Skirtumas tarp Von Neumanno ir Harvardo architektūros

Yra dviejų tipų skaitmeninės kompiuterinės architektūros, apibūdinančios kompiuterinių sistemų funkcionalumą ir įgyvendinimą. Viena yra Von Neumanno architektūra, kurią 1940 m. Pabaigoje sukūrė žinomas fizikas ir matematikas Johnas Von Neumannas, o kita - Harvardo architektūra, kuri buvo pagrįsta originaliu Harvardo Mark I relės pagrindu veikiančiu kompiuteriu, kuriame buvo naudojamos atskiros atminties sistemos. saugoti duomenis ir instrukcijas.

Originali Harvardo architektūra buvo naudojama instrukcijoms apie perforuotą juostą ir duomenis laikyti elektromechaniniuose skaitikliuose. Von Neumanno architektūra sudaro šiuolaikinio skaičiavimo pagrindą ir yra lengviau įgyvendinama. Šiame straipsnyje atskirai nagrinėjamos dvi kompiuterio architektūros ir paaiškinamas skirtumas tarp šių dviejų.

Kas yra Von Neumanno architektūra?

Tai teorinis projektas, pagrįstas saugomų programų kompiuterių koncepcija, kai programos duomenys ir nurodymų duomenys saugomi toje pačioje atmintyje.

Architektūra buvo suprojektuota garsaus matematiko ir fiziko Johno Von Neumanno 1945 m. Iki Von Neumanno kompiuterinio projektavimo koncepcijos skaičiavimo mašinos buvo suprojektuotos vienam iš anksto numatytam tikslui, kuriam trūktų rafinuotumo dėl rankinio grandinių sujungimo..

„Von Neumann“ architektūros idėja yra galimybė saugoti instrukcijas atmintyje kartu su duomenimis, kuriais jos veikia. Trumpai tariant, Von Neumann architektūra nurodo bendrą sistemą, kuria turėtų vadovautis kompiuterio aparatūra, programavimas ir duomenys.

Von Neumann architektūra susideda iš trijų skirtingų komponentų: centrinio procesoriaus (CPU), atminties bloko ir įvesties / išvesties (I / O) sąsajų. CPU yra kompiuterinės sistemos, kurią sudaro trys pagrindiniai komponentai: aritmetinis ir loginis vienetas (ALU), valdymo blokas (CU) ir registrai, pagrindas..

ALU yra atsakingas už visų aritmetinių ir loginių duomenų operacijų atlikimą, o valdymo blokas nustato komandų, kurias reikia vykdyti programose, srauto tvarką, perduodant valdymo signalus aparatinei įrangai..

Registrai iš esmės yra laikino saugojimo vietos, kuriose saugomi nurodymų, kuriuos reikia vykdyti, adresai. Atminties bloką sudaro RAM, kuris yra pagrindinė atmintis, naudojama programos duomenims ir instrukcijoms saugoti. Įvesties / išvesties sąsajos leidžia vartotojams susisiekti su išoriniu pasauliu, pavyzdžiui, saugojimo įrenginiais.

Kas yra Harvardo architektūra?

Tai kompiuterio architektūra su fiziškai atskirais programų duomenų ir instrukcijų saugojimo ir signalo keliais. Skirtingai nuo Von Neumanno architektūros, kurioje naudojama viena magistralė, kad būtų gautos instrukcijos iš atminties ir perduodami duomenys iš vienos kompiuterio dalies į kitą, Harvardo architektūra turi atskirą atminties vietą duomenims ir instrukcijoms.

Abi sąvokos yra panašios, išskyrus tai, kaip jos pasiekia prisiminimus. Harvardo architektūros idėja yra padalinti atmintį į dvi dalis - vieną duomenims, kitą programoms. Sąlygos buvo pagrįstos originaliu Harvardo Mark I relės pagrindu veikiančiu kompiuteriu, kuriame buvo naudojama sistema, leidžianti tuo pačiu metu vykdyti ir duomenis, ir perdavimus, ir nurodymų paėmimus..

