Ero Von Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurin välillä

On olemassa kahden tyyppisiä digitaalisia tietokonearkkitehtuureja, jotka kuvaavat tietokonejärjestelmien toimivuutta ja toteutusta. Yksi niistä on Von Neumann -arkkitehtuuri, jonka suunnitteli kuuluisa fyysikko ja matemaatikko John Von Neumann 1940-luvun lopulla, ja toinen on Harvardin arkkitehtuuri, joka perustui alkuperäiseen Harvard Mark I -relepohjaiseen tietokoneeseen, joka käytti erillisiä muistijärjestelmiä tallentaa tietoja ja ohjeita.

Alkuperäisessä Harvard-arkkitehtuurissa tallennettiin ohjeita rei'itetylle nauhalle ja datalle sähkömekaanisissa laskureissa. Von Neumann -arkkitehtuuri muodostaa perustan nykyaikaiselle laskennalle ja on helpompi toteuttaa. Tässä artikkelissa tarkastellaan kahta tietokonearkkitehtuuria erikseen ja selitetään ero niiden välillä.

Mikä on Von Neumann -arkkitehtuuri?

Se on teoreettinen suunnittelu, joka perustuu tallennettujen ohjelmatietokoneiden käsitteeseen, jossa ohjelmatiedot ja ohjeetiedot tallennetaan samaan muistiin.

Arkkitehtuurin on suunnitellut kuuluisa matemaatikko ja fyysikko John Von Neumann vuonna 1945. Kuni Von Neumann -konesuunnittelukonseptiin saakka, tietokoneet suunniteltiin yhteen ennalta määrättyyn tarkoitukseen, josta puuttuisi hienostuneisuutta piirien manuaalisen uudelleenkytkemisen takia..

Von Neumann -arkkitehtuurien taustalla on kyky tallentaa ohjeita muistiin niiden tietojen kanssa, joilla ohjeet toimivat. Lyhyesti sanottuna Von Neumann -arkkitehtuuri viittaa yleiseen kehykseen, jota tietokoneen laitteiston, ohjelmoinnin ja datan tulisi noudattaa.

Von Neumann -arkkitehtuuri koostuu kolmesta erillisestä komponentista: keskusyksiköstä (CPU), muistiyksiköstä ja tulo / lähtö (I / O) -rajapinnoista. CPU on tietokonejärjestelmän sydän, joka koostuu kolmesta pääkomponentista: aritmeettisesta ja logisesta yksiköstä (ALU), ohjausyksiköstä (CU) ja rekistereistä.

ALU vastaa kaikkien tietojen aritmeettisten ja loogisten toimintojen suorittamisesta, kun taas ohjausyksikkö määrittää ohjelmissa suoritettavien käskyjen virtausjärjestyksen lähettämällä ohjaussignaaleja laitteistoon.

Rekisterit ovat periaatteessa väliaikaisia ​​tallennuspaikkoja, joihin tallennetaan suoritettavien ohjeiden osoitteet. Muistiyksikkö koostuu RAM-muistista, joka on päämuisti, jota käytetään ohjelmatietojen ja ohjeiden tallentamiseen. I / O-rajapintojen avulla käyttäjät voivat kommunikoida ulkomaailman, kuten tallennuslaitteiden, kanssa.

Mikä on Harvard Architecture?

Se on tietokonearkkitehtuuri, jossa on fyysisesti erilliset tallennus- ja signaalireitit ohjelmatiedoille ja ohjeille. Toisin kuin Von Neumann -arkkitehtuurissa, joka käyttää yhtä väylää sekä hakemaan muistista muistia että siirtämään tietoja tietokoneen yhdestä osasta toiseen, Harvardin arkkitehtuurissa on erillinen muistitila tiedoille ja ohjeille.

Molemmat käsitteet ovat samanlaisia ​​paitsi tapa, jolla ne pääsevät muistoihin. Harvard-arkkitehtuurin idea on jakaa muisti kahteen osaan - yksi datalle ja toinen ohjelmille. Ehdot perustuivat alkuperäiseen Harvard Mark I välityspohjaiseen tietokoneeseen, joka käytti järjestelmää, joka sallii sekä tiedon että siirrot ja käskyhaut suorittaa samanaikaisesti.

