软考高级:嵌入式冯诺依曼体系和哈佛体系 AI 解读

冯诺依曼体系(Von Neumann architecture)和哈佛体系(Harvard architecture)是两种计算机体系结构,它们的主要区别在于指令和数据的存储方式。

========== 生活化例子 ==========

可以想象冯诺依曼体系像是你在一个房间里,有一张书桌,你可以在这张桌子上放你的作业本(数据)和参考书(指令)。你每次需要参考书时,必须在桌上腾出空间,把作业本挪开,这样才能放得下参考书。同样,当你需要写作业时,又得把书挪开。这种做法就像冯诺依曼体系中指令和数据共享一条总线,使用相同的存储空间。

而哈佛体系则像是你有两个房间,一个房间专门放作业本,另一个房间专门放参考书。你随时可以在两个房间里走动,互不干扰。这对应哈佛体系中指令和数据分别使用不同的存储空间和总线,互不冲突。

========== 概念讲解 ==========

1、冯诺依曼体系
• 由约翰·冯·诺依曼提出,主要特点是指令和数据共享同一个存储空间,并通过同一条总线进行传输。这意味着计算机在不同时间只能通过这条总线获取指令或数据,导致了所谓的“冯诺依曼瓶颈”,即数据传输速率限制了计算机的处理速度。
• 优点:结构简单,硬件实现较为经济。
• 缺点:由于指令和数据共享通道,无法同时访问,可能会导致性能瓶颈。

2、哈佛体系
• 与冯诺依曼体系不同,哈佛体系使用独立的存储器和总线来分别存储指令和数据。这意味着计算机可以同时访问指令和数据,处理效率更高。
• 优点:由于指令和数据分离,消除了冯诺依曼瓶颈,速度更快。
• 缺点:实现上更复杂,硬件成本相对较高。

应用场景:冯诺依曼体系广泛应用于通用计算机,比如PC和服务器;而哈佛体系则更多用于对效率和速度要求更高的嵌入式系统和微控制器中,比如单片机和DSP芯片。

========== 简单记法 ==========

1.	冯诺依曼体系:一张桌子,指令和数据共享存储空间,导致可能的“堵车”(瓶颈)。
2.	哈佛体系:两张桌子,指令和数据分开存储,可以同时处理,效率更高。

通过“桌子”和“房间”的例子,记住这两者的区别会更加容易。