Harvardin arkkitehtuuri alkuperä, malli, miten se toimii

Se Harvardin arkkitehtuuri Se on tietokoneen kokoonpano, jossa ohjelman tiedot ja ohjeet löytyvät erillisistä soluista, joita voidaan puuttua itsenäisesti. 

Eli se on termi, jota käytetään tietokonejärjestelmään, joka sisältää kaksi erillistä aluetta: komentoihin tai ohjeita varten ja tietoihin. Siksi tämän arkkitehtuurin päätehtävänä on tallentaa tiedot erikseen, tarjoamalla erilaisia ​​signaalireitejä ohjeille ja tietoille.

Lähde: Nessa Los - Oma työ, CC by -sa 3.0, Commons.Wikimedia

Tässä arkkitehtuurissa sekä näiden kahden järjestelmän segmentin muoto että media voi olla epätasa -arvoinen, koska osapuolet koostuvat kahdesta erillisestä rakenteesta.

Joitakin esimerkkejä Harvardin arkkitehtuureista liittyy ensimmäiset tietokonejärjestelmät, joissa ohjelman ohjeet voivat olla mediassa, esimerkiksi rei'itetyissä korteissa, ja tallennettu tieto voi olla toisessa väliaineessa, esimerkiksi magneettinauhoissa.

[TOC]

Sovellukset

Tämäntyyppisellä arkkitehtuurilla on laaja sovellus video- ja äänenkäsittelytuotteisiin. Jokaisella videon ja äänen käsittelemällä työkalulla voit huomata Harvardin arkkitehtuurin kuvan.

Analogiset laitteet Blackfin -prosessorit ovat erityinen laite, jossa se on saavuttanut pääkäytönsä. Muissa elektronisiin siruihin perustuvissa tuotteissa Harvardin arkkitehtuuria käytetään myös laajasti.

Useimmat tietokoneet käyttävät kuitenkin von Neumann -arkkitehtuuria ja käyttävät suorittimen välimuistia päällekkäisyyden saavuttamiseen.

Alkuperä

Howard Aikenin johdolla Harvardin yliopistossa 1940 -luvulla tehdyt työt loivat alkuperäisen relepohjaisen tietokoneen, nimeltään Harvard Mark I.

Tämä tietokone käytti erillisiä muistiyksiköitä tietojen ja ohjeiden tallentamiseen. Sitten tämän arkkitehtuurin kanssa on tapahtunut merkittävä kehitys.

Aiken kehotti käyttämään erillisiä muistoja tietoihin ja ohjelmaohjeisiin erillisillä väylällä jokaiselle.

Alkuperäinen Harvard -arkkitehtuuri säilytti yleensä rei'itettyjen nauhojen ja tietojen ohjeet sähkömekaanisissa laskureissa.

Näiden ensimmäisten koneiden tietojen tallennus oli täysin keskusprosessointiyksikkö. Toisaalta he eivät antaneet pääsyä siten, että ohjeet tallennettiin tietoina. Operaattorin oli ladattava ohjelmat.

Harvardin arkkitehtuuri voi käsitellä tiedot ja suorittaa ohjeet samanaikaisesti, koska jokaisella on oma osoiteväylä.

Malli

Tälle mallille on tunnusomaista, että tietoväylät ja tallennus.

Voi palvella sinua: komposiittikoneet

Kun linja -autot toimivat itsenäisesti, ohjelmatiedot ja ohjeet voidaan saada samanaikaisesti, mikä parantaa ainutlaatuisen väylän suunnittelun nopeutta.

Siksi Harvard -mallilla on suurempi monimutkaisuus. Bussit välttävät itsenäisesti Von Neumann -arkkitehtuurin tuottamaa pullonkaulaa.

Tietokone voi olla nopeampi tietyn monimutkaisuuden piirille, koska ohjeiden etsimistä ja tietojen käyttöä ei tarvitse taistella yhdellä muistiväylällä.

Työskentely on kaksi muistiosoittoa. Siksi koneohjeiden muistitietue ja toinen tietorekisteri.

