Какая архитектура используется в современных компьютерах Гарвардская или фон Неймановская
Обновлено: 21.11.2024
Я прочитал в учебнике Foundation of Computer Science (автор Behrouz A. Forouzan), что программа модели фон Неймана должна выполняться последовательно, а современный компьютер выполняет код в наиболее эффективном порядке. Но это не говорит о том, что последовательный подход фон Неймана наиболее эффективен.
Так ли современный компьютер выполняет код?
Ответ, данный Полом А. Клейтоном, является правильным ответом. Тот, который вы выбрали, не кажется мне правильным. Пожалуйста, исправьте это.
5 ответов 5
Архитектурно, то есть в отношении того, что видит программное обеспечение, современные процессоры используют последовательную модель фон Неймана. Однако большинство высокопроизводительных процессоров используют выполнение вне очереди, что позволяет выполнять операции непоследовательно, но их результаты фиксируются в порядке программы.
(Некоторые ранние процессоры с последовательным порядком имели неточные исключения, вызванные операциями, начавшими выполнение по порядку, но результаты были зафиксированы по мере их доступности. Это означает, что операция с более короткой задержкой, такая как сложение целых чисел, выполнялась операция с задержкой, такая как умножение с плавающей запятой, может записать свой результат в регистр до завершения операции с более длительной задержкой. Если бы прерывание или исключение произошло до завершения операции с более длительной задержкой, состояние программы было бы несогласованным.)
Архитектура потока данных не выполняет программы последовательно, но масштабирование оборудования для обработки зависимостей проблематично (даже современные высокопроизводительные процессоры с внеочередным выполнением имеют окна выполнения, из которых запланированы операции-кандидаты из менее чем 100 операций) и обеспечение корректности (особенно для программного обеспечения, где формальные методы менее распространены) также сложно. Чтобы получить представление о дизайне, каждая операция рассматривается как отдельный поток, который может начать выполнение, как только его исходные операнды станут доступны, и может зафиксировать свой результат, как только операция завершится (позволяя операциям, ожидающим только этого результата, начать выполнение). ). На уровне машинного языка это можно рассматривать как идеальный многопоточный спагетти-код.
Процессоры, использующие неупорядоченное выполнение, аналогичны архитектурам потоков данных в действии, но с ограниченными окнами выполнения и гарантированной упорядоченной видимостью результатов в одном и том же потоке выполнения. (Более слабые модели согласованности памяти позволят другим процессорам видеть результаты в порядке, который не является строго последовательным.)
Я понимаю, что разница между двумя архитектурами заключается в отделении инструкций от данных в гарвардской архитектуре. Но как мне узнать, какой у меня тип системы? Можно ли написать программу, которая определяла бы, является ли система фон Неймановской или Гарвардской? Может ли существовать другая архитектура или известны только эти архитектуры?
Хотя современные системы также не являются строго фон-неймановскими. думаю о графических процессорах и обо всем остальном :)
Есть и другие типы архитектуры. Архитектура потока данных — моя любимая. Но вы вряд ли увидите его в дикой природе.
Если вы не делаете что-то действительно очень низкоуровневое, я не уверен, зачем вам нужно знать разницу (вы пишете самомодифицирующийся код?). Несмотря на то, что большинство современных машин основаны на фон-Неймановской системе, ОС обычно помечает кодовые страницы иначе, чем страницы данных, чтобы предотвратить случайные (злонамеренные) модификации кода.
5 ответов 5
Ваш компьютер представляет собой машину фон Неймана. Все компьютеры общего назначения. Единственными исключениями являются специализированные сопроцессоры, такие как графические процессоры. Дело не в том, что у вас не может быть гарвардской машины (или любой другой архитектуры). Просто их никто не строит, тем более не на продажу (по модулю сопроцессоров, конечно).
Конечно, это зависит от определения. Если вы замените довольно устаревшую дихотомию на трихотомию, большинство современных компьютеров общего назначения имеют модифицированную гарвардскую архитектуру.
Многие встроенные микроконтроллеры используют гарвардскую архитектуру. Как правило, они запускают код из какой-либо ПЗУ или флэш-памяти, и мало что можно получить, используя общую шину для кода и данных.
Большинство современных процессоров общего назначения используют модифицированную гарвардскую архитектуру. Ядра ЦП могут получать доступ к программам и данным независимо друг от друга в своих отдельных кэшах L1. Снаружи нет отдельной памяти программ и данных (равно как и другие уровни кэша не разделены).
Может ли существовать другая архитектура или известны только эти архитектуры?
Все остальные архитектуры довольно ограничены в использовании. Из-за чрезвычайной сложности и затрат, связанных с разработкой процессора, я не думаю, что кто-то еще раз серьезно попытается это сделать.
Однако, хотя современные процессоры в основном основаны на фон Неймане, они включают в себя множество идей, таких как архитектура потока данных, внутри.
Эти две процессорные архитектуры можно классифицировать по тому, как они используют память.
