哈佛結(jié)構(gòu)

(英語：Harvard architecture)是一種將程序指令儲存和數(shù)據(jù)儲存分開的存儲器結(jié)構(gòu)。中央處理器首先到程序指令儲存器中讀取程序指令內(nèi)容，解碼后得到數(shù)據(jù)地址，再到相應(yīng)的數(shù)據(jù)儲存器中讀取數(shù)據(jù)，并進行下一步的操作(通常是執(zhí)行)。程序指令儲存和數(shù)據(jù)儲存分開，數(shù)據(jù)和指令的儲存可以同時進行，可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位寬度，而數(shù)據(jù)是8位寬度。

哈佛結(jié)構(gòu)的微處理器通常具有較高的執(zhí)行效率。其程序指令和數(shù)據(jù)指令分開組織和儲存的，執(zhí)行時可以預(yù)先讀取下一條指令。

目前使用哈佛結(jié)構(gòu)的中央處理器和微控制器有很多，除了上面提到的Microchip公司的PIC系列芯片，還有摩托羅拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安謀公司的ARM9、ARM10和ARM11。

馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)

(von Neumann architecture)，也稱普林斯頓結(jié)構(gòu)，是一種將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的電腦設(shè)計概念結(jié)構(gòu)。本詞描述的是一種實作通用圖靈機的計算裝置，以及一種相對于平行計算的序列式結(jié)構(gòu)參考模型(referential model)。

本結(jié)構(gòu)隱約指導(dǎo)了將儲存裝置與中央處理器分開的概念，因此依本結(jié)構(gòu)設(shè)計出的計算機又稱儲存程式型電腦。

最早的計算機器僅內(nèi)涵固定用途的程式?，F(xiàn)代的某些計算機依然維持這樣的設(shè)計方式，通常是為了簡化或教育目的。例如一個計算器僅有固定的數(shù)學(xué)計算程式，它不能拿來當(dāng)作文書處理軟件，更不能拿來玩游戲。若想要改變此機器的程式，你必須更改線路、更改結(jié)構(gòu)甚至重新設(shè)計此機器。當(dāng)然最早的計算機并沒有設(shè)計的那個可編程化。當(dāng)時所謂的“重寫程式”很可能指的是紙筆設(shè)計程式步驟，接著制訂工程細節(jié)，再施工將機器的電路配線或結(jié)構(gòu)改變。

而儲存程式型電腦的概念改變了這一切。借由創(chuàng)造一組指令集結(jié)構(gòu)，并將所謂的運算轉(zhuǎn)化成一串程式指令的執(zhí)行細節(jié)，讓此機器更有彈性。借著將指令當(dāng)成一種特別型態(tài)的靜態(tài)資料，一臺儲存程式型電腦可輕易改變其程式，并在程控下改變其運算內(nèi)容。馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)與儲存程式型電腦是互相通用的名詞，其用法將于下述。而哈佛結(jié)構(gòu)則是一種將程式資料與普通資料分開儲存的設(shè)計概念,但是它并未完全突破馮.諾伊曼架構(gòu)。

儲存程式型概念也可讓程式執(zhí)行時自我修改程式的運算內(nèi)容。本概念的設(shè)計動機之一就是可讓程式自行增加內(nèi)容或改變程式指令的內(nèi)存位置，因為早期的設(shè)計都要使用者手動修改。但隨著索引暫存器與間接位置存取變成硬件結(jié)構(gòu)的必備機制后，本功能就不如以往重要了。而程式自我修改這項特色也被現(xiàn)代程式設(shè)計所棄揚，因為它會造成理解與除錯的難度，且現(xiàn)代中央處理器的管線與快取機制會讓此功能效率降低。

從整體而言，將指令當(dāng)成資料的概念使得組合語言、編譯器與其他自動編程工具得以實現(xiàn);可以用這些“自動編程的程式”，以人類較易理解的方式編寫程式[1];從局部來看，強調(diào)I/O的機器，例如Bitblt，想要修改畫面上的圖樣，以往是認為若沒有客制化硬件就辦不到。但之后顯示這些功能可以借由“執(zhí)行中編譯”技術(shù)而有效達到。

此結(jié)構(gòu)當(dāng)然有所缺陷，除了下列將述的馮·諾伊曼瓶頸之外，修改程式很可能是非常具傷害性的，無論無意或設(shè)計錯誤。在一個簡單的儲存程式型電腦上，一個設(shè)計不良的程式可能會傷害自己、其他程式甚或是操作系統(tǒng)，導(dǎo)致當(dāng)機。緩沖區(qū)溢位就是一個典型例子。而創(chuàng)造或更改其他程式的能力也導(dǎo)致了惡意軟件的出現(xiàn)。利用緩沖區(qū)溢位，一個惡意程式可以覆蓋呼叫堆棧(Call stack)并覆寫程式碼，并且修改其他程式檔案以造成連鎖破壞。內(nèi)存保護機制及其他形式的存取控制可以保護意外或惡意的程式碼更動。