4. 统一编址&独立编址&哈佛结构&冯诺依曼结构

什么是IO ? 什么是内存？

• 内存是程序的运行场所，内存和 CPU之间通过总线连接，CPU通过一定的地址来访问通过总线来连接，CPU通过一定的地址来访问具体内存单元
• IO （ Input and out put） 是输入输出接口。是CPU和其他外部设备（如窗口与、LED、触摸屏、LED等）之间通信的道路。一般的，IO就是指CPU的各种内部或外部外设

内存的访问方式

• 内存通过CPU的地址总线来寻址定位，然后通过 CPU数据总线来读写
• CPU 的地址总线的位数是CPU设计时确定的，因此一款CPU所能寻址的范围是一定的，而内存是需要占用cpu的寻址空间的
• 内存与cpu的这种总线式访问方式是一种直接连接，优点是效率高访问快，缺点是资源有限，扩展性差

. IO 的访问方式

• IO指的是与CPU连接的各种外设
• CPU访问各种外设有2种方式：一种是类似于访问内存的方式，即把外设的寄存器当做一个内存地址来读写，从而以访问内存统一编制方式来操作外设，叫IO与内存统一编制方式，另一种是使用专用的 CPU指令来访问某种特定外设，叫 IO 与内存独立编址

对比

• 由于内存访问频率高，因此采用总线式连接，直接访问，效率最高
• IO与内存统一编制方式，优势是 IO 也需要占用一定的 CPU 地址空间，而 CPU的地址空间是有限资源
• IO与内存独立编址方式，优势是不占用 CPU 地址空间，缺点是 CPU 设计变复杂了

程序和数据

• 程序运行时两大核心元素：程序 + 数据
• 程序是我们写好的源代码经过编译、汇编之后得到的机器码，这些机器码可以拿给 CPU去解码执行， CPU 不会也不应该修改程序，所以程序是只读的
• 数据是程序运行过程中定义和产生的变量的值，是可以读写的，程序运行实际就是为了改变数据的值

冯诺依曼结构与哈佛结构

• 程序和数据都放在内存中，且不彼此分离的结构称为冯诺依曼结构，譬如 Intel 的CPU 均采用冯诺依曼结构
• 程序和数据分开独立放在不同的内存块中，彼此完全分离的结构称为哈佛结构，譬如大部分单片机均采用哈佛结构

优势对比

• 冯诺依曼结构中程序和数据不区分的放在一起，因此安全和稳定是个问题，好处是处理起来简单
• 哈佛结构中程序（一般放在 ROM、 flash 中）和数据（一般放在RAM中）独立分开存放。
  因此好处是安全和稳定性高， 缺点是软件处理复杂一些（需要统一规划链接地址等 ）