據空間是分開的，所以還是哈佛構。（此種觀點才是正確的--注）

另外，還有的把CISC RISC 和地址是否復用與是哪種結構 這3這都混到一起。我認為這三者都沒有必然的關系。只不過 RISC因為精簡了指令集，沒有了執(zhí)行復雜功能的指令，為了提高性能，常采用哈佛結構，并且不復用地址線。（這種說法不具體，有待補充---注）

材料二：

哈佛結構是一種將程序指令存儲和數據存儲分開的存儲器結構。中央處理器首先到程序指令存儲器中讀取程序指令內容，解碼后得到數據地址，再到相應的數據存儲 器中讀取數據，并進行下一步的操作（通常是執(zhí)行）。程序指令存儲和數據存儲分開，可以使指令和數據有不同的數據寬度，如Microchip公司的 PIC16芯片的程序指令是14位寬度，而數據是8位寬度。

目前使用哈佛結構的中央處理器和微控制器有很多，除了上面提到的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ARM11，51單片機也屬于哈佛結構

馮·諾伊曼結構也稱普林斯頓結構，是一種將程序指令存儲器和數據存儲器合并在一起的存儲器結構。程序指令存儲地址和數據存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，因此程序指令和數據的寬度相同，如英特爾公司的8086中央處理器的程序指令和數據都是16位寬。

目前使用馮·諾伊曼結構的中央處理器和微控制器有很多。除了上面提到的英特爾公司的8086，英特爾公司的其他中央處理器、安謀公司的ARM7、MIPS公司的MIPS處理器也采用了馮·諾伊曼結構。

評論：哈佛結構和馮。諾依曼結構都是一種存儲器結構。哈佛結構是將指令存儲器和數據存儲器分開的一種存儲器結構；而馮。諾依曼結構將指令存儲器和數據存儲器合在一起的存儲器結構。-----注

材料三：

MCS-51單片機有著嵌入式處理器經典的體系結構，這種體系結構在當前嵌入式處理器的高端ARM系列上仍然在延續(xù)，這就是哈佛結構。相對于大名鼎鼎的 馮·諾依曼結構，哈佛結構的知名度顯然遜色許多，但在嵌入式應用領域，哈佛結構卻擁有著絕對的優(yōu)勢。哈佛結構與馮·諾依曼結構的最大區(qū)別在于馮·諾依曼結 構的計算機采用代碼與數據的統(tǒng)一編址，而哈佛結構是獨立編址的，代碼空間與數據空間完全分開。

在 通用計算機系統(tǒng)中，應用軟件的多樣性使得計算機要不斷地變化所執(zhí)行的代碼的內容，并且頻繁地對數據與代碼占有的存儲器進行重新分配，這種情況下，馮·諾依 曼結構占有絕對優(yōu)勢，因為統(tǒng)一編址可以最大限度地利用資源，而哈佛結構的計算機若應用于這種情形下則會對存儲器資源產生理論上最大可達50%的浪費，這顯 然是不合理的。

但 是在嵌入式應用中，系統(tǒng)要執(zhí)行的任務相對單一，程序一般是固化在硬件里。當然這時使用馮·諾依曼結構也完全可以，代碼區(qū)和數據區(qū)在編譯時一次性分配好了而 已，但是其靈活性得不到體現，所以現在大量的單片機也還在沿用馮·諾依曼結構，如TI的MSP430系列、Freescale的HCS08系列等。

那 是為什么說哈佛結構有優(yōu)勢呢？嵌入式計算機在工作時與通用計算機有著一些區(qū)別：嵌入式計算機在工作期間的絕大部分時間是無人值守的，而通用計算機工作期間 一般是有人操作的；嵌入式計算機的故障可能會導致災難性的后果，而通用計算機一般就是死死機，重新啟動即可。這兩點決定了對嵌入式計算機的一個基本要求： 可靠性。

使 用馮·諾依曼結構的計算機，程序空間不封閉，期程序空間的數據在運行期理論上可以被修改，此外程序一旦跑飛也有可能運行到數據區(qū)。雖然都是一些不常見的特 殊情況下，但是看看哈佛結構德計算機在這些情況下是怎樣的：基于哈佛結構的處理器入MCS-51，不需要可以對代碼段進行寫操作的指令，所以不會有代碼區(qū) 被改寫的問題；程序只能在封閉的代碼區(qū)中運行，不可能跑到數據區(qū)，這也是跑飛的幾率減少并且跑飛后的行為有規(guī)律（數據區(qū)的數據是不斷變化的而代碼區(qū)是不變 的）。

所以，相對于馮·諾依曼結構，哈佛結構更加適合于那些程序固化、任務相對簡單的控制系統(tǒng)。

總結：：：：：：：：：：

馮。諾依曼（Von Neumann）指出：程序只是一種（特殊）的數據，它可以像數據一樣被處理，因此可以和數據一起被存儲在同一個存儲器中——這就是著名的馮。諾依曼原理。注意：數據總線和地址總線共用。--注

哈佛結構：

哈佛結構是一種并行體系結構，它的主要特點是將程序和數據存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數據存儲器是兩個獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址、獨 立訪問。與兩個存儲器相對應的是系統(tǒng)的4條總線：程序的數據總線與地址總線，數據的數據總線與地址總線。這種分離的程序總線和數據總線允許在一個機器周期 內同時獲得指令字（來自程序存儲器）和操作數（來自數據存儲器），從而提高了執(zhí)行速度，使數據的吞吐率提高了1倍。又由于程序和數據存儲器在兩個分開的物 理空間中，因此取指和執(zhí)行能完全重疊。CPU首先到程序指令存儲器中讀取程序指令內容，解碼后得到數據地址，再到相應的數據存儲器中讀取數據，并進行下一 步的操作（通常是執(zhí)行）。

哈佛結構采用數據存儲器與程序代碼存儲器分開，各自有自己的數據總線與地址總線。但這是需要CPU提供大量的數據線，因而很少使用哈佛結構作為CPU外部 構架來使用。但是對于 CPU內部，通過使用不同的數據和指令cache，可以有效的提高指令執(zhí)行的效率，因而目前大部分計算機體系都是CPU內部的哈佛結構+CPU外部的馮· 諾伊曼的結構。
來源；21ic