Von Neumann ja Harvardin arkkitehtuuri

Tietokonejärjestelmien toiminnallisuutta ja käyttöönottoa kuvaavat digitaaliset atk-arkkitehtuurit ovat kahta tyyppiä. Yksi on Von Neumann -arkkitehtuuri, jonka on suunnitellut tunnettu fyysikko ja matemaatikko John Von Neumann 1940-luvun lopulla ja toinen Harvardin arkkitehtuuri, joka perustui alkuperäiseen Harvard Mark I -relepohjaiseen tietokoneeseen, joka käytti erillisiä muistijärjestelmiä tallentaa tietoja ja ohjeita.

Alkuperäinen Harvardin arkkitehtuuri, jota käytetään ohjeiden tallentamiseen lävistetyillä nauhalla ja sähkömekaanisilla laskureilla. Von Neumannin arkkitehtuuri muodostaa modernin tietojenkäsittelyn perustan ja on helpompi toteuttaa. Tässä artikkelissa tarkastellaan kahta tietokonearkkitehtuuria erikseen ja selitetään näiden kahden välinen ero.

Mikä on Von Neumann -arkkitehtuuri?

Se on teoreettinen malli, joka perustuu tallennettujen ohjelmien tietokoneiden käsitteeseen, jossa ohjelmatiedot ja käsittelytiedot tallennetaan samaan muistiin.

Arkkitehtuuria suunnitteli tunnetuksi matemaatikko ja fyysikko John Von Neumann vuonna 1945. Ennen Von Neumannin konseptin konseptia laskentakoneet suunniteltiin yhdeksi ennalta määritetyksi tarkoitukseksi, joka ei olisi monimutkaista johtuen piirejä manuaalisesta uudelleenkäynnistämisestä.

Von Neumannin arkkitehtuurien taustalla on kyky tallentaa ohjeet muistiin sekä tiedot, joilla ohjeet toimivat. Lyhyesti sanottuna Von Neumann -arkkitehtuuri viittaa yleiseen kehykseen, jonka mukaan tietokoneen laitteisto, ohjelmointi ja tiedot tulisi noudattaa.

Von Neumann -arkkitehtuuri koostuu kolmesta erillisestä osasta: keskusyksiköstä (CPU), muistilaitteesta ja tulo- / lähtöliitännöistä (I / O). CPU on tietokonejärjestelmän ytimessä, joka koostuu kolmesta pääkomponentista: aritmeettisesta ja logiikkayksiköstä (ALU), ohjausyksiköstä (CU) ja rekistereistä.

ALU on vastuussa kaikkien aritmeettisten ja logiikkaoperaatioiden suorittamisesta tietoihin, kun taas ohjausyksikkö määrittää ohjelmiin tarvittavat virtamäärät antamalla ohjaussignaaleja laitteistoon.

Rekisterit ovat periaatteessa tilapäisiä tallennuspaikkoja, jotka tallentavat ohjeita, jotka on suoritettava. Muistiyksikkö koostuu RAM-muistista, joka on päämuisti, jota käytetään tallennettaessa ohjelmatietoja ja ohjeita. I / O-rajapinnat antavat käyttäjille mahdollisuuden kommunikoida ulkomaailman, kuten tallennuslaitteiden kanssa.

Mikä on Harvardin arkkitehtuuri?

Se on tietokoneen arkkitehtuuri, jossa on fyysisesti erilliset tallennus- ja signaalireitit ohjelman tietoja ja ohjeita varten. Toisin kuin Von Neumann -arkkitehtuuri, joka käyttää yhtä väylää sekä hakeakseen muistista ja siirtää tietoja yhdestä tietokoneen osasta toiseen, Harvardin arkkitehtuurilla on erillinen muistitila tietojen ja opetuksen kannalta.

Molemmat käsitteet ovat samanlaisia, paitsi tapa, jolla he pääsevät muistoihin. Harvardin arkkitehtuurin taustalla on jakaa muisti kahteen osaan: yksi datasta ja toinen ohjelmista. Ehdot perustuivat alkuperäiseen Harvard Mark I -relepohjaiseen tietokoneeseen, jossa käytettiin järjestelmää, joka mahdollistaisi sekä datan, siirtojen että ohjeiden hakemisen samanaikaisesti.

