哈佛架构 (Harvard Architecture)

定义

哈佛架构(Harvard Architecture)是一种将程序指令与数据分别存放在独立存储器、并通过独立总线访问的计算机体系结构,名称源自哈佛大学的Mark I计算机,其指令存于穿孔纸带、数据存于计数器。

与冯·诺依曼架构的对比

冯·诺依曼架构中指令与数据共用同一存储与总线,结构灵活但取指与取数会争用带宽(所谓冯·诺依曼瓶颈);哈佛架构可在同一周期并行取指令和数据,吞吐更高,还能对程序存储器施加只读等保护,但两块存储的容量比例固定、灵活性差。

改进型哈佛架构

现代主流CPU普遍采用改进型(Modified)哈佛架构:统一编址的主存配合分离的一级指令缓存与数据缓存,兼得两者优点,因此在缓存层面是哈佛式、在内存层面是冯·诺依曼式。

应用

纯哈佛或接近纯哈佛的设计常见于微控制器(如AVR、8051)与数字信号处理器,程序存于片上Flash、数据存于SRAM,天然契合嵌入式场景。