Razlika med Von Neumannom in Harvard Arhitekturo

Obstajata dve vrsti digitalnih računalniških arhitektur, ki opisujeta funkcionalnost in izvajanje računalniških sistemov. Prva je arhitektura Von Neumann, ki jo je zasnoval priznani fizik in matematik John Von Neumann v poznih 40. letih prejšnjega stoletja, druga pa je arhitektura Harvarda, ki je temeljila na prvotnem računalniku z relejem Harvard Mark I, ki je uporabljal ločene spominske sisteme za shranjujte podatke in navodila.

Prvotna arhitektura Harvarda je uporabljala za shranjevanje navodil o naluknjanih trakovih in podatkov v elektro-mehanskih števcih. Arhitektura Von Neumann je osnova sodobnega računalništva in je lažja za izvedbo. Ta članek obravnava dve računalniški arhitekturi posebej in razloži razliko med njima.

Kaj je Von Neumannova arhitektura?

Gre za teoretično zasnovo, ki temelji na konceptu računalnikov s shranjenim programom, kjer se programski podatki in podatki z navodili shranjujejo v istem pomnilniku.

Arhitekturo je zasnoval priznani matematik in fizik John Von Neumann leta 1945. Do koncepta Von Neumann računalniškega oblikovanja so bili računalniški stroji zasnovani z enim vnaprej določenim namenom, ki bi jim manjkalo prefinjenosti zaradi ročnega prepletanja vezja.

Ideja za arhitekture Von Neumann je sposobnost shranjevanja navodil v pomnilnik skupaj s podatki, na katerih navodila delujejo. Skratka, arhitektura Von Neumann se nanaša na splošni okvir, ki mu morajo slediti strojna oprema, programiranje in podatki računalnika.

Arhitekturo Von Neumann sestavljajo tri različne komponente: centralna procesna enota (CPU), pomnilniška enota in vmesnik vhod / izhod (V / I). CPU je srce računalniškega sistema, ki ga sestavljajo tri glavne komponente: aritmetična in logična enota (ALU), krmilna enota (CU) in registri.

ALU je odgovoren za izvajanje vseh aritmetičnih in logičnih operacij na podatkih, medtem ko krmilna enota določa vrstni red pretoka navodil, ki jih je treba izvesti v programih, tako da strojni opremi izda kontrolne signale.

Registri so v osnovi začasna shranjevanja, ki shranjujejo naslove navodil, ki jih je treba izvesti. Pomnilniška enota je sestavljena iz RAM-a, ki je glavni pomnilnik, ki se uporablja za shranjevanje programskih podatkov in navodil. V / I vmesniki uporabnikom omogočajo komunikacijo z zunanjim svetom, kot so shranjevalne naprave.

Kaj je Harvard arhitektura?

To je računalniška arhitektura s fizično ločenimi potmi za shranjevanje in signal za programske podatke in navodila. Za razliko od arhitekture Von Neumann, ki uporablja en sam vodnik za prejemanje navodil iz pomnilnika in za prenos podatkov iz enega dela računalnika v drugega, ima arhitektura Harvard ločen pomnilniški prostor za podatke in navodila.

Oba koncepta sta podobna, razen načina dostopa do spominov. Ideja arhitekture na Harvardu je razdeliti pomnilnik na dva dela - enega za podatke in drugega za programe. Pogoji so temeljili na prvotnem računalniku z relejskim sistemom Harvard Mark I, ki je uporabljal sistem, ki bi omogočal izvajanje podatkov in prenosov ter nalogov navodil hkrati.

Računalniški modeli v resničnem svetu dejansko temeljijo na spremenjeni arhitekturi Harvarda in se pogosto uporabljajo v mikrokontrolerjih in DSP (digitalna obdelava signalov).

Razlika med Von Neumannom in Harvard Arhitekturo

Osnove Von Neumanna in Harvard arhitekture

Arhitektura Von Neumann je teoretična računalniška zasnova, ki temelji na konceptu shranjenega programa, kjer se programi in podatki shranjujejo v istem pomnilniku. Koncept je zasnoval matematik John Von Neumann leta 1945 in je danes osnova skoraj vseh sodobnih računalnikov. Harvardska arhitektura je temeljila na izvirnem računalniškem modelu Harvard Mark I, ki je uporabljal ločene vodila za podatke in navodila.

Spominski sistem Von Neumanna in Harvard arhitekture

Arhitektura Von Neumann ima samo eno vodilo, ki se uporablja tako za prenose navodil kot za prenos podatkov, operacije pa morajo biti načrtovane, ker jih ni mogoče izvesti hkrati. Harvard arhitektura ima na drugi strani ločen pomnilniški prostor za navodila in podatke, ki fizično ločuje signale in shrambo za kodni in podatkovni pomnilnik, kar omogoča dostop do vsakega pomnilniškega sistema hkrati.

Navodila za obdelavo Von Neumanna in Harvard arhitekture

V arhitekturi Von Neumann bo procesna enota potrebovala dva cikla ure, da bi dokončala navodilo. Procesor pridobi navodila iz pomnilnika v prvem ciklu in ga dešifrira, nato pa se podatki odvzamejo iz pomnilnika v drugem ciklu. V arhitekturi Harvarda procesna enota lahko v enem ciklu opravi navodilo, če obstajajo ustrezne strategije cevovodov.

Stroški Von Neumanna in Harvard arhitekture

Ker navodila in podatki uporabljajo isti sistem vodil v arhitekturi Von Neumann, poenostavlja načrtovanje in razvoj krmilne enote, kar sčasoma zniža proizvodne stroške na najnižje. Razvoj krmilne enote v arhitekturi Harvarda je dražji od prejšnje zaradi zapletene arhitekture, ki uporablja navodila za podatke in dva avtobusa.

Uporaba Von Neumanna in Harvard arhitekture

Von Neumannova arhitektura se uporablja predvsem v vseh strojih, ki jih vidite od namiznih računalnikov in prenosnikov do visoko zmogljivih računalnikov in delovnih postaj. Harvard arhitektura je dokaj nov koncept, ki se uporablja predvsem pri mikrokontrolerjih in digitalni obdelavi signala (DSP).

Von Neumann vs. Harvard Architecture: Primerjalni grafikon

Povzetek Von Neumann vs. Harvard Architecture

Von Neumannova arhitektura je podobna arhitekturi Harvarda, le da uporablja en vodnik za izvajanje prenosov navodil in prenosa podatkov, zato morajo biti operacije načrtovane. Harvard arhitektura na drugi strani uporablja dva ločena spominska naslova za podatke in navodila, kar omogoča hranjenje podatkov v oba vodila hkrati. Vendar zapletena arhitektura samo dodaja stroške razvoja krmilne enote v primerjavi z nižjimi razvojnimi stroški manj zapletene arhitekture Von Neumann, ki uporablja en sam poenoten predpomnilnik.