Има два типа цифрови компютърни архитектури, които описват функционалността и внедряването на компютърните системи. Единият е архитектурата на фон Нойман, която е проектирана от известния физик и математик Джон Вон Нойман в края на 40-те години, а другата е архитектурата на Харвард, която се основава на оригиналния релейно-базиран компютър на Харвард Марк I, който използва отделни системи за памет, за да съхранявайте данни и инструкции.

Оригиналната харвардска архитектура, използвана за съхраняване на инструкции за перфорирана лента и данни в електромеханични броячи. Архитектурата на Von Neumann е основата на съвременните изчислителни системи и е по-лесна за изпълнение. Тази статия разглежда двете компютърни архитектури поотделно и обяснява разликата между двете.

Разлика между Фон Нойман и Харвардска архитектура

Какво е Von Neumann Architecture?

Това е теоретичен дизайн, основан на концепцията на компютрите със съхранени програми, където данните на програмата и данните за инструкции се съхраняват в една и съща памет.

Архитектурата е проектирана от известния математик и физик Джон Вон Нойман през 1945 г. До концепцията на Фон Нойман за компютърно проектиране, изчислителните машини са проектирани с една и съща предварително определена цел, която няма да има сложност поради ръчното пренасочване на схемата.

Идеята, която стои зад архитектурите на Von Neumann, е възможността да се съхраняват инструкции в паметта, заедно с данните, върху които работят инструкциите. Накратко, архитектурата на Von Neumann се отнася до обща рамка, която трябва да следва хардуерът, програмирането и данните на компютъра.

Архитектурата на Von Neumann се състои от три отделни компонента: централен процесор (CPU), памет памет и вход / изход (I / O) интерфейси. Процесорът е сърцето на компютърната система, което се състои от три основни компонента: Аритметичната и логическата единица (ALU), контролното устройство (CU) и регистри.

АЛУ е отговорен за извършването на всички аритметични и логически операции върху данни, докато управляващият блок определя реда на потока от инструкции, които трябва да бъдат изпълнени в програмите, като издава контролни сигнали на хардуера.

Регистрите са основно места за временно съхранение, които съхраняват адреси на инструкциите, които трябва да бъдат изпълнени. Единицата с памет се състои от RAM, която е основната памет, използвана за съхраняване на програмни данни и инструкции. I / O интерфейсите позволяват на потребителите да комуникират с външния свят, като устройства за съхранение.

Какво е Харвардска архитектура?

Това е компютърна архитектура с физически отделни пътища за съхранение и сигнал за програмни данни и инструкции. За разлика от архитектурата на Von Neumann, която използва една шина за получаване на инструкции от паметта и прехвърляне на данни от една част на компютър към друга, архитектурата на Харвард има отделно пространство за памет за данни и инструкции.

И двете понятия са сходни с изключение на начина, по който имат достъп до спомени. Идеята на архитектурата на Харвард е да раздели паметта на две части - една за данни и друга за програми. Условията се основаваха на оригиналния компютър с релейна система Harvard Mark I, който използваше система, която позволява едновременно да се извършват както данни, така и трансфери и инструкции.

Компютърните дизайни в реалния свят всъщност се основават на модифицирана харвардска архитектура и обикновено се използват в микроконтролери и DSP (цифрова обработка на сигнала).

Разлика между Фон Нойман и Харвардска архитектура

Разлика между Фон Нойман и Харвардска архитектура

Основи на Фон Нойман и Харвардска архитектура

Архитектурата на Von Neumann е теоретичен компютърен дизайн, основан на концепцията на съхраняваната програма, където програмите и данните се съхраняват в една и съща памет. Концепцията е разработена от математик Джон Фон Нойман през 1945 г. и понастоящем служи за основа на почти всички съвременни компютри. Архитектурата на Харвард се основава на оригиналния компютърен модел, базиран на релета Harvard Mark I, който използва отделни шини за данни и инструкции.

Система за памет на Фон Нойман и Харвардска архитектура

Архитектурата на Von Neumann има само една шина, която се използва както за извличане на инструкции, така и за трансфер на данни и операциите трябва да бъдат насрочени, тъй като не могат да се извършват едновременно. Харвардската архитектура, от друга страна, разполага с отделно пространство за памет за инструкции и данни, което физически отделя сигнали и съхранение на паметта на код и данни, което от своя страна дава възможност за достъп едновременно до всяка от паметта.

Инструкция Обработка на фон Нойман и Харвардска архитектура

В архитектурата на Von Neumann, обработващото устройство ще се нуждае от два цикъла на часовника, за да завърши инструкция. Процесорът извлича инструкцията от паметта през първия цикъл и я декодира, а след това данните се вземат от паметта във втория цикъл. В архитектурата на Харвард обработващото звено може да завърши инструкция в един цикъл, ако са налице подходящи стратегии за тръбопровод.

Разходи за Фон Нойман и Харвардска архитектура

Тъй като инструкциите и данните използват същата шинна система в архитектурата на Von Neumann, тя опростява дизайна и разработката на контролния блок, което в крайна сметка свежда производствените разходи до минимум. Разработването на контролно устройство в архитектурата на Харвард е по-скъпо от предишното поради сложната архитектура, в която работят два автобуса за инструкции и данни.

Използване на Фон Нойман и Харвардска архитектура

Архитектурата на Von Neumann се използва главно във всяка машина, която виждате от настолни компютри и преносими компютри до компютри с висока производителност и работни станции. Харвардската архитектура е сравнително нова концепция, използвана предимно в микроконтролерите и цифровата обработка на сигнали (DSP).

Фон Нойман срещу Харвард Архитектура: Сравнителна диаграма

Von Neumann Architecture VERSUS Harvard Architecture

Обобщение на Фон Нойман срещу Харвард Архитектура

Архитектурата на фон Нойман е подобна на архитектурата на Харвард, само че използва една шина, за да извършва както извличане на инструкции, така и трансфер на данни, така че операциите трябва да бъдат планирани. Харвардската архитектура, от друга страна, използва два отделни адреса на памет за данни и инструкции, което дава възможност да се подават данни в двете шини едновременно. Въпреки това сложната архитектура само увеличава разходите за разработка на контролния блок спрямо по-ниската цена за разработка на по-малко сложната архитектура на Von Neumann, която използва един единствен кеш.

Препратки

  • Рохас, Раул и Улф Хашаген. Първите компютри: история и архитектура. Кеймбридж: MIT Press, 2002. Печат
  • Cragon, Harvey. Компютърна архитектура и внедряване. Cambridge: Cambridge University Press, 2000. Печат
  • Бънтинг, Бейнбридж. Харвард: Архитектурна история. Cambridge: Harvard University Press, 1998. Печат
  • Кредит за изображение: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e5/Von_Neumann_Architecture.svg/640px-Von_Neumann_Architecture.svg.png
  • Кредит за изображение: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3f/Harvard_architecture.svg/500px-Harvard_architecture.svg.png