Pôvod architektúry Harvard, model, ako to funguje

Ten Architektúra Harvard Je to konfigurácia počítača, v ktorej sa údaje a pokyny programu nachádzajú v samostatných bunkách, ktoré je možné riešiť nezávisle. 

To znamená, že je to termín používaný pre počítačový systém, ktorý obsahuje dve samostatné oblasti: pre príkazy alebo pokyny a pre údaje. Hlavnou funkciou tejto architektúry je preto ukladať údaje osobitne a poskytnúť rôzne signálne trasy pre pokyny a údaje.

Zdroj: Nessa Los - vlastná práca, CC BY -SA 3.0, Commons.Wikimedia

V tejto architektúre môžu byť formát aj médiá týchto dvoch segmentov systému nerovnaké, pretože obe strany sú tvorené dvoma samostatnými štruktúrami.

Niektoré príklady architektúr Harvardov zahŕňajú prvé počítačové systémy, kde by pokyny programu mohli byť v médiu, napríklad na perforovaných kartách a uložené údaje by mohli byť v inom médiu, napríklad v magnetických pásky.

[TOC]

Žiadosti

Tento typ architektúry má širokú aplikáciu vo video a zvukových produktoch spracovania. S každým nástrojom na spracovanie videa a zvuku si môžete všimnúť číslo architektúry Harvard.

Analógové zariadenia Blackfin Processors sú konkrétne zariadenie, v ktorom dosiahlo svoje hlavné použitie. V iných výrobkoch založených na elektronických čipoch sa tiež široko používa architektúra Harvard.

Väčšina počítačov však používa architektúru von Neumann a na dosiahnutie prekrývania používajú vyrovnávacie pamäte CPU CPU.

Pôvod

Práca vykonaná na Harvardskej univerzite v 40. rokoch 20. storočia pod vedením Howarda Aikena vytvorila originálny počítač založený na štafte s názvom Harvard Mark I, čo je termín, z ktorého vzniká koncept architektúry Harvard.

Tento počítač použil na ukladanie údajov a pokynov samostatné pamäťové jednotky. Potom došlo k významnému vývoju s touto architektúrou.

Aiken vyzval na použitie samostatných spomienok na údaje a pre pokyny programu, so samostatnými autobusmi pre každú z autobusov.

Pôvodná architektúra Harvardov obvykle uložila pokyny v perforovaných pásoch a údajoch v elektromechanických počítadlách.

Ukladanie údajov týchto prvých strojov bolo úplne v rámci centrálnej spracovateľskej jednotky. Na druhej strane neposkytli prístup, takže pokyny boli uložené ako údaje. Operátor musel načítať programy.

Harvardská architektúra môže spracovať údaje a vykonávať pokyny súčasne, pretože každý z nich má svoju vlastnú adresu.

Model

Tento model je charakterizovaný, že informačné zbernice a úložisko sú fyzicky oddelené pre údaje a programový kód.

Môže vám slúžiť: kompozitné stroje

Keďže autonómne fungujú autonómne, údaje a pokyny je možné získať súčasne, čím sa zlepší rýchlosť jedinečného dizajnu autobusu.

Preto má model Harvard mať väčšiu zložitosť. Avšak, aby sa autobusy nezávisle vyhýbali úzkemu náboja, ktoré vytvorila architektúra von Neumann.

Počítač môže byť rýchlejší pre obvod určitej zložitosti, pretože hľadanie pokynov a prístup k údajom nemusí bojovať za jednu pamäťovú zbernicu.

Do práce sú dve adresy pamäte. Preto existuje záznam pamäť pre pokyny stroja a ďalší záznam pamäte pre údaje.

Na rozdiel od Von Neumann Architecture, ktorá používa zbernicu na presun pokynov a pamäťových údajov, architektúra Harvard používa oblasť pamäte pre údaje a iná pre pokyny.

Upravená architektúra Harvardov

V súčasných počítačoch nedochádza k rozpadu pamäťových oblastí používaných programami a údajmi. Z tohto dôvodu by sa dalo povedať, že technologicky majú architektúru von Neumann.

Upravená architektúra Harvardov však dnes slúži na zastúpenie dnešných počítačov.

Aj keď súčasné spracovateľské jednotky zdieľajú pamäť, majú určité prvky, napríklad výhradné pokyny, ktoré bránia údajom do pokynov. Toto sa nazýva modifikovaná architektúra Harvard.

Modifikovaná architektúra Harvardov má teda dve samostatné autobusy, jeden pre kód a jeden pre údaje, ale samotná pamäť je fyzicky zdieľaný prvok.

Ovládač pamäte je miesto, kde je zmena založená, pretože toto zariadenie je zariadenie, ktoré riadi pamäť a ako by sa malo používať.

Návrhy moderných počítačov sú podporované modifikovanou architektúrou Harvardovcov. Používajú sa v mikrokontroléroch a spracovaní digitálneho signálu.

Ako funguje architektúra Harvard?

Harvardská architektúra má rôzne oblasti pamäťových adries pre program a pre údaje.

To má za následok schopnosť navrhnúť obvod tak, aby sa obvod zbernice a riadenia mohol použiť na spracovanie toku informácií z pamäte programu a ďalšieho oddeleného na spracovanie toku informácií do dátovej pamäte.

Použitie samostatných autobusov znamená, že je možné, že obnovenie a vykonávanie programu sa vykonáva bez prerušenia určitým príležitostným prenosom údajov do dátovej pamäte.

