HARVARD ARHITEKTURA: IZVOR, MODEL, KAKO DELUJE - TEHNOLOGIJA - 2026

Harvard arhitektura je konfiguracija računalnika, na katerega se podatki in navodila za program, ki se nahajajo v ločenih celicah spomina, ki jih je mogoče obravnavati samostojno.

To je izraz, ki se uporablja za računalniški sistem, ki vsebuje dve ločeni področji: za ukaze ali navodila in za podatke. Glavna funkcija te arhitekture je torej shranjevanje podatkov, ki so fizično ločeni, in zagotavlja različne signalne poti za navodila in podatke.

Vir: Iz Nessa los - Lastno delo, CC BY-SA 3.0, commons.wikimedia

V tej arhitekturi sta tako format kot medij teh dveh segmentov sistema lahko neenaka, saj sta oba dela sestavljena iz dveh ločenih struktur.

Nekateri primeri arhitektur Harvarda vključujejo zgodnje računalniške sisteme, kjer so lahko programska navodila na enem nosilcu, na primer na udarnih karticah, shranjeni podatki pa na drugem mediju, na primer na magnetnih trakovih.

Prijave

Ta vrsta arhitekture ima široko uporabo v izdelkih za video in avdio obdelavo. Z vsakim orodjem za obdelavo videa in zvoka je mogoče videti lik arhitekture Harvarda.

Analogne naprave Procesorji Blackfin so posebna naprava, kjer je našla svojo glavno uporabo. V drugih izdelkih na osnovi elektronskih čipov se široko uporablja tudi arhitektura Harvarda.

Vendar večina računalnikov uporablja von Neumannovo arhitekturo in uporablja predpomnilnike CPU, da dosežejo prekrivanje.

Poreklo

Delo na univerzi Harvard v 40. letih prejšnjega stoletja je pod vodstvom Howarda Aikena ustvarilo originalni relejni računalnik, imenovan Harvard Mark I, ki je izraz, iz katerega je nastal koncept Harvard arhitekture.

Ta računalnik je za shranjevanje podatkov in navodil uporabljal ločene pomnilniške enote. Potem je pri tej arhitekturi prišlo do pomembnega razvoja.

Aiken je spodbudil uporabo ločenih pomnilnikov za podatke in za programska navodila, z ločenimi vodili za vsakega.

Izvirna arhitektura Harvarda je ponavadi shranjevala navodila na izsekanih trakovih in podatke o elektromehanskih števcih.

Shranjevanje podatkov teh zgodnjih strojev je bilo v celoti v centralni procesni enoti. Po drugi strani niso dovolili dostopa do navodil, ki bi jih lahko shranili kot podatke. Operater je moral naložiti programe.

Harvardska arhitektura lahko hkrati obdeluje podatke in izvaja navodila, ker ima vsak svoj naslov naslov.

Model

Ta model je značilen po tem, da sta informacijska vodila in pomnilnik fizično ločeni za podatke in programsko kodo.

Ker avtobusi delujejo avtonomno, je mogoče istočasno dobiti podatke in programska navodila, s čimer se izboljša hitrost v primerjavi z enojnim vodilom.

Harvardski model se zato izkaže za bolj zapleten. Vendar pa se z neodvisnim avtobusom izogne ​​ozkemu grlu, ki ga je ustvaril von Neumannova arhitektura.

Računalnik je lahko hitrejši za vezje določene zapletenosti, saj se za iskanje navodil in dostop do podatkov ni treba boriti za eno samo pomnilniško vodilo.

Za delo obstajata dva spominska naslova. Zato obstaja pomnilniški register za strojna navodila in drug pomnilniški register.

Za razliko od arhitekture von Neumanna, ki uporablja bus za premikanje navodil in podatkov v pomnilnik, Harvard arhitektura uporablja eno območje pomnilnika za podatke in drugo za navodila.

Spremenjena arhitektura Harvarda

V današnjih računalnikih ni fizične razčlenitve pomnilniških področij, ki jih uporabljajo programi in podatki. Zaradi tega bi lahko rekli, da imajo tehnološko arhitekturo Von Neumann.

Vendar spremenjena arhitektura Harvarda služi najboljšemu predstavljanju današnjih računalnikov.

Čeprav trenutne procesne enote delijo pomnilnik, imajo določene elemente, na primer unikatna navodila, ki preprečujejo, da bi se podatki zapletli z navodili. Temu rečemo spremenjena arhitektura Harvarda.

Tako ima spremenjena Harvard arhitektura dva ločena vodila, enega za kodo in drugega za podatke, sam pomnilnik pa je fizično deljen element.

Sprememba krmilnik je tam, kjer sedi sprememba, ker je ta naprava tista, ki upravlja s pomnilnikom in kako naj se uporablja.

Sodobne računalniške zasnove podpira spremenjena arhitektura Harvarda. Uporabljajo se v mikrokontrolerjih in v digitalni obdelavi signalov.

Kako deluje arhitektura Harvarda?

Harvardska arhitektura ima različna spominska naslova za program in za podatke.

Posledica tega je, da lahko vezje oblikujete tako, da lahko vodnik in krmilno vezje uporabljata za pretok informacij iz programskega pomnilnika in ločeno za upravljanje pretoka informacij v podatkovni pomnilnik.

Uporaba ločenih vodil pomeni, da je možno, da se program naloži in izvede, ne da bi ga motil občasni prenos podatkov v podatkovni pomnilnik.