Toisin kuin von Neumann -arkkitehtuuri, joka käyttää väylää sekä ohjeiden että muistitietojen siirtämiseen, Harvardin arkkitehtuuri käyttää tietoaluetta tietoihin ja toinen ohjeisiin.

Muokattu Harvardin arkkitehtuuri

Nykyisissä tietokoneissa ohjelmien ja datan käyttämät muistialueet eivät ole hajoavia. Tästä syystä voitaisiin sanoa, että teknisesti heillä on von Neumann -arkkitehtuuri.

Muokattu Harvardin arkkitehtuuri edustaa kuitenkin nykypäivän tietokoneita.

Vaikka nykyiset käsittelyyksiköt jakavat muistin, niillä on tiettyjä elementtejä, kuten yksinoikeudella, jotka estävät tiedot ohjeisiin. Tätä kutsutaan modifioituksi Harvardin arkkitehtuuriksi.

Siten muokatulla Harvard -arkkitehtuurilla on kaksi erillistä väylää, yksi koodille ja toinen datalle, mutta muisti itsessään on fyysisesti jaettu elementti.

Muistinohjain on muutos, koska tämä laite on se, joka hallitsee muistia ja miten sitä tulisi käyttää.

Nykyaikaisia ​​tietokoneita tukee muokattu Harvardin arkkitehtuuri. Niitä käytetään mikrokontrollereissa ja digitaalisen signaalinkäsittelyssä.

Kuinka Harvardin arkkitehtuuri toimii?

Harvardin arkkitehtuurilla on erilaisia ​​ohjelman muistiosoitteiden alueita ja tietoja.

Tämä johtaa kykyyn suunnitella piiri siten, että väylä- ja ohjauspiiriä voidaan käyttää tietojen virtauksen käsittelemiseen ohjelman muistista ja toinen erotettu tietojen virtauksen käsittelemiseksi datamuistiin.

Erillisten väylän käyttö tarkoittaa, että on mahdollista, että ohjelman palauttaminen ja suorittaminen suoritetaan ilman keskeytyksiä tiedon satunnaisesti tiedonsiirrossa tietomuistiin.

Voi palvella sinua: tärkeämmän tietokoneen 10 elementtiä

Esimerkiksi tämän arkkitehtuurin yksinkertaisessa versiossa ohjelman palauttamisyksikkö voitaisiin käyttää palauttamalla seuraavat ohjeet ohjelmajärjestyksessä ja suorittamalla rinnakkain tiedonsiirtooperaatio, joka olisi voinut olla osa ohjelman aiempaa ohjeita.

Tällä tasolla Harvardin arkkitehtuurilla on rajoitus, koska ohjelmakoodia ei yleensä ole mahdollista sijoittaa datamuistiin ja suorittaa se sieltä.

Lisäykset arkkitehtuurissa

Harvardin arkkitehtuurin yksinkertaiseen muotoon voidaan lisätä monia olemassa olevia muunnelmia, jotka ovat suurempia komplikaatioita.

Yleinen lisäys on lisätä ohjevälimuistin tallennusohjelmatietoväylä Joka kerta kun sitä vaaditaan.

Muistiosoitteet

Tietokoneella, jolla on Harvardin arkkitehtuuri.

Osoite Yksi ohjeista voisi sisältää arvon kaksikymmentä neljää bittiä, kun taas osoite yksi data voi viitata kahdeksan bittisellä tavulla, mikä ei ole osa tätä arvoa kaksikymmentä neljää bittiä.

Muistijärjestelmä

Koska sinulla on erillinen ohjeiden ja tietojen muisti -alue, joka erottaa sekä signaalit että tallennuskoodin ja datamuistin, tämä mahdollistaa samanaikaisesti pääsyn jokaiseen muistijärjestelmään.

Edut

- Lähetyksessä on vähemmän korruptiomahdollisuuksia, koska tiedot ja ohjeet siirretään eri väylien kautta.

- Tietoja ja ohjeita käytetään samalla tavalla.

