cpu架構詳細介紹（CPU架構簡單介紹）

2023-04-21 04:25:22 1

要成為程序底層高手，可能您需要簡單了解一下CPU的架構。CPU的架構業界一般有兩種典型架構：馮.諾依曼架構和哈弗架構

先來科普一下這個偉大的計算機之父。偏激一點的說，現在的編程人員都是吃他的飯啊。

John von Neumann 馮.諾依曼

多說兩句，von這個姓，在歐洲是一個很高貴的姓。如果你見到一個名字中有von，那麼這個人或其祖先一定是有封地的貴族。 馮.諾依曼是匈牙利人，布達佩斯大學數學博士。先後執教於柏林大學和漢堡大學。1930年前往美國，後入美國籍。歷任普林斯頓大學、普林斯頓高級研究所教授，美國原子能委員會會員。美國全國科學院院士。早期以算子理論、共振論、量子理論、集合論等方面的研究聞名，開創了馮·諾依曼代數。第二次世界大戰期間為第一顆原子彈的研製作出了貢獻。為研製電子數字計算機提供了基礎性的方案。1944年與摩根斯特恩（Oskar Morgenstern）合著《博弈論與經濟行為》，是博弈論學科的奠基性著作。晚年，研究自動機理論，著有對人腦和計算機系統進行精確分析的著作《計算機與人腦》。

主要著作有《量子力學的數學基礎》（1926）、《計算機與人腦》（1958）、《經典力學的算子方法》、《博弈論與經濟行為》（1944）、《連續幾何》（1960）等。

馮.諾依曼架構的計算機

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、ARM的ARM7、MIPS公司的MIPS處理器也採用了馮·諾依曼結構。

1945年，馮·諾依曼首先提出了"存儲程序"的概念和二進位原理，後來，人們把利用這種概念和原理設計的電子計算機系統統稱為"馮·諾依曼型結構"計算機。馮·諾依曼結構的處理器使用同一個存儲器，經由同一個總線傳輸。

特點:

哈弗結構的計算機

哈佛結構的計算機由CPU、 程序存儲器 和數據存儲器組成，程序存儲器和數據存儲器採用不同的總線，從而提供了較大的存儲器帶寬，使數據的移動和交換更加方便，尤其提供了較高的數位訊號處理性能。

哈佛結構的微處理器通常具有較高的執行效率。其程序指令和數據指令分開組織和存儲的，執行時可以預先讀取下一條指令。

馮·諾依曼理論的要點是:數字計算機的數制採用二進位;計算機應該按照程序順序執行。人們把馮諾依曼的這個理論稱為馮諾依曼體系結構。從ENIAC到當前最先進的計算機都採用的是馮諾依曼體系結構。所以馮諾依曼是當之無愧的數字計算機之父。

馮諾依曼體系結構構成的計算機，必須具有如下功能:把需要的程序和數據送至計算機中;必須具有長期記憶程序、數據、中間結果及最終運算結果的能力;能夠完成各種算術、邏輯運算和數據傳送等數據加工處理的能力;能夠根據需要控制程序走向，並能根據指令控制機器的各部件協調操作;能夠按照要求將處理結果輸出給用戶。

哈佛結構是為了高速數據處理而採用的，因為可以同時讀取指令和數據(分開存儲的)。大大提高了數據吞吐率，缺點是結構複雜。通用微機指令和數據是混合存儲的，結構上簡單，成本低。假設是哈佛結構:你就得在電腦安裝兩塊硬碟，一塊裝程序，一塊裝數據，內存裝兩根，一根儲存指令，一根存儲數據……

是什麼結構要看總線結構的。51單片機雖然數據指令存儲區是分開的，但總線是分時復用的，所以頂多算改進型的哈佛結構。ARM9雖然是哈佛結構，但是之前的版本也還是馮·諾依曼結構。早期的X86能迅速佔有市場，一條很重要的原因，正是靠了馮·諾依曼這種實現簡單，成本低的總線結構。處理器雖然外部總線上看是諾依曼結構的，但是由於內部CACHE的存在，因此實際上內部來看已經算是改進型哈佛結構的了。至於優缺點，哈佛結構就是複雜，對外圍設備的連接與處理要求高，十分不適合外圍存儲器的擴展。所以早期通用CPU難以採用這種結構。而單片機，由於內部集成了所需的存儲器，所以採用哈佛結構也未嘗不可。處理器，依託CACHE的存在，已經很好的將二者統一起來了。