哈佛结构：解决冯·诺依曼瓶颈，提高执行效率

为了解决冯·诺依曼瓶颈，也就是说CPU访问内存在读写数据的时候会影响指令的读取，于是后人对其进行改进，设计出哈佛结构。哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构，如图2.3所示。哈佛结构是一种并行体系结构，它的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。

图2.3　哈佛结构

哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。其程序指令和数据指令是分开组织和存储的，执行时可以预先读取下一条指令。

哈佛结构是程序和数据空间独立的体系结构，目的是减轻冯·诺依曼结构在程序运行时的访存瓶颈。(www.xing528.com)

例如最常见的卷积运算中，一条指令同时取两个操作数，在流水线处理时，同时还有一个取址操作，如果程序和数据通过同一条总线访问，取址和取数必会产生冲突，而这对大运算量的循环执行效率是很不利的。

哈佛结构基本上能解决取指和取数的冲突问题。而对另一个操作数的访问，就只能采用Enhanced哈佛结构了，例如，像TI公司一样，将数据区再分开多并一组总线或者像AD公司采用指令缓存。

哈佛结构与冯·诺依曼结构相比，其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。

改进的哈佛结构，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。