Разлика между Фон Нойман и Харвардска архитектура

Има два вида 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 на миналия век, а другата е архитектурата на Харвард, която се основава на оригиналния релейно-базиран компютър Harvard Mark I, който използва отделни системи за памет, за да съхранявайте данни и инструкции.

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

Какво е Von Neumann Architecture?

Това е теоретичен дизайн, основан на концепцията на компютрите със запаметена програма, 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 компютърния дизайн, 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 Von Neumann се отнася до обща рамка, която хардуерът, програмирането и данните на компютъра трябва да следват.

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: Аритметично-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 чрез издаване на контролни сигнали към 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 в 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, базиран на Harvard Mark I, който използваше система, която позволява едновременно извършване на данни 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

Основи на Фон Нойман и Харвардска архитектура

Архитектурата на Von Neumann е теоретичен компютърен дизайн, основан на концепцията за съхранена 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. Харвардската архитектура 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 планирани, тъй като те не могат да бъдат изпълнявани едновременно. Харвардската архитектура, от друга страна, има 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 до всяка една от паметта система едновременно.

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 има 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

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 фон Нойман, която използва един единствен кеш.