Môže vám slúžiť: 10 prvkov dôležitejšieho počítača

Napríklad v jednoduchej verzii tejto architektúry by sa jednotka na obnovenie programu mohla obsadiť obnovením nasledujúcej inštrukcie v programe a paralelnom vykonaní operácie prenosu údajov, ktorá mohla byť súčasťou predchádzajúceho pokynov programu.

Na tejto úrovni má Harvard Architecture obmedzenie, pretože vo všeobecnosti nie je možné umiestniť programový kód do dátovej pamäte a vykonať ho odtiaľ.

Doplnky v architektúre

K jednoduchej forme architektúry Harvardov je možné pridať veľa existujúcich variantov väčších komplikácií.

Bežným doplnkom je pridanie ukladania vyrovnávacej pamäte inštrukcie do programovej dátovej zbernice, ktorá umožňuje jednotku vykonávania pokynov pre rýchlejší prístup k ďalšiemu kroku programu, bez toho, aby ste museli ísť do pomalšej pamäte, aby ste dostali krok programu zakaždým, keď je to potrebné.

Pamäťové adresy

Počítač s architektúrou Harvard má rôzne oblasti dátových adries a pokynov: Adresa Jedna z pokynov nie je rovnaká oblasť ako adresa jednej z údajov.

Adresa Jedna z pokynov by mohla obsahovať hodnotu dvadsať -four bitov, zatiaľ čo adresa jedna z údajov by mohla označiť osem -bitový bajt, ktorý nie je súčasťou tejto hodnoty dvadsať -four bits.

Pamäťový systém

Keďže máte samostatnú oblasť pamäte pre pokyny a údaje, oddelenie signálov aj úložiska v kóde a dátovej pamäti, umožňuje to súčasne prístup k každému z pamäťových systémov.

Výhody

- Pri prenose je menej možností korupcie, pretože údaje a pokyny sa prenášajú rôznymi autobusmi.

- Dáta a pokyny sú prístupné rovnakým spôsobom.

- Umožňuje rôzne úložné médiá pre pokyny a údaje. Napríklad môžete uviesť pokyny na ekonomickú ROM a údaje do drahého RAM.

- Tieto dve spomienky môžu používať rôzne veľkosti buniek, čo efektívne využíva zdroje.

- Existuje vyššia šírka pásma pamäte, ktorá je predvídateľnejšia pre osobitné spomienky na pokyny a údaje.

Ochrana

V systémoch, ktoré nemajú jednotku správy pamäte, ponúka ďalšiu úroveň ochrany, pretože údaje nemožno vykonávať, akoby to bol kód, ktorý by systém vystavil mnohým problémom, ako je napríklad pretečenie vyrovnávacej pamäte.

Môže vám slúžiť: komerčný softvér

Preto je obľúbený u malých integrovaných systémov, ako je mikrovlnná rúra alebo hodiny.

Vyššia rýchlosť

Harvardská architektúra si môže prečítať inštrukciu a tiež sprístupniť prístup k dátovej pamäti rýchlej rýchlosti.

Ponúka vyšší výkon, pretože umožňuje ukladanie súčasných získaní údajov a pokynov v samostatných spomienkach a cestovať cez rôzne autobusy.

Harvardská architektúra vo všeobecnosti pomôže počítaču s určitou úrovňou zložitosti fungovať rýchlejšie ako architektúra von Neumann za predpokladu, že nie je potrebné zdieľať zdroje medzi dátovými spomienkami a kódom.

Ak obmedzenia kolíkov alebo iných faktorov nútia použitie jednej zbernice na prístup k obom pamäťovými priestormi, tieto výhody sa pravdepodobne do značnej miery zrušia.

Nevýhody

Väčšia zložitosť a náklady

Problém s architektúrou Harvard je jeho veľká zložitosť a náklady, pretože namiesto dátového zbernice sú teraz potrebné dva.

Výroba počítača s dvoma autobusmi je oveľa drahšia a jeho výroba trvá dlhšie. Vyžaduje si riadiacu jednotku pre dva autobusy, ktorá je komplikovanejšia a ktorej vývoj je drahý a potrebuje viac času.

To znamená zložitejšiu implementáciu pre výrobcov. Vyžaduje si viac kolíkov na CPU, zložitejšiu základnú dosku a musí zdvojnásobiť čipy RAM, ako aj zložitejší dizajn vyrovnávacej pamäte.

Málo využitie

Harvardská architektúra sa veľmi nepoužíva, takže je ťažšie implementovať. Preto sa zriedka používa mimo CPU.

Táto architektúra sa však niekedy používa v rámci CPU na zvládnutie jeho kopcov.

Zneužívanie pamäte

Ak je v dátovej pamäti voľný priestor, nemožno ho použiť na ukladanie pokynov a naopak.

Preto musia byť konkrétne spomienky venované každému z nich starostlivo vyvážené pri svojej výrobe.

Odkazy

1. Rozdiely v zozname (2019). Rozdiel medzi von Neumann a architektúrou Harvard? Zobraté z: ListDiferences.com.
2. Magazín PC (2019). Definícia: Harvardská architektúra. Zobraté z: PCMAG.com.
3. Ravepedia (2019). Architektúra Harvard. Prevzaté z: ravepedia.com.
4. Scott Thornton (2018). Aký je rozdiel medzi architektúrami von-neumann a Harvard? Tipy na mikrokontroléry. Zobraté z: mikrokontrolyrips.com.
5. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2019). Architektúra Harvard. Prevzaté z: v.Wikipedia.orgán.
6. The Crazy Programmer (2019). Rozdiel medzi von Neumann a architektúrou Harvard. Prevzatý z: TheCrazyProgrammer.com.