思考: 如何判断一款CPU是冯诺依曼架构or哈佛架构

这个问题隶属于CPU设计的范畴

 

其等价问题为 CPU是如何获取指令和数据的，进一步的，指令和数据是否是分开存取的

普遍的说法是这样的，如果指令和数据分开存取，则是哈佛结构，否则是冯诺依曼结构

 

不要尝试去记忆这些结论，我们要去思考，去理解这个事情

 

以51内核的单片机为例，我们将编译后的bin文件烧录到片子里面，然后上电之后程序执行

看似简单的过程，里面也有一些我们不是很清楚的细节，一些记忆碎片没有完全联系起来

 

比如：

a.51单片机的norflash 有几十K

b.我们烧录进去的代码肯定包含指令和数据

c. 51 单片机的运行也是需要ram的，好像叫做sram

 

这个时候，问题逐渐变得清晰起来，我至少有以下几个问题要问：

1. 烧录的代码全部烧到norflash了吗，还是指令在flash, 数据在sram？

2. sram能掉电存储吗？

3. int main() { int a = 5; int b = 10; int c = a + b; return c;  } 这个例子中，5， 10是指令还是数据？

4. int main() { printf("helloworld\n"); return 0; } 这个例子中，"helloworld"是指令还是数据？

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不问不知道，我在这么基础的问题上竟然还犯了错误:

首先，我的大前提中的b就犯了错误，烧录的code全是指令

其次，常识性的错误：sram不可掉电存储，代码全部烧到norflash中

 

所谓的数据是指运行时的概念，CPU run起来的时候会去访问ram, 通过寻址指令在cpu寄存器和ram中来回搬运数据

MOV R1,#00H的机器代码是 A8 00，一共两个字节，而且存储在ROM。
而你把MOV R1,#00H认为是两个部分是错误的，这是一个完整的指令（即存储在ROM），
不是说MOV是指令而后面的R1,#00H不是指令——你只是看表面上的内容，没有看其本质。
一条汇编指令的完整格式是[标号:]操作码[源操作数],[母的操作数][;注释]，其中中括号内的可以省略

也就是说，问题3，4中的常量也是code的一部分， 只不过，涉及全局变量和常量字符串的code可能在链接脚本的处理上有点特殊

关于链接脚本，需要再开一个专栏讲解

 

回答了这些问题，单片机上电启动的图景才渐渐在脑海中清晰起来。

单片机上电后，CPU去norflash中的固定位置取第一条指令，然后译指执行，这个期间，一些存储计算等操作会用到ram, 那就必然涉及CPU访问ram。下图是51的系统结构框图

 

 
那这到底是不是哈佛结构呢？

看两点：一是程序和数据存储要分开，二是程序和数据要有单独的读取路径

 

很遗憾，51不满足第二点，它是公用了数据线 和地址线去访问指令和数据的

 

那谁是标准的哈佛结构呢，我们接触过的cortex-m3的单片机就是。

 

 

 

 

所以其实，后面会发现，现代的CPU都是混用这两种结构了，CPU和存储器并不直接相连，在cache外面，程序和数据是存在一起的

通过AHB总线访问，到了里面又会分开，指令是指令，数据是数据。