On olemas kahte tüüpi digitaalseid arvutiarhitektuure, mis kirjeldavad arvutisüsteemide funktsionaalsust ja rakendamist. Üks neist on Von Neumanni arhitektuur, mille 1940. aastate lõpus kavandas tuntud füüsik ja matemaatik John Von Neumann, ja teine ​​on Harvardi arhitektuur, mis põhines Harvardi Mark I releepõhisel arvutil, mis töötas eraldi mälusüsteemide abil. salvestage andmeid ja juhiseid.

Algses Harvardi arhitektuuris säilitati juhiseid augustatud lindile ja andmetele elektromehaanilistes loendurites. Von Neumanni arhitektuur moodustab moodsa andmetöötluse aluse ja seda on lihtsam rakendada. Selles artiklis vaadeldakse kahte arvutiarhitektuuri eraldi ja selgitatakse nende kahe erinevust.

Erinevus Von Neumanni ja Harvardi arhitektuuri vahel

Mis on Von Neumanni arhitektuur?

See on teoreetiline disain, mis põhineb salvestatud programmiga arvutite kontseptsioonil, kus programmi andmeid ja juhiseid salvestatakse samasse mällu.

Arhitektuuri kavandas tuntud matemaatik ja füüsik John Von Neumann 1945. aastal. Kuni Von Neumanni arvutikujunduse kontseptsioonini kavandati arvutusmasinad ühel etteantud otstarbel, millel ei oleks vooluringide käsitsi ümberpaigutamise tõttu keerukust.

Von Neumanni arhitektuuride idee on võime salvestada juhiseid mällu koos andmetega, millel juhised töötavad. Lühidalt öeldes viitab Von Neumanni arhitektuur üldisele raamistikule, mida arvuti riistvara, programmeerimine ja andmed peaksid järgima.

Von Neumanni arhitektuur koosneb kolmest eraldiseisvast komponendist: keskseade (CPU), mäluseade ja sisend / väljund (I / O) liidesed. CPU on arvutisüsteemi süda, mis koosneb kolmest põhikomponendist: aritmeetika- ja loogikaüksusest (ALU), juhtseadmest (CU) ja registritest.

ALU vastutab kõigi andmete aritmeetiliste ja loogiliste toimingute tegemise eest, kusjuures juhtseade määrab juhendite voogude järjekorra, mida tuleb programmides täita, väljastades juhtsignaale riistvarale.

Registrid on põhimõtteliselt ajutised salvestuskohad, kuhu salvestatakse täidetavate käskude aadressid. Mäluseade koosneb RAM-ist, mis on põhimälu, mida kasutatakse programmi andmete ja juhiste salvestamiseks. I / O-liidesed võimaldavad kasutajatel suhelda välismaailmaga, näiteks salvestusseadmetega.

Mis on Harvardi arhitektuur?

See on arvutiarhitektuur koos füüsiliselt eraldi salvestus- ja signaaliteedega programmi andmete ja juhiste jaoks. Erinevalt Von Neumanni arhitektuurist, mis kasutab ühte siini nii käskude mälult toomiseks kui ka andmete ühest arvutiosast teise ülekandmiseks, on Harvardi arhitektuuris andmete ja juhiste jaoks eraldi mäluruum.

Mõlemad mõisted on sarnased, välja arvatud viis, kuidas nad mälestustele juurde pääsevad. Harvardi arhitektuuri idee on jagada mälu kaheks osaks - üks andmete ja teine ​​programmide jaoks. Tingimused põhinesid Harvard Mark I releepõhisel arvutil, mis töötas süsteemiga, mis võimaldaks samaaegselt teostada nii andmeid kui ka ülekandeid ja käskude allalaadimisi.

Reaalse maailma arvutikujundused põhinevad tegelikult modifitseeritud Harvardi arhitektuuril ja neid kasutatakse tavaliselt mikrokontrollerites ja DSP-s (digitaalne signaalitöötlus).