Todellisessa maailmassa tietokonemallit perustuvat todellakin muunnettuun Harvardin arkkitehtuuriin, ja niitä käytetään yleisesti mikro-ohjaimissa ja DSP (Digital Signal Processing).

Von Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurin välinen ero

Von Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurin perusteet

Von Neumann -arkkitehtuuri on teoreettinen tietokonemalli, joka perustuu tallennetun ohjelman käsitteeseen, jossa ohjelmat ja tiedot tallennetaan samaan muistiin. Käsitteen suunnitteli matemaatikko John Von Neumann vuonna 1945 ja toimii tällä hetkellä lähes kaikkien modernien tietokoneiden pohjana. Harvardin arkkitehtuuri perustui alkuperäiseen Harvard Mark I -relemperatekniikkaan, joka käytti erillisiä linjauksia tietoja ja ohjeita varten.

Von Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurin muistijärjestelmä

Von Neumann -arkkitehtuurissa on vain yksi linja, jota käytetään sekä opetusharjoituksiin että tiedonsiirtoihin, ja toiminnan on oltava suunniteltu, koska niitä ei voi suorittaa samanaikaisesti.Harvardin arkkitehtuurilla on puolestaan ​​erillinen muistitila ohjeille ja tiedoille, jotka erottavat fyysisesti signaalit ja tallennukset koodi- ja datamuistiin, mikä puolestaan ​​mahdollistaa kunkin muistijärjestelmän samanaikaisen käytön.

Von Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurin opetuksen käsittely

Von Neumannin arkkitehtuurissa prosessointiyksikkö tarvitsisi kaksi kellojaksoa suorit- taakseen käskyn. Prosessori hakee käskyn muistista ensimmäisessä syklissä ja dekoodaa sen, ja sitten data otetaan muistiin toisessa jaksossa. Harvardin arkkitehtuurissa prosessointiyksikkö voi suorittaa yhden syklin opastuksen, jos asianmukaiset pipeliningstrategiat ovat käytössä.

Von Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurin kustannukset

Koska ohjeet ja tiedot käyttävät samaa väyläjärjestelmää Von Neumannin arkkitehtuurissa, se yksinkertaistaa ohjausyksikön suunnittelua ja kehittämistä, mikä lopulta pienentää tuotantokustannuksia minimaalisesti. Harvardin arkkitehtuurin ohjausyksikön kehittäminen on kalliimpaa kuin edellinen, koska kyseessä on monimutkainen arkkitehtuuri, jossa käytetään kahta linja-autoa ohjeiden ja tietojen avulla.

Von Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurin käyttö

Von Neumann -arkkitehtuuria käytetään lähinnä kaikissa koneissa, joita näet pöytätietokoneista ja kannettavista tietokoneista tehokkaisiin tietokoneisiin ja työasemiin. Harvardin arkkitehtuuri on melko uusi käsite, jota käytetään lähinnä mikrokontrollereissa ja digitaalisessa signaalinkäsittelyssä (DSP).

Von Neumann vs. Harvardin arkkitehtuuri: vertailukaavio

Yhteenveto Von Neumann vs. Harvard Architecture

Von Neumannin arkkitehtuuri on samanlainen kuin Harvardin arkkitehtuuri, paitsi että se käyttää yhtä väylää suorittamaan sekä ohjeet että tiedonsiirrot, joten toiminnan on oltava ajoitettu. Harvardin arkkitehtuuri käyttää toisaalta kahta erillistä muistin osoitetta, jotka antavat tietoja ja ohjeita, jolloin tiedot voidaan syöttää sekä linja-autoille samanaikaisesti. Monimutkainen arkkitehtuuri lisää kuitenkin vain ohjausyksikön kehittämiskustannuksia vähemmän monimutkaisen Von Neumann -arkkitehtuurin alhaisempia kehittämiskustannuksia vastaan, joka käyttää yhtä yhtenäistä välimuistia.