Rozdiel medzi Von Neumannovou a Harvardskou architektúrou

Existujú dva typy architektúr digitálnych počítačov, ktoré popisujú funkčnosť a implementáciu počítačových systémov. Jednou z nich je architektúra Von Neumanna, ktorú navrhol renomovaný fyzik a matematik John Von Neumann koncom štyridsiatych rokov 20. storočia, a druhá architektúra Harvard, ktorá bola založená na pôvodnom počítači založenom na štarte Harvarda Mark I, ktorý využíval samostatné pamäťové systémy na ukladajte údaje a pokyny.

Pôvodná architektúra Harvardu používala na ukladanie inštrukcií o dierovanej páske a údajoch v elektromechanických počítadlách. Architektúra Von Neumann tvorí základ moderného výpočtového systému a je ľahšie implementovateľná. Tento článok sa zameriava na dve architektúry počítačov jednotlivo a vysvetľuje rozdiel medzi nimi.

Čo je architektúra Von Neumanna?

Je to teoretický návrh založený na koncepcii počítačov s uloženými programami, kde sú programové údaje a údaje o inštrukciách uložené v rovnakej pamäti.

Architektúru navrhol renomovaný matematik a fyzik John Von Neumann v roku 1945. Až do koncepcie počítačového dizajnu Von Neumann boli počítačové stroje navrhnuté na jediný vopred určený účel, ktorému by chýbala náročnosť kvôli manuálnemu opätovnému zapojeniu obvodov..

Myšlienkou architektúry Von Neumanna je schopnosť ukladať pokyny do pamäte spolu s údajmi, na ktorých tieto pokyny fungujú. Stručne povedané, architektúra Von Neumann odkazuje na všeobecný rámec, ktorý by mal nasledovať hardvér, programovanie a údaje počítača.

Architektúra Von Neumann pozostáva z troch rôznych komponentov: rozhrania centrálnej procesorovej jednotky (CPU), pamäťovej jednotky a vstupno-výstupných (I / O) rozhraní. CPU je srdcom počítačového systému, ktorý pozostáva z troch hlavných komponentov: aritmetickej a logickej jednotky (ALU), riadiacej jednotky (CU) a registrov.

ALU je zodpovedná za vykonávanie všetkých aritmetických a logických operácií s údajmi, zatiaľ čo riadiaca jednotka určuje poradie toku inštrukcií, ktoré je potrebné vykonať v programoch, vydaním riadiacich signálov hardvéru..

Registre sú v podstate dočasné úložné miesta, ktoré ukladajú adresy inštrukcií, ktoré je potrebné vykonať. Pamäťová jednotka sa skladá z pamäte RAM, ktorá je hlavnou pamäťou používanou na ukladanie programových údajov a pokynov. Rozhranie I / O umožňuje používateľom komunikovať s okolitým svetom, napríklad s úložnými zariadeniami.

Čo je architektúra Harvardu?

Je to počítačová architektúra s fyzicky oddelenými pamäťovými a signálovými cestami pre programové dáta a inštrukcie. Na rozdiel od architektúry Von Neumanna, ktorá využíva jedinú zbernicu na načítanie pokynov z pamäte a prenos údajov z jednej časti počítača do druhej, má architektúra Harvard samostatnú pamäťovú kapacitu pre dáta a inštrukcie..

Obidva tieto pojmy sú podobné, s výnimkou spôsobu prístupu k spomienkam. Myšlienka architektúry Harvardu je rozdeliť pamäť na dve časti - jednu pre údaje a druhú pre programy. Podmienky boli založené na pôvodnom počítači založenom na štarte Harvard Mark I, ktorý používal systém, ktorý by umožňoval súčasne vykonávať dáta aj prenosy a načítanie inštrukcií..

Dizajn počítačov v reálnom svete je v skutočnosti založený na modifikovanej architektúre Harvardu a bežne sa používa v mikrokontroléroch a DSP (Digital Signal Processing).

Rozdiel medzi Von Neumannovou a Harvardskou architektúrou

Základy architektúry Von Neumanna a Harvarda

Architektúra Von Neumann je teoretický počítačový návrh založený na koncepte uloženého programu, v ktorom sú programy a údaje uložené v rovnakej pamäti. Koncepciu navrhol matematik John Von Neumann v roku 1945 a v súčasnosti slúži ako základ takmer všetkých moderných počítačov. Architektúra Harvardu bola založená na pôvodnom počítačovom modeli relé typu Harvard Mark I, ktorý využíval oddelené zbernice údajov a pokynov..

Pamäťový systém von Neumannovej a Harvardovej architektúry

Architektúra Von Neumann má iba jednu zbernicu, ktorá sa používa ako na prenos inštrukcií, tak na prenos údajov, a operácie musia byť naplánované, pretože sa nemôžu vykonávať súčasne. Na druhej strane architektúra Harvardu má samostatný pamäťový priestor pre inštrukcie a dáta, ktorý fyzicky oddeľuje signály a úložisko pre kódovú a dátovú pamäť, čo zase umožňuje prístup ku každému pamäťovému systému súčasne..

Inštrukčné spracovanie architektúry Von Neumanna a Harvarda

Vo Von Neumannovej architektúre by procesorová jednotka potrebovala dva hodinové cykly na dokončenie inštrukcie. Procesor načíta inštrukciu z pamäte v prvom cykle a dekóduje ju, a potom sa dáta vyberú z pamäte v druhom cykle. V architektúre Harvardu môže spracovateľská jednotka dokončiť inštrukciu v jednom cykle, ak sú zavedené vhodné stratégie potrubia.

Náklady na architektúru Von Neumanna a Harvarda

Pretože inštrukcie a dáta používajú rovnaký systém zberníc v architektúre Von Neumann, zjednodušuje sa tým dizajn a vývoj riadiacej jednotky, čo nakoniec znižuje výrobné náklady na minimum. Vývoj riadiacej jednotky v architektúre Harvard je drahší ako predchádzajúci z dôvodu zložitej architektúry, ktorá využíva dva autobusy pre inštrukcie a dáta..

Použitie Von Neumannovej a Harvardovej architektúry

Architektúra Von Neumann sa používa najmä v každom počítači, ktorý vidíte, od stolových počítačov a prenosných počítačov až po vysokovýkonné počítače a pracovné stanice. Architektúra Harvardu je celkom nový koncept používaný predovšetkým v mikrokontroléroch a digitálnom spracovaní signálu (DSP)..

Von Neumann vs. Harvardská architektúra: porovnávacia tabuľka

Zhrnutie Von Neumann vs. Harvard Architecture

Architektúra Von Neumanna je podobná architektúre Harvardu s tou výnimkou, že používa jedinú zbernicu na vykonávanie inštrukcií aj prenosov dát, takže operácie musia byť naplánované. Na druhej strane architektúra Harvardu používa dve samostatné pamäťové adresy pre dáta a inštrukcie, čo umožňuje súčasné vkladanie údajov do oboch zberníc. Komplexná architektúra však iba zvyšuje náklady na vývoj riadiacej jednotky oproti nižším nákladom na vývoj menej zložitej architektúry Von Neumanna, ktorá využíva jedinú zjednotenú vyrovnávaciu pamäť..