CPU架構體系的區別


現代的CPU基本上歸為馮洛伊曼結構(也成普林斯頓結構)和哈佛結構。

馮洛伊曼結構就是我們所說的X86架構,而哈佛結構就是ARM架構。一個廣泛用於桌面端(台式/筆記本/服務器/工作站等),一個雄踞移動領域,我們的手持設備(平板\手機用的大多就是他了)。

他們的如區別如下:

一、馮洛伊曼的體系核心是:數據和指令混在一起,統一編址。區分哪些是指令和哪些是數據大致上有以下方法:

  1、用寄存器和指令周期來區分數據和指令。例如:CS段(codesegment代碼段)和DS段(datasegment數據段),前者CPU是認為存放的都是指令,后者CPU認為存放的都是數據;

  2、通過不同的時間段來區分指令和數據,在取指階段取出的就是指令,執行階段取出的就是數據。這個都很好理解吧。

二、哈佛架構的核心是:數據和指令是區分開的。獨立編址,就算地址一樣,數據也是不一樣的。

 

再來討論下兩個架構的效率區別

經過上面的描述,各位已經知道這兩個架構的主要區別了。

CPU大致工作如下:取指令指令譯碼執行指令

指令1至指令3均為存、取數指令,對馮諾伊曼結構處理器,由於取指令和存取數據要從同一個存儲空間存取,經由同一總線傳輸,因而它們無法重疊執行,只有一個完成后再進行下一個。如下圖所示:

再來看看哈佛架構的CPU:

 

采用哈佛結構,由於取指令和存取數據分別經由不同的存儲空間和不同的總線,使得各條指令可以重疊執行,這樣,也就克服了數據流傳輸的瓶頸,提高了運算速度。 哈佛結構強調了總的系統速度以及通訊和處理器配置方面的靈活性。

下面是對上圖的幾個引申知識點:

時鍾周期也稱為振盪周期:CPU無非就是開關閉合電路組成,定義為時鍾脈沖的倒數。是計算機中的最基本的、最小的時間單位。
 在一個時鍾周期內,CPU僅完成一個最基本的動作。時鍾脈沖是計算機的基本工作脈沖,控制着計算機的工作節奏。時鍾頻率越高,工作速度就越快。

機器周期:常把一條指令的執行過程划分為若干個階段,每一個階段完成一項工作。每一項工作稱為一個基本操作,完成一個基本操作所需要的時間稱為機器周期。

指令周期:執行一條指令所需要的時間,一般由若干個機器周期組成。指令不同,所需的機器周期也不同。

關系:指令周期通常用若干個機器周期表示,而機器周期時間又包含有若干個時鍾周期。

 

注:由於覺得博客不多,沒使用搬家功能。這個分類的幾篇博客都是在我csdn博客上發表過的原創(如今已不再使用),所以圖片右下角就有水印。

 


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