Realiojo pasaulio kompiuterių dizainai iš tikrųjų paremti modifikuota Harvardo architektūra ir dažniausiai naudojami mikrovaldikliuose ir DSP (skaitmeniniame signalo apdorojime)..

Skirtumas tarp Von Neumanno ir Harvardo architektūros

Von Neumanno ir Harvardo architektūros pagrindai

„Von Neumann“ architektūra yra teorinis kompiuterio dizainas, paremtas saugomos programos koncepcija, kai programos ir duomenys saugomi toje pačioje atmintyje. Koncepciją 1945 m. Sukūrė matematikas Johnas Von Neumannas, kuri šiuo metu yra beveik visų šiuolaikinių kompiuterių pagrindas. Harvardo architektūra buvo pagrįsta originaliu Harvardo Mark I relės pagrindu sukurtu kompiuterio modeliu, kuriame buvo naudojami atskiri duomenų ir instrukcijų rinkiniai.

Von Neumanno atminties sistema ir Harvardo architektūra

„Von Neumann“ architektūroje yra tik viena magistralė, naudojama tiek instrukcijų perdavimui, tiek duomenų perdavimui, ir operacijos turi būti suplanuotos, nes jų negalima atlikti tuo pačiu metu. Kita vertus, Harvardo architektūra turi atskirą atmintį, skirtą instrukcijoms ir duomenims, kurie fiziškai atskiria signalus ir kodo bei duomenų atminties saugyklas, o tai savo ruožtu suteikia galimybę vienu metu naudotis kiekviena atminties sistema..

Instrukcija apdoroti Von Neumanno ir Harvardo architektūrą

Von Neumanno architektūroje apdorojimo įrenginiui prireiks dviejų laikrodžio ciklų, kad būtų atlikta instrukcija. Procesorius paima nurodymą iš atminties pirmojo ciklo metu ir jį iššifruoja, o tada duomenys paimami iš atminties antrame cikle. Harvardo architektūroje perdirbimo įrenginys gali užpildyti instrukcijas vienu ciklu, jei yra tinkamos vamzdynų klojimo strategijos.

Von Neumanno ir Harvardo architektūros kaina

Kadangi instrukcijose ir duomenyse „Von Neumann“ architektūroje naudojama ta pati magistralės sistema, tai supaprastina valdymo bloko projektavimą ir plėtrą, o tai galiausiai sumažina gamybos sąnaudas iki minimumo. Valdymo bloko sukūrimas Harvardo architektūroje yra brangesnis nei ankstesnis, nes sudėtinga architektūra, kurioje yra du instrukcijos ir duomenų magistralės..

Von Neumanno ir Harvardo architektūros panaudojimas

„Von Neumann“ architektūra daugiausia naudojama kiekvienoje mašinoje, kurią matote nuo stalinių kompiuterių ir nešiojamųjų kompiuterių iki didelio našumo kompiuterių ir darbo vietų. Harvardo architektūra yra gana nauja sąvoka, naudojama visų pirma mikrovaldikliuose ir skaitmeniniame signalo apdorojime (DSP).

Von Neumanno ir Harvardo architektūra: palyginimo diagrama

Von Neumanno ir Harvardo architektūros santrauka

Von Neumanno architektūra yra panaši į Harvardo architektūrą, išskyrus tai, kad ji naudoja vieną magistralę tiek instrukcijų perdavimui, tiek duomenų perdavimui atlikti, todėl operacijos turi būti suplanuotos. Kita vertus, Harvardo architektūra duomenims ir instrukcijoms naudoja du atskirus atminties adresus, kurie suteikia galimybę duomenis pateikti abiejuose magistralėse tuo pačiu metu. Tačiau sudėtinga architektūra tik padidina valdymo bloko kūrimo sąnaudas, palyginti su mažesnėmis mažiau sudėtingos Von Neumann architektūros, kurioje naudojama vieninga talpykla, kūrimo savikaina..