Todellisen maailman tietokonesuunnittelu perustuu tosiasiallisesti muokattuun Harvard-arkkitehtuuriin, ja sitä käytetään yleisesti mikro-ohjaimissa ja DSP: ssä (digitaalinen signaalinkäsittely).

Ero Von Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurin välillä

Von Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurin perusteet

Von Neumann -arkkitehtuuri on teoreettinen tietokonesuunnittelu, joka perustuu tallennetun ohjelman käsitteeseen, jossa ohjelmat ja tiedot tallennetaan samaan muistiin. Konseptin on suunnitellut matemaatikko John Von Neumann vuonna 1945, ja se toimii tällä hetkellä melkein kaikkien nykyaikaisten tietokoneiden perustana. Harvardin arkkitehtuuri perustui alkuperäiseen Harvard Mark I välityspohjaiseen tietokonemalliin, jossa käytettiin erillisiä väylät tietoja ja ohjeita varten.

Von Neumannin muistijärjestelmä ja Harvardin arkkitehtuuri

Von Neumann -arkkitehtuurissa on vain yksi väylä, jota käytetään sekä käskyjen hakemiseen että tiedonsiirtoon, ja toiminnot on ajoitettava, koska niitä ei voida suorittaa samanaikaisesti. Toisaalta Harvardin arkkitehtuurissa on erillinen muistitila ohjeille ja datalle, jotka erottavat fyysisesti signaalit ja tallennuskoodin sekä datamuistin, mikä puolestaan ​​mahdollistaa pääsyn jokaiseen muistijärjestelmään samanaikaisesti..

Von Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurin ohjekäsittely

Von Neumann -arkkitehtuurissa prosessointiyksikkö tarvitsisi kaksi kellojaksoa käskyn suorittamiseksi. Suoritin hakee ohjeen muistista ensimmäisessä jaksossa ja dekoodaa sen, ja sitten data otetaan muistista toisessa jaksossa. Harvard-arkkitehtuurissa prosessointiyksikkö voi suorittaa ohjeen yhdessä jaksossa, jos asianmukaiset putkistostrategiat ovat paikoillaan.

Kustannukset Von Neumann ja Harvardin arkkitehtuuri

Koska ohjeet ja tiedot käyttävät samaa väyläjärjestelmää Von Neumann -arkkitehtuurissa, se yksinkertaistaa ohjausyksikön suunnittelua ja kehittämistä, mikä lopulta alentaa tuotantokustannukset minimiin. Ohjausyksikön kehittäminen Harvardin arkkitehtuurissa on kalliimpaa kuin entinen, koska monimutkainen arkkitehtuuri, jossa on kaksi väylää ohjeita ja dataa varten.

Von Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurin käyttö

Von Neumann -arkkitehtuuria käytetään pääasiassa jokaisessa koneessa, jota näet pöytätietokoneista ja kannettavista tietokoneista korkean suorituskyvyn tietokoneisiin ja työasemiin. Harvardin arkkitehtuuri on melko uusi käsite, jota käytetään pääasiassa mikro-ohjaimissa ja digitaalisessa signaalinkäsittelyssä (DSP).

Von Neumann vs. Harvard Architecture: Vertailukaavio

Yhteenveto Von Neumann vs. Harvard Architecture

Von Neumann -arkkitehtuuri on samanlainen kuin Harvardin arkkitehtuuri paitsi, että se käyttää yhtä väylää suorittamaan sekä käskyn noutot että tiedonsiirrot, joten toiminnot on ajoitettava. Harvard-arkkitehtuuri puolestaan ​​käyttää kahta erillistä muistiosoitetta tiedoille ja ohjeille, mikä mahdollistaa tiedon syöttämisen molemmille väylille samanaikaisesti. Monimutkainen arkkitehtuuri lisää kuitenkin vain ohjausyksikön kehityskustannuksia vähemmän yksinkertaisen Von Neumann -arkkitehtuurin, joka käyttää yhtä yhtenäistä välimuistia, alhaisempiin kehityskustannuksiin..