Erinevus Von Neumanni ja Harvardi arhitektuuri vahel

Erinevus Von Neumanni ja Harvardi arhitektuuri vahel

Von Neumanni ja Harvardi arhitektuuri alused

Von Neumanni arhitektuur on salvestatud programmi kontseptsioonil põhinev teoreetiline arvutikujundus, kus programme ja andmeid hoitakse samas mälus. Selle kontseptsiooni töötas välja matemaatik John Von Neumann 1945. aastal ja see on praegu peaaegu kõigi tänapäevaste arvutite alus. Harvardi arhitektuur põhines Harvard Mark I releepõhisel arvutimudelil, kus andmete ja juhiste jaoks kasutati eraldi siine.

Von Neumanni mälusüsteem ja Harvardi arhitektuur

Von Neumanni arhitektuuris on ainult üks siin, mida kasutatakse nii käskude allalaadimiseks kui ka andmeedastuseks ning toimingud peavad olema ajastatud, kuna neid ei saa korraga teostada. Seevastu Harvardi arhitektuuris on juhiste ja andmete jaoks eraldi mäluruum, mis eraldab füüsiliselt signaalid ja mälu koodi- ja andmemälu jaoks, mis omakorda võimaldab juurdepääsu igale mälusüsteemile üheaegselt.

Von Neumanni ja Harvardi arhitektuuri juhendamise töötlemine

Von Neumanni arhitektuuris vajaks protsessor juhendi täitmiseks kahte taktsüklit. Protsessor tõmbab juhised mälust esimeses tsüklis ja dekodeerib selle ning seejärel võetakse andmed teises tsüklis mälust. Harvardi arhitektuuris saab töötlemisüksus täita juhised ühes tsüklis, kui sobivad paisutamisstrateegiad on olemas.

Von Neumanni ja Harvardi arhitektuuri maksumus

Kuna juhised ja andmed kasutavad Von Neumanni arhitektuuris sama siinisüsteemi, lihtsustab see juhtimisüksuse projekteerimist ja arendamist, mis viib tootmiskulud lõpuks minimaalseks. Juhtimisseadme väljatöötamine Harvardi arhitektuuris on varasemast kallim, kuna on keeruline arhitektuur, mis kasutab kahte juhendit ja andmeid.

Von Neumanni ja Harvardi arhitektuuri kasutamine

Von Neumanni arhitektuuri kasutatakse peamiselt igas masinas, mida näete alates laua- ja sülearvutitest kuni kõrgjõudlusega arvutite ja tööjaamadeni. Harvardi arhitektuur on üsna uus mõiste, mida kasutatakse peamiselt mikrokontrollerites ja digitaalsignaalitöötluses (DSP).

Von Neumann vs Harvardi arhitektuur: võrdlustabel

Von Neumanni arhitektuur VERSUS Harvardi arhitektuur

Ülevaade Von Neumanni ja Harvardi arhitektuurist

Von Neumanni arhitektuur sarnaneb Harvardi arhitektuuriga, kuid kasutab nii käskude allalaadimise kui ka andmeedastuse jaoks ühte siini, seega peavad toimingud olema ajastatud. Harvardi arhitektuur seevastu kasutab andmete ja juhiste jaoks kahte eraldi mäluaadressi, mis võimaldab andmeid sisestada mõlemasse siini korraga. Kompleksne arhitektuur suurendab aga juhtseadme arenduskulusid ainult ühe keeruka vahemälu kasutava Von Neumanni vähem keeruka arhitektuuri madalamate arenduskuludega.

Viited

  • Rojas, Raul ja Ulf Hašagen. Esimesed arvutid: ajalugu ja arhitektuur. Cambridge: MIT Press, 2002. Trükk
  • Cragon, Harvey. Arvuti arhitektuur ja juurutamine. Cambridge: Cambridge University Press, 2000. Trükk
  • Bunting, Bainbridge. Harvard: Arhitektuuriajalugu. Cambridge: Harvard University Press, 1998. Trükk
  • Kujutise krediit: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e5/Von_Neumann_Architecture.svg/640px-Von_Neumann_Architecture.svg.png
  • Kujutise krediit: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3f/Harvard_architecture.svg/500px-Harvard_architecture.svg.png