Na primer, v preprosti različici te arhitekture bi lahko bila obnovitvena programska enota zasedena za iskanje naslednjih navodil v programskem zaporedju in vzporedno izvajanje operacije prenosa podatkov, ki bi lahko bila del prejšnjega programskega navodila. .

Na tej ravni ima arhitektura na Harvardu omejitev, saj na splošno programske kode ni mogoče vstaviti v podatkovni pomnilnik in jo od tam izvesti.

Dodatki v arhitekturi

Preprosti obliki arhitekture Harvarda je mogoče dodati veliko bolj zapletenih obstoječih različic.

Pogost dodatek je dodajanje predpomnilnika navodil v podatkovno vodilo programa, ki enoti za izvajanje navodil omogoča hitrejši dostop do naslednjega koraka v programu, ne da bi morali iti do počasnejšega pomnilnika, da bi prišli do koraka. programa vsakič, ko se zahteva.

Pomnilniški naslovi

Računalniški arhitekt na Harvardu ima različna področja navodil in podatkovnih naslovov: naslov enega navodila ni isto območje kot podatkovni naslov.

Naslov enega navodila bi lahko vseboval štiriindvajset-bitno vrednost, medtem ko bi naslov enega podatka lahko pomenil osem-bitni bajt, ki ni del te štiriindvajset-bitne vrednosti.

Pomnilni sistem

Ker obstaja ločeno pomnilniško območje za navodila in podatke, ki ločuje tako signale kot pomnilniško shranjevanje kode in podatkov, to omogoča hkratni dostop do vseh pomnilniških sistemov.

Prednost

- Manj je možnosti za korupcijo pri prenosu, saj se podatki in navodila prenašajo prek različnih avtobusov.

- Do podatkov in navodil lahko dostopate na enak način.

- Omogoča različne medije za shranjevanje za navodila in podatke. Navodila lahko na primer umestite v poceni ROM, podatke pa v drag RAM.

- Dva spomina lahko uporabljata različne velikosti celic in tako učinkovito uporabljajo vire.

- Ima večjo pasovno širino pomnilnika, kar je bolj predvidljivo z ločenimi pomnilniki za navodila in podatke.

Raven zaščite

V sistemih, ki nimajo enote za upravljanje pomnilnika, nudi dodatno raven zaščite, saj podatkov ni mogoče zagnati kot kodo, kar bi sistem izpostavilo številnim težavam, kot je prelivanje medpomnilnika.

Zato je priljubljen pri majhnih vgrajenih sistemih, kot sta mikrovalovna pečica ali ura.

Večja hitrost

Harvard arhitektura lahko prebere navodila in hkrati hitro dostopa do podatkovnega pomnilnika.

Ponuja večje zmogljivosti, saj omogoča hkratno pridobivanje podatkov in navodil za shranjevanje v ločenih spominih in potovanje skozi različne avtobuse.

Harvardska arhitektura bo na splošno pomagala računalniku z določeno stopnjo zapletenosti teči hitreje kot Von Neumannova arhitektura, dokler ni potrebno, da se viri delijo med pomnilniki kode in podatkov.

Če omejitve pin ali drugi dejavniki prisilijo uporabo enega vodila za dostop do obeh pomnilniških prostorov, je verjetno, da bodo te prednosti v veliki meri razveljavljene.

Slabosti

Večja zapletenost in stroški

Težava harvardske arhitekture je v njeni veliki zapletenosti in stroških, ker sta namesto enega vodila podatkov potrebna dva.

Izdelava dvo-avtobusnega računalnika je veliko dražja in traja več časa. Zahteva krmilno enoto za dva avtobusa, ki je bolj zapletena in zamudna in draga za razvoj.

To pomeni zapletenejšo izvedbo za proizvajalce. Zahteva več zatičev na CPU-ju, bolj zapleteno matično ploščo in podvajanje čipov RAM, pa tudi bolj zapleteno zasnovo predpomnilnika.

Majhna uporaba

Harvardska arhitektura se ne uporablja široko, zaradi česar je otežena izvedba. Zaradi tega se redko uporablja zunaj procesorja.

Vendar se ta arhitektura včasih uporablja v CPU za upravljanje svojih predpomnilnikov.

Zloraba pomnilniškega prostora

Če je v podatkovnem pomnilniku dovolj prostora, ga ni mogoče uporabiti za shranjevanje navodil in obratno.

Zato je treba pri izdelavi natančno uravnotežiti posebne spomine, ki so namenjeni vsakemu od njih.

Reference

1. Seznam razlik (2019). Razlika med Von Neumannom in Harvard arhitekturo? Vzeto iz: listdifferences.com.
2. PC magazin (2019). Opredelitev: Harvard arhitektura. Vzeto iz: pcmag.com.
3. Tehopedija (2019). Harvard Arhitektura. Vzeto iz: zgornja meja.
4. Scott Thornton (2018). Kakšna je razlika med arhitekturo Von-Neumann in Harvard? Nasveti za mikrokontroler. Vzeto iz: microcontrollertips.com.
5. Wikipedija, brezplačna enciklopedija (2019). Harvard arhitektura. Izvedeno iz: en.wikipedia.org.
6. Nori programer (2019). Razlika med Von Neumannom in Harvard Arhitekturo. Vzeto iz: thecrazyprogrammer.com.