冯诺依曼结构与哈佛结构

1. 冯诺依曼体系结构

冯·诺依曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。数学家冯·诺依曼提出了计算机制造的三个基本原则，即采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机由五个部分组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备），这套理论被称为冯·诺依曼体系结构，根据这一原理制造的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机。当今市面上大部分计算机都是冯诺依曼机。

冯诺依曼体系

• 二进制
• 顺序执行
• 程序存储(指令和数据存在同一个存储器)
• 组成
  • 运算器
  • 控制器
  • 存储器
  • 输入设备
  • 输出设备

冯·诺依曼体系工作原理（CPU工作原理）

程序的执行过程实际上是不断地取出指令、分析指令、执行指令的过程。冯·诺依曼型计算机从本质上讲是采用串行顺序处理的工作机制，即使有关数据已经准备好了，也必须逐条执行指令序列，如下图所示：

具体过程：

（1）预先把指挥计算机如何进行操作的指令序列（就是程序）和原始数据输入到计算机内存中（拷贝），每条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数，进行什么操作，然后送到什么地方去等步骤。

（2）计算机在执行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码器接收指令的要求，再从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等，然后再按地址把结果送到内存中，如果需要向硬盘等存储设备存储数据，还需要将内存中的该数据存储到硬盘中。接下来取出第2条指令，在控制器的指挥下完成规定操作，依次进行下去，直到遇到停止指令。

（3）计算机中基本上有两股信息在流动，一种是数据，即各种原始数据、中间结果和程序等，另一种信息是控制信息，它控制机器的各种部件执行指令规定的各种操作。

2. 哈佛结构

哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。哈佛结构是一种并行体系结构，它的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。

计算机主要分为三部分： CPU、指令存储器与数据存储器

3. 对比

特性	冯诺依曼架构	哈佛架构
存储结构	指令和数据共享同一存储空间（内存）	指令和数据存储在不同的内存区域
总线	指令和数据共享同一总线(数据总线)	指令和数据分别使用不同的总线(指令总线&数据总线)
执行效率	存在冯诺依曼瓶颈，不能同时访问指令和数据	可以并行访问指令和数据，提高执行效率
灵活性	设计较为简单，灵活性较高	硬件更复杂，灵活性较低，但适合特定应用
应用场景	通用计算机、服务器、桌面计算机等	嵌入式系统、数字信号处理器（DSP）、微控制器等

冯诺依曼架构更适用于通用计算机和需要动态修改程序的场景，而哈佛架构则适用于对性能要求较高的系统，如嵌入式设备和专用处理器。

参考： 冯诺依曼体系结构 - 李子恒 - 博客园