Архитектура фон-Неймана
В архитектуре фон-Неймана одна и та же память и шина используются для хранения как данных, так и инструкций, запускающих программу. Поскольку вы не можете получить доступ к памяти программ и памяти данных одновременно, архитектура фон Неймана подвержена узким местам, и это влияет на производительность системы.
Рисунок 2: Гарвардская архитектура имеет отдельную шину для сигналов и памяти. (Изображение: Викисклад)
Гарвардская архитектура
Гарвардская архитектура хранит машинные инструкции и данные в отдельных блоках памяти, соединенных разными шинами. В этом случае есть как минимум два адресных пространства памяти для работы, поэтому есть регистр памяти для машинных инструкций и еще один регистр памяти для данных. Компьютеры, разработанные с гарвардской архитектурой, могут выполнять программы и получать доступ к данным независимо друг от друга и, следовательно, одновременно. Гарвардская архитектура имеет строгое разделение между данными и кодом. Таким образом, архитектура Гарварда является более сложной, но отдельные конвейеры устраняют узкое место, созданное фон Нейманом.
Модифицированная Гарвардская Архитектура
Большинство современных компьютеров не имеют физического разделения между пространствами памяти, используемыми как данными, так и программами/кодом/машинными инструкциями, и поэтому технически могут быть описаны как компьютеры фон Неймана. Однако лучший способ представить большинство современных компьютеров — это «модифицированная гарвардская архитектура». Современные процессоры могут совместно использовать память, но иметь такие механизмы, как специальные инструкции, которые не позволяют принять данные за код. Некоторые называют это «модифицированной гарвардской архитектурой». Однако в модифицированной гарвардской архитектуре есть два отдельных пути (шины) для сигнала (кода) и хранилища (памяти), а сама память представляет собой одну общую физическую часть. Контроллер памяти — это место, где находится модификация, так как он управляет памятью и тем, как она используется.
Рисунок 1. Архитектура фон Неймана существует с 1940-х годов. Поясняющей чертой является то, что одна шина используется как для сигнала, так и для хранения. (Изображение: Викисклад)
Узкое место фон Неймана
Если машина фон Неймана хочет выполнить операцию над некоторыми данными в памяти, она должна переместить данные по шине в ЦП. Когда вычисление завершено, необходимо переместить выходные данные вычисления в память по той же шине. Объем данных, которые может передавать шина за один раз (скорость и пропускная способность), играет большую роль в том, насколько быстрой может быть архитектура фон Неймана. Производительность компьютера зависит от того, насколько ложны процессоры, а также от скорости передачи данных по шине. Процессор может бездействовать, ожидая выборки памяти, или он может выполнять что-то, называемое спекулятивной обработкой, в зависимости от того, что процессору может понадобиться сделать после завершения текущего вычисления (после извлечения данных и выполнения вычислений).
Узкое место фон Неймана возникает, когда данные, поступающие в память или извлекаемые из нее, должны ожидать завершения текущей операции с памятью. То есть, если процессор только что завершил вычисление и готов выполнить следующее, он должен записать завершенное вычисление в память (которая занимает шину), прежде чем сможет извлечь новые данные из памяти (которая также использует шину). Узкое место фон Неймана со временем увеличилось, потому что скорость процессоров увеличилась, а память не развивалась так быстро. Некоторые методы уменьшения влияния узких мест заключаются в том, чтобы хранить память в кэше, чтобы свести к минимуму перемещение данных, аппаратное ускорение и спекулятивное выполнение. Интересно отметить, что спекулятивное выполнение является каналом для одного из последних недостатков безопасности, обнаруженных Google Project Zero, под названием Spectre.
48 модулей, охватывающих ВСЕ темы компьютерных наук, необходимые для уровня KS3.
Выпускной экзамен по информатике
45 модулей, охватывающих ВСЕ темы информатики, необходимые для уровня GCSE.
Информатика уровня A
66 модулей, охватывающих ВСЕ темы компьютерных наук, необходимые для A-Level.
Архитектура фон Неймана GCSE (14–16 лет)
- Редактируемая презентация урока PowerPoint
- Редактируемые раздаточные материалы
- Глоссарий, охватывающий основные термины модуля.
- Тематические карты памяти для визуализации ключевых понятий
- Распечатанные карточки, которые помогут учащимся активно вспоминать и уверенно повторять.
- Викторина с прилагаемым ключом к ответу для проверки знаний и понимания модуля.
Современные процессоры A-Level (16–18 лет)
- Редактируемая презентация урока PowerPoint
- Редактируемые раздаточные материалы
- Глоссарий, охватывающий основные термины модуля.
- Тематические карты памяти для визуализации ключевых понятий
- Распечатанные карточки, которые помогут учащимся активно вспоминать и уверенно повторять.
- Викторина с прилагаемым ключом к ответу для проверки знаний и понимания модуля.
Термин «Архитектура компьютера» относится к набору правил, определяющих, как компьютерное программное и аппаратное обеспечение объединяются вместе и как они взаимодействуют, чтобы сделать компьютер функциональным. Более того, архитектура компьютера также определяет, какие технологии может обрабатывать компьютер.
Архитектура компьютера – это спецификация, описывающая взаимодