Atšķirība starp Von Neumann un Hārvarda arhitektūru

Pastāv divu veidu digitālās datoru arhitektūras, kas raksturo datorsistēmu funkcionalitāti un ieviešanu. Viens no tiem ir Von Neumann arhitektūra, kuru 1940. gadu beigās izstrādāja slavenais fiziķis un matemātiķis Džons fon Neimans, bet otra ir Hārvarda arhitektūra, kuras pamatā bija oriģinālais Harvarda Marka I releju bāzētais dators, kurš izmantoja atsevišķas atmiņas sistēmas glabāt datus un instrukcijas.

Sākotnējā Hārvarda arhitektūra tika izmantota, lai glabātu instrukcijas uz perforētās lentes un datus elektromehāniskos skaitītājos. Von Neumann arhitektūra ir mūsdienu skaitļošanas pamats, un to ir vieglāk ieviest. Šajā rakstā atsevišķi apskatītas divas datoru arhitektūras un izskaidrota atšķirība starp abām.

Kas ir Von Neumann arhitektūra?

Tas ir teorētisks dizains, kas balstīts uz glabātu programmu datoru jēdzienu, kur programmas dati un instrukcijas dati tiek glabāti vienā atmiņā.

Arhitektūru 1945. gadā projektēja slavenais matemātiķis un fiziķis Džons fon Neimans. Līdz Von Neumann datoru dizaina koncepcijai skaitļošanas mašīnas tika izstrādātas vienam iepriekš noteiktam mērķim, kuram trūks izsmalcinātības, jo shēmas manuāli iesaiņoja..

Von Neumann arhitektūru ideja ir spēja uzglabāt instrukcijas atmiņā kopā ar datiem, uz kuriem šīs instrukcijas darbojas. Īsāk sakot, Von Neumann arhitektūra attiecas uz vispārēju ietvaru, kas jāievēro datora aparatūrai, programmēšanai un datiem.

Von Neumann arhitektūra sastāv no trim atšķirīgiem komponentiem: centrālā procesora (CPU), atmiņas vienības un ieejas / izejas (I / O) saskarnēm. CPU ir datorsistēmas sirds, kas sastāv no trim galvenajiem komponentiem: aritmētiskās un loģiskās vienības (ALU), vadības bloka (CU) un reģistriem..

ALU ir atbildīgs par visu aritmētisko un loģisko operāciju veikšanu ar datiem, turpretī vadības bloks nosaka instrukciju plūsmas secību, kas jāizpilda programmās, izvadot vadības signālus aparatūrai..

Reģistri būtībā ir pagaidu glabāšanas vietas, kur tiek glabātas izpildāmo instrukciju adreses. Atmiņas vienību veido RAM, kas ir galvenā atmiņa, ko izmanto programmas datu un instrukciju glabāšanai. I / O saskarnes ļauj lietotājiem sazināties ar ārpasauli, piemēram, atmiņas ierīcēm.

Kas ir Hārvarda arhitektūra?

Tā ir datora arhitektūra ar fiziski atsevišķiem programmas datu un instrukciju glabāšanas un signāla ceļiem. Atšķirībā no Von Neumann arhitektūras, kas izmanto vienu kopni, lai gan ielādētu instrukcijas no atmiņas, gan pārsūtītu datus no vienas datora daļas uz otru, Hārvarda arhitektūrā ir atsevišķa atmiņas telpa datiem un instrukcijām..

Abi jēdzieni ir līdzīgi, izņemot veidu, kā tie piekļūst atmiņām. Hārvarda arhitektūras ideja ir sadalīt atmiņu divās daļās - vienu datu un otru programmām. Noteikumi balstījās uz oriģinālo Hārvarda Marka I releju bāzēto datoru, kas izmantoja sistēmu, kas vienlaikus ļautu veikt gan datus, gan pārsūtījumus, gan komandu ienesības..

