Forskel mellem Von Neumann og Harvard Architecture

Der er to typer digitale computerarkitekturer, der beskriver funktionaliteten og implementeringen af ​​computersystemer. Den ene er Von Neumann-arkitekturen, der blev designet af den berømte fysiker og matematiker John Von Neumann i slutningen af ​​1940'erne, og den anden er Harvard-arkitekturen, der var baseret på den originale Harvard Mark I-relæ-baserede computer, der anvendte separate hukommelsessystemer til gem data og instruktioner.

Den originale Harvard-arkitektur bruges til at gemme instruktioner på stanset bånd og data i elektromekaniske tællere. Von Neumann-arkitekturen danner grundlaget for moderne computing og er lettere at implementere. Denne artikel ser på de to computerarkitekturer individuelt og forklarer forskellen mellem de to.

Hvad er Von Neumann Arkitektur?

Det er et teoretisk design baseret på konceptet med lagrede programcomputere, hvor programdata og instruktionsdata gemmes i den samme hukommelse.

Arkitekturen blev designet af den anerkendte matematiker og fysiker John Von Neumann i 1945. Indtil Von Neumann-konceptet om computerdesign blev computermaskiner designet til et enkelt forudbestemt formål, der mangler sofistikering på grund af den manuelle tilslutning af kredsløb.

Ideen bag Von Neumann-arkitekturerne er muligheden for at gemme instruktioner i hukommelsen sammen med de data, instruktionerne fungerer på. Kort sagt henviser Von Neumann-arkitekturen til en generel ramme, som en computers hardware, programmering og data skal følge.

Von Neumann-arkitekturen består af tre forskellige komponenter: en central behandlingsenhed (CPU), hukommelsesenhed og input / output (I / O) -grænseflader. CPU'en er hjertet i computersystemet, der består af tre hovedkomponenter: Den aritmetiske og logiske enhed (ALU), kontrolenheden (CU) og registre.

ALU er ansvarlig for at udføre alle aritmetiske og logiske operationer på data, mens kontrolenheden bestemmer rækkefølgen af ​​strøm af instruktioner, der skal udføres i programmer ved at udstede styresignaler til hardware.

Registrerne er dybest set midlertidige lagerpladser, der gemmer adresser til de instruktioner, der skal udføres. Hukommelsesenheden består af RAM, som er hovedhukommelsen, der bruges til at gemme programdata og instruktioner. I / O-grænsefladerne giver brugerne mulighed for at kommunikere med omverdenen, såsom lagringsenheder.

Hvad er Harvard Architecture?

Det er en computerarkitektur med fysisk separate lager- og signalveje til programdata og instruktioner. I modsætning til Von Neumann-arkitektur, der bruger en enkelt bus til både at hente instruktioner fra hukommelse og overføre data fra en del af en computer til en anden, har Harvard-arkitektur separat hukommelsesplads til data og instruktion.

Begge koncepter er ens bortset fra den måde, de får adgang til minder. Tanken bag Harvard-arkitekturen er at opdele hukommelsen i to dele - en til data og en anden til programmer. Betingelserne var baseret på den oprindelige Harvard Mark I-relæbaserede computer, der anvendte et system, der gjorde det muligt at udføre både data og overførsler og instruktionsoverførsler på samme tid.

Computer-design i ægte verden er faktisk baseret på ændret Harvard-arkitektur og bruges ofte i mikrokontrollere og DSP (Digital Signal Processing).

Forskel mellem Von Neumann og Harvard Architecture

Grundlæggende om Von Neumann og Harvard Architecture

Von Neumann-arkitekturen er et teoretisk computerdesign baseret på konceptet med lagret program, hvor programmer og data gemmes i den samme hukommelse. Konceptet blev designet af en matematiker John Von Neumann i 1945, og som i øjeblikket fungerer som grundlaget for næsten alle moderne computere. Harvard-arkitekturen var baseret på den originale Harvard Mark I-relæbaserede computermodel, der beskrev separate busser til data og instruktioner.

Hukommelsessystem for Von Neumann og Harvard Architecture

Von Neumann-arkitekturen har kun en bus, der bruges til både instruktionshentninger og dataoverførsler, og operationerne skal planlægges, fordi de ikke kan udføres på samme tid. Harvard-arkitekturen har på den anden side separat hukommelsesplads til instruktioner og data, som fysisk adskiller signaler og lagring for kode- og datahukommelse, hvilket igen gør det muligt at få adgang til hvert af hukommelsessystemet samtidigt.

Instruktionsbehandling af Von Neumann og Harvard Architecture

I Von Neumann-arkitektur har behandlingsenheden brug for to urcyklusser for at gennemføre en instruktion. Processoren henter instruktionen fra hukommelsen i den første cyklus og afkoder den, og derefter hentes dataene fra hukommelsen i den anden cyklus. I Harvard-arkitekturen kan behandlingsenheden gennemføre en instruktion i en cyklus, hvis passende rørledningsstrategier er på plads.

Omkostninger ved Von Neumann og Harvard Architecture

Idet instruktioner og data bruger det samme bussystem i Von Neumann-arkitekturen, forenkler det design og udvikling af kontrolenheden, hvilket til sidst reducerer produktionsomkostningerne til minimale. Udvikling af kontrolenhed i Harvard-arkitekturen er dyrere end den tidligere på grund af den komplekse arkitektur, der beskæftiger to busser til instruktioner og data.

Brug af Von Neumann og Harvard Architecture

Von Neumann-arkitektur bruges hovedsageligt i enhver maskine, du ser fra stationære computere og bærbare computere til højtydende computere og arbejdsstationer. Harvard-arkitektur er et forholdsvis nyt koncept, der primært bruges i mikrokontrollere og digital signalbehandling (DSP).

Von Neumann vs. Harvard Architecture: Comparison Chart

Resumé af Von Neumann vs. Harvard Architecture

Von Neumann-arkitektur svarer til Harvard-arkitekturen, medmindre den bruger en enkelt bus til at udføre både instruktionshentninger og dataoverførsler, så operationerne skal planlægges. På den anden side bruger Harvard-arkitekturen to separate hukommelsesadresser til data og instruktioner, hvilket gør det muligt at indføre data i begge busser på samme tid. Imidlertid tilføjer den komplekse arkitektur kun udviklingsomkostningerne for kontrolenheden mod de lavere udviklingsomkostninger for den mindre komplekse Von Neumann-arkitektur, der anvender en enkelt samlet cache.