一、馮.諾伊曼結構
1945年，馮.諾伊曼首先提出了“存儲程序”的概念和二進制原理，後來，人們把利用這種概念和原理設計的電子計算機系統統稱爲“馮.諾伊曼型結構”計算機。馮.諾伊曼結構的處理器使用同一個存儲器，經由同一個總線傳輸，如下圖所示：
圖 馮.諾伊曼結構
馮.諾伊曼結構處理器具有以下幾個特點：
必須有一個存儲器；
必須有一個控制器；
必須有一個運算器，用於完成算術運算和邏輯運算；
必須有輸入和輸出設備，用於進行人機通信。
馮.諾伊曼的主要貢獻就是提出並實現了“存儲程序”的概念。由於指令和數據都是二進制碼，指令和操作數的地址又密切相關，因此，當初選擇這種結構是自然的。但是，這種指令和數據共享同一總線的結構，使得信息流的傳輸成爲限制計算機性能的瓶頸，影響了數據處理速度的提高。
在典型情況下，完成一條指令需要3個步驟，即：取指令、指令譯碼和執行指令。從指令流的定時關係也可看出馮.諾伊曼結構與哈佛結構處理方式的差別。舉一個最簡單的對存儲器進行讀寫操作的指令，如下圖所示，指令1和指令3均爲存、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，只有一個完成後再進行下一個。
圖 馮.諾曼結構處理器指令流的定時關係示意圖
二、哈佛結構
數字信號處理一般需要較大的運算量和較高的運算速度，爲了提高數據吞吐量，在數字信號處理器中大多采用哈佛結構，如下圖所示
圖 哈佛結構
與馮.諾伊曼結構處理器比較，哈佛結構處理器有兩個明顯的特點：
使用兩個獨立的存儲器模塊，分別存儲指令和數據，每個存儲模塊都不允許指令和數據並存；使用獨立的兩條總線，分別作爲CPU與每個存儲器之間的專用通信路徑，而這兩條總線之間毫無關聯。
後來，又提出了改進的哈佛結構，如下圖所示:
圖 改進型哈佛結構
其結構特點爲：
使用兩個獨立的存儲器模塊，分別存儲指令和數據，每個存儲模塊都不允許指令和數據並存，以便實現並行處理；具有一條獨立的地址總線和一條獨立的數據總線，利用公用地址總線訪問兩個存儲模塊（程序存儲模塊和數據存儲模塊），公用數據總線則被用來完成程序存儲模塊或數據存儲模塊與CPU之間的數據傳輸；兩條總線由程序存儲器和數據存儲器分時共用。
在典型情況下，完成一條指令需要3個步驟，即：取指令、指令譯碼和執行指令。從指令流的定時關係也可看出馮.諾伊曼結構與哈佛結構處理方式的差別。舉一個最簡單的對存儲器進行讀寫操作的指令，如下圖所示，指令1至指令3均爲存、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，只有一個完成後再進行下一個。
圖 馮.諾曼結構處理器指令流的定時關係示意圖
如果採用哈佛結構處理以上同樣的3條存取數指令，如下圖所示，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。
圖 哈佛結構處理器指令流的定時關係示意圖
總得來說，哈佛機構的高性能體現在在單片機、DSP芯片平臺上運行的程序種類和花樣較少，因爲各個電子娛樂產品中的軟件升級比較少，應用程序可以用匯編作爲內核，最高效率的利用流水線技術，獲得最高的效率。
馮諾依曼結構主要是基於電腦購買者對電腦的使用途徑不同----各種娛樂型用戶、各種專業開發用戶等，且安裝的軟件的種類繁多，升級頻繁，多種軟件同時運行時處理的優先級比較模糊，因特爾芯片不具備徹底智能分配各程序優先級和流水線的機制，機械的分配優先和流水線反而容易使用戶不便。
比如，你使用電腦過程中對暴風影音播放器的使用中，有時希望它最快打開，有時希望它的打開實在打開瀏覽器之後，因此人對個人電腦的軟件使用習慣是很不同的。從而，致力於提高主頻和緩存的馮諾依曼結構纔是PC的最佳選擇。
三、總結
體系結構與採用的獨立與否的總線無關，與指令空間和數據空間的分開獨立與否有關。51單片機雖然數據指令存儲區是分開的，但總線是分時複用得，所以屬於改進型的哈佛結構。ARM9雖然是哈佛結構，但是之前的版本(例如ARM7)也還是馮.諾依曼結構。早期的X86能迅速佔有市場，一條很重要的原因，正是靠了馮.諾依曼這種實現簡單，成本低的總線結構。現在的處理器雖然外部總線上看是諾依曼結構的，但是由於內部CACHE的存在，因此實際上內部來看已經類似改進型哈佛結構的了。至於優缺點，哈佛結構就是複雜，對外圍設備的連接與處理要求高，十分不適合外圍存儲器的擴展。所以早期通用CPU難以採用這種結構。而單片機，由於內部集成了所需的存儲器，所以採用哈佛結構也未嘗不可。現在的處理器，依託CACHE的存在，已經很好的將二者統一起來了。