Reālās pasaules datoru dizains faktiski ir balstīts uz modificētu Hārvarda arhitektūru, un tos parasti izmanto mikrokontrolleros un DSP (digitālā signāla apstrāde)..

Atšķirība starp Von Neumann un Hārvarda arhitektūru

Von Neumann un Hārvarda arhitektūras pamati

Von Neumann arhitektūra ir teorētiska datora konstrukcija, kuras pamatā ir uzglabātas programmas jēdziens, kurā programmas un dati tiek glabāti vienā atmiņā. Koncepciju 1945. gadā izstrādāja matemātiķis Džons fon Neimans, un šobrīd tā ir gandrīz visu mūsdienu datoru pamatā. Hārvardas arhitektūra balstījās uz oriģinālo Hārvarda Marka I releju bāzes datora modeli, kurā tika izmantoti atsevišķi kopnes datiem un instrukcijām.

Von Neumann un Hārvarda arhitektūras atmiņas sistēma

Von Neumann arhitektūrā ir tikai viena kopne, kas tiek izmantota gan komandu ielādēšanai, gan datu pārsūtīšanai, un operācijām jābūt plānotām, jo ​​tās nevar veikt vienlaikus. No otras puses, Hārvardas arhitektūrā ir atsevišķa atmiņas telpa norādījumiem un datiem, kas fiziski atdala signālus un koda un datu atmiņas glabāšanu, kas savukārt dod iespēju piekļūt katrai atmiņas sistēmai vienlaikus.

Von Neumann un Hārvarda arhitektūras instrukciju apstrāde

Von Neumann arhitektūrā apstrādes vienībai būtu nepieciešami divi pulksteņa cikli, lai izpildītu instrukciju. Procesors pirmajā ciklā paņem norādījumu no atmiņas un atkodē to, un pēc tam dati tiek ņemti no atmiņas otrajā ciklā. Hārvardas arhitektūrā apstrādes bloks var izpildīt instrukcijas vienā ciklā, ja ir ieviestas atbilstošas ​​cauruļvadu veidošanas stratēģijas.

Von Neumann un Hārvarda arhitektūras izmaksas

Tā kā instrukcijās un datos Von Neumann arhitektūrā tiek izmantota tā pati kopņu sistēma, tas vienkāršo vadības ierīces projektēšanu un attīstību, kas rezultātā ražošanas izmaksas samazina līdz minimumam. Vadības bloka izstrāde Hārvardas arhitektūrā ir dārgāka nekā iepriekšējā, jo sarežģītā arhitektūra prasa divus instrukcijas un datu kopus..

Von Neumann un Hārvarda arhitektūras izmantošana

Von Neumann arhitektūra galvenokārt tiek izmantota katrā mašīnā, kuru redzat, sākot no galddatoriem un piezīmjdatoriem līdz augstas veiktspējas datoriem un darbstacijām. Hārvarda arhitektūra ir diezgan jauns jēdziens, ko galvenokārt izmanto mikrokontrolleros un ciparu signālu apstrādē (DSP).

Von Neumann vs Hārvarda arhitektūra: salīdzināšanas tabula

Kopsavilkums par Von Neumann vs Hārvarda arhitektūru

Von Neumann arhitektūra ir līdzīga Hārvardas arhitektūrai, izņemot to, ka tā izmanto vienu kopni gan komandu ienesībām, gan datu pārsūtīšanai, tāpēc operācijām jābūt plānotām. No otras puses, Hārvardas arhitektūra datiem un instrukcijām izmanto divas atsevišķas atmiņas adreses, kas ļauj datus ievadīt abos kopos vienlaikus. Tomēr sarežģītā arhitektūra tikai palielina vadības bloka izstrādes izmaksas salīdzinājumā ar mazāk sarežģītajām mazāk sarežģītās Von Neumann arhitektūras izstrādes izmaksām, kas izmanto vienu vienotu kešatmiņu..