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哈佛体系结构

哈佛体系结构,是一种数字信号处理结构。

数字信号处理一般需要较大的运算量和较高的运算速度,为了提高数据吞吐量,在数字信号处理器中大多采用哈佛结构。

为了克服CPU数据总线宽度的限制,尤其在处理器的情况下,进一步提高微处理器的处理速度,采用高度并行处理技术-(HarVard)哈佛结构已成为引人注目的趋势.哈佛结构的基本特征是:采用多个内部数据地址。

1)程序存储器与数据存储器分开

2)提供了较大的数存储器带宽

3)适合于数字信号处理

4)大多数DSP都是哈佛结构

5)ARM9是哈佛结构。 [1]

使用两个独立的存储器模块,分别存储指令和数据,每个存储模块都不允许指令和数据并存,以便实现并行处理;

具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线,利用公用地址总线访问两个存储模块(程序存储模块和数据存储模块),公用数据总线则被用来完成程序存储模块或数据存储模块与CPU之间的数据传输;

两条总线由程序存储器和数据存储器分时共用。

在典型情况下,完成一条指令需要3个步骤,即:取指令、指令译码和执行指令。从指令流的定时关系也可看出冯.诺依曼结构与哈佛结构处理方式的差别。举一个最简单的对存储器进行读写操作的指令,指令1至指令3均为存、取数指令,对冯.诺依曼结构处理器,由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取,经由同一总线传输,因而它们无法重叠执行,只有一个完成后再进行下一个。

如果采用哈佛结构处理以上同样的3条存取数指令,如下图所示,由于存取指令和存取数据分别经由不同的存储空间和不同的总线,使得各条指令可以重叠执行,这样,也就克服了数据流传输的瓶颈,提高了运算速度。

哈佛结构强调了总的系统速度以及通讯和处理器配置方面的灵活性。

TI 公司DSP采用的改进型哈佛结构其改进之处在于 在数据总线和程序总线之间进行局部的交叉连接。这一改进允许数据存放在程序存储器中,并被算术运算指令直接使用,增强了芯片的灵活性。只要调度好两个独立的总线就可使处理能力达到最高,以实现全速运行。改进的哈佛结构还可使指令存储在高速缓存器中(Cache),省去了从存储器中读取指令的时间,大大提高了运行速度。

改进的哈佛结构,其结构特点为:使用两个独立的存储器模块,分别存储指令和数据,每个存储模块都不允许指令和数据并存,以便实现并行处理;具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线,利用公用地址总线访问两个存储模块(程序存储模块和数据存储模块),公用数据总线则被用来完成程序存储模块或数据存储模块与CPU之间的数据传输;两条总线由程序存储器和数据存储器分时共用。 [2]

处理器

与冯.诺依曼结构处理器比较,哈佛结构处理器有两个明显的特点:

使用两个独立的存储器模块,分别存储指令和数据,每个存储模块都不允许指令和数据并存;

使用独立的两条总线,分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径,而这两条总线之间毫无关联。

后来,又提出了改进的哈佛结构.


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