- Mahdollistaa erilaiset tallennusvälineet ohjeiden ja tietojen saamiseksi. Voit esimerkiksi laittaa ohjeet taloudelliselle ROM: lle ja tiedot kalliissa RAM -muistissa.

- Kaksi muistoa voivat käyttää erilaisia ​​solikokoja, mikä hyödyntää resursseja tehokkaasti.

- Muistin kaistanleveys on korkeampi, mikä on ennustettavissa erillisistä muistoista ohjeista ja tiedoista.

Suojataso

Järjestelmissä, joilla ei ole muistinhallintayksikköä, tarjoaa ylimääräistä suojaustasoa, koska tietoja ei voida suorittaa ikään kuin ne olisivat koodia, mikä altistaa järjestelmän lukuisille ongelmille, kuten puskurin ylivuoto.

Voi palvella sinua: Kaupallinen ohjelmisto

Siksi se on suosittu pienissä integroiduissa järjestelmissä, kuten mikroaaltouunissa tai kelloissa.

Suurempi nopeus

Harvardin arkkitehtuuri voi lukea ohjeen ja tehdä myös pääsyn datamuistiin samanaikaisesti nopealla nopeudella.

Tarjoaa paremman suorituskyvyn, koska se mahdollistaa samanaikaisen tietojen ja ohjeiden tallentamisen erillisiin muistoihin ja matkustaa eri linja -autojen läpi.

Harvardin arkkitehtuuri auttaa yleensä tietokonetta, jolla on tietyllä monimutkaisuudella toimimaan nopeammin kuin von Neumann -arkkitehtuuri, mikäli ei ole tarpeen jakaa resursseja datamuistojen ja koodin välillä.

Jos nastat tai muiden tekijöiden rajoitukset pakottavat yhden väylän käytön molempien muistitilojen pääsyyn, tällaiset edut todennäköisesti mitätöidaan suuressa määrin.

Haitat

Suurempi monimutkaisuus ja kustannukset

Harvardin arkkitehtuurin ongelma on sen suuri monimutkaisuus ja kustannukset, koska tietoväylän sijasta kaksi tarvitaan nyt.

Kaksi linja -autolla varustetun tietokoneen tuotanto on paljon kalliimpaa ja sen valmistus kestää kauemmin. Se vaatii ohjausyksikön kahdelle linja -autolle, mikä on monimutkaisempaa ja jonka kehitys on kallista ja tarvitsee enemmän aikaa.

Tämä tarkoittaa valmistajille monimutkaisempaa toteutusta. Se vaatii enemmän nastat CPU: lla, monimutkaisempaa emolevyä ja kaksinkertaistamaan RAM -sirut, samoin kuin monimutkaisempi välimuistin suunnittelu.

Vähän käyttöä

Harvardin arkkitehtuuria ei käytetä paljon, joten sen toteuttaminen on vaikeampaa. Siksi sitä käytetään harvoin suorittimen ulkopuolella.

Tätä arkkitehtuuria käytetään kuitenkin joskus prosessorissa kukkuloiden käsittelemiseen.

Muistitilan väärinkäyttö

Kun datamuistissa on vapaa tilaa, sitä ei voida käyttää ohjeiden tallentamiseen ja päinvastoin.

Siksi jokaiselle niistä omistetut erityiset muistot on tasapainotettava huolellisesti niiden valmistuksessa.

Viitteet

1. Luetteloerot (2019). Ero Von Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurin välillä? Otettu: Listakadut.com.
2. PC -aikakauslehti (2019). Määritelmä: Harvardin arkkitehtuuri. Otettu: PCMAG.com.
3. Ravepedia (2019). Harvardin arkkitehtuuri. Otettu: Ravepedia.com.
4. Scott Thornton (2018). Mitä eroa Von-Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurien välillä? Mikrokontrollerin kärjet. Otettu: Mikrokontrollit.com.
5. Wikipedia, ilmainen tietosanakirja (2019). Harvardin arkkitehtuuri. Otettu: sisään.Wikipedia.org.
6. Hullu ohjelmoija (2019). Ero Von Neumannin ja Harvardin arkkitehtuurin välillä. Otettu: Thatcrazy -ohjelma.com.