有两种类型的数字计算机体系结构描述计算机系统的功能和实现。一种是著名物理学家和数学家约翰·冯·诺依曼在20世纪40年代末设计的冯·诺依曼体系结构，另一种是哈佛体系结构，它是基于最初的基于哈佛马克一号继电器的计算机，采用独立的存储系统来存储数据和指令。

最初的哈佛体系结构用于将指令存储在穿孔磁带上，并将数据存储在机电计数器中。冯·诺依曼体系结构构成了现代计算的基础，并且更易于实现。本文将分别介绍这两种计算机体系结构，并解释它们之间的区别。

什么是冯诺依曼建筑(von neumann architecture)？

它是一种基于存储程序计算机概念的理论设计，其中程序数据和指令数据存储在同一存储器中。

这一体系结构是由著名数学家和物理学家约翰·冯·诺依曼在1945年设计的。直到冯·诺依曼提出计算机设计的概念之前，计算机的设计都是为了一个单一的预定目的，由于电路的手工重接，这种设计缺乏先进性。

冯·诺依曼体系结构背后的思想是，能够将指令与指令操作的数据一起存储在内存中。简而言之，冯诺依曼体系结构指的是计算机硬件、编程和数据应遵循的一般框架。

冯诺依曼体系结构由三个不同的组件组成：中央处理器（CPU）、内存单元和输入/输出（I/O）接口。CPU是计算机系统的核心，它由三个主要部件组成：算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）和寄存器。

ALU负责对数据执行所有算术和逻辑运算，而控制单元通过向硬件发出控制信号来确定需要在程序中执行的指令流的顺序。

寄存器基本上是临时存储位置，用于存储需要执行的指令的地址。内存单元由RAM组成，RAM是用来存储程序数据和指令的主存储器。I/O接口允许用户与外部世界（如存储设备）进行通信。

什么是哈佛建筑(harvard architecture)？

它是一种计算机体系结构，具有用于程序数据和指令的物理上独立的存储和信号通路。与冯·诺依曼体系结构不同的是，哈佛体系结构采用单一总线从内存中获取指令，并将数据从计算机的一个部分传输到另一个部分，哈佛体系结构为数据和指令提供了单独的内存空间。

这两个概念是相似的，除了他们访问记忆的方式。哈佛架构背后的想法是将内存分为两部分——一部分用于数据，另一部分用于程序。这些术语是基于最初的基于哈佛marki中继的计算机，它采用了一种允许同时执行数据、传输和指令获取的系统。

现实世界中的计算机设计实际上是基于改进的哈佛体系结构，通常用于微控制器和DSP（数字信号处理）。

冯·诺依曼与哈佛建筑学的差异

冯·诺依曼与哈佛建筑学基础

冯·诺依曼体系结构是一种基于存储程序概念的理论计算机设计，其中程序和数据存储在同一内存中。这个概念是由数学家约翰冯诺依曼在1945年设计的，目前几乎所有现代计算机的基础都是这个概念。哈佛大学的体系结构是基于最初的哈佛马克一号继电器为基础的计算机模型，采用单独的数据和指令总线。

诺依曼记忆系统与哈佛建筑

Von Neumann体系结构只有一条总线用于指令获取和数据传输，操作必须被调度，因为它们不能同时执行。另一方面，哈佛体系结构有单独的指令和数据存储空间，这在物理上把信号和代码与数据存储分开，从而使同时访问每个存储系统成为可能。

诺依曼与哈佛建筑的教学处理

在Von Neumann体系结构中，处理单元需要两个时钟周期来完成一条指令。处理器在第一个周期从内存中取出指令并对其进行解码，然后在第二个周期从内存中取出数据。在哈佛体系结构中，如果有适当的流水线策略，处理单元可以在一个周期内完成一条指令。

诺依曼成本与哈佛建筑

由于指令和数据在Von Neumann体系结构中使用相同的总线系统，它简化了控制单元的设计和开发，最终将生产成本降到最低。哈佛体系结构的控制单元的开发比哈佛体系结构的开发成本更高，因为哈佛体系结构采用两条总线作为指令和数据。

冯·诺依曼与哈佛建筑的运用

冯·诺依曼体系结构主要用于从台式电脑、笔记本电脑到高性能电脑和工作站的每台机器。哈佛体系结构是一个相当新的概念，主要用于微控制器和数字信号处理（DSP）。

冯诺依曼与哈佛建筑：比较图

总结 - 冯·诺依曼的(of von neumann) vs. 哈佛建筑(harvard architecture)

Von Neumann体系结构与Harvard体系结构相似，只是它使用一条总线来执行指令获取和数据传输，因此必须对操作进行调度。另一方面，哈佛体系结构使用两个独立的内存地址来存储数据和指令，这使得同时向两条总线提供数据成为可能。然而，复杂的体系结构只会增加控制单元的开发成本，而不太复杂的Von Neumann体系结构采用单一的统一缓存，其开发成本较低。