Razlika između Von Neumanna i Harvard Arhitekture

Postoje dvije vrste digitalnih računalnih arhitektura koje opisuju funkcionalnost i implementaciju računalnih sustava. Jedna je arhitektura Von Neumann koju je dizajnirao poznati fizičar i matematičar John Von Neumann u kasnim četrdesetima, a druga je arhitektura Harvarda koja se temeljila na izvornom računalu sa relejem Harvard Mark I, koji je koristio zasebne memorijske sustave za pohranite podatke i upute.

Izvorna arhitektura Harvarda koristila je za pohranu uputa o ubodnoj vrpci i podacima u elektro-mehaničkim pultima. Von Neumannova arhitektura čini osnovu modernog računanja i jednostavnija je za implementaciju. Ovaj članak govori o dvije arhitekture računala pojedinačno i objašnjava njihovu razliku.

Što je Von Neumann arhitektura?

To je teorijski dizajn zasnovan na konceptu računala sa pohranjenim programom gdje se programski podaci i podaci o uputama pohranjuju u istoj memoriji.

Arhitekturu je dizajnirao poznati matematičar i fizičar John Von Neumann 1945. Sve do koncepta Von Neumann za računalno oblikovanje, računarski strojevi nisu dizajnirani s jednom unaprijed zadanom svrhom koja bi nedostajala sofisticiranost zbog ručnog premotavanja strujnih krugova.

Ideja Von Neumann arhitekture je mogućnost pohrane uputa u memoriju zajedno s podacima na kojima upute djeluju. Ukratko, arhitektura Von Neumann odnosi se na opći okvir koji trebaju slijediti hardver, programiranje i podaci računala.

Von Neumannova arhitektura sastoji se od tri različite komponente: središnja procesna jedinica (CPU), memorijska jedinica i ulaz / izlaz (I / O) sučelja. CPU je srce računalnog sustava koji se sastoji od tri glavne komponente: Aritmetičke i logičke jedinice (ALU), upravljačke jedinice (CU) i registra.

ALU je odgovoran za provođenje svih aritmetičkih i logičkih operacija na podacima, dok upravljačka jedinica određuje redoslijed protoka uputa koje je potrebno izvesti u programima izdavanjem upravljačkih signala hardveru.

Registri su u osnovi privremena mjesta pohrane koja pohranjuju adrese uputa koje je potrebno izvršiti. Memorijska jedinica sastoji se od RAM-a, koji je glavna memorija koja se koristi za pohranjivanje programskih podataka i uputa. U / I sučelja omogućuju korisnicima komunikaciju s vanjskim svijetom, poput uređaja za pohranu podataka.

Što je Harvard arhitektura?

To je računalna arhitektura s fizički odvojenim putovima za pohranu i signal za programske podatke i upute. Za razliku od arhitekture Von Neumann koja koristi jedan sabirnik za dohvaćanje uputa iz memorije i prijenos podataka s jednog dijela računala na drugi, Harvard arhitektura ima odvojeni memorijski prostor za podatke i upute.

Oba su koncepta slična osim što pristupaju sjećanjima. Ideja arhitekture Harvarda je podijeliti memoriju na dva dijela - jedan za podatke i drugi za programe. Uvjeti su se temeljili na izvornom računalu s relejnošću Harvard Mark I koji je koristio sustav koji će omogućiti da se istovremeno izvršavaju i podaci i prenosi i učitavanja.

Računalni dizajni u stvarnom svijetu zapravo se temelje na modificiranoj arhitekturi Harvarda i obično se koriste u mikrokontrolerima i DSP-u (digitalna obrada signala).

Razlika između Von Neumanna i Harvard Arhitekture

Osnove Von Neumanna i Harvard arhitekture

Von Neumannova arhitektura teorijski je računalni dizajn zasnovan na konceptu pohranjenog programa u kojem se programi i podaci pohranjuju u istoj memoriji. Koncept je dizajnirao matematičar John Von Neumann 1945. godine i danas služi kao osnova gotovo svih modernih računala. Harvard arhitektura temeljila se na izvornom računalnom modelu baziranom na releju Harvard Mark I, koji je koristio zasebne sabirnice za podatke i upute.

Memorijski sustav Von Neumanna i Harvard arhitekture

Von Neumann arhitektura ima samo jednu sabirnicu koja se koristi i za dohvaćanje i prijenos podataka, a operacije moraju biti zakazane jer se ne mogu istovremeno obavljati. Harvard arhitektura, s druge strane, ima odvojeni memorijski prostor za upute i podatke, koji fizički razdvaja signale i pohranu za memoriju koda i podataka, što zauzvrat omogućuje istovremeno pristup svakom memorijskom sustavu.

Uputa za obradu Von Neumanna i Harvard arhitekture

U arhitekturi Von Neumann, procesnoj jedinici bi trebala dva ciklusa sata da završi upute. Procesor dobiva upute iz memorije u prvom ciklusu i dekodira ih, a zatim se podaci uzimaju iz memorije u drugom ciklusu. U arhitekturi Harvarda, procesna jedinica može dovršiti upute u jednom ciklusu ako postoje odgovarajuće strategije cjevovoda.

Trošak Von Neumanna i Harvard arhitekture

Kako se u uputama i podacima koristi isti sustav sabirnice u Von Neumann arhitekturi, on pojednostavljuje dizajn i razvoj upravljačke jedinice, što na kraju svodi troškove proizvodnje na minimum. Razvoj upravljačke jedinice u arhitekturi Harvarda skuplji je od ranije zbog složene arhitekture koja koristi dva autobusa za upute i podatke.

Korištenje Von Neumanna i Harvard arhitekture

Von Neumannova arhitektura uglavnom se koristi na svim strojevima koje vidite od stolnih računala i prijenosnih računala do računala visokih performansi i radnih stanica. Harvard arhitektura je prilično nov koncept koji se prvenstveno koristi u mikrokontrolerima i digitalnoj obradi signala (DSP).

Von Neumann vs. Harvard Architecture: Uporedni grafikon

Sažetak Von Neumann vs. Harvard Architecture

Von Neumannova arhitektura slična je arhitekturi Harvarda, jer upotrebljava jedan sabirnik za obavljanje dohvaćanja i prijenosa podataka, tako da operacije moraju biti zakazane. Harvard arhitektura, s druge strane, koristi dvije odvojene memorijske adrese za podatke i upute, što omogućuje istovremeno unošenje podataka u oba sabirnica. Međutim, složena arhitektura samo povećava troškove razvoja upravljačke jedinice u odnosu na niže troškove razvoja manje složene arhitekture Von Neumann koja koristi jedinstvenu predjedinstvenu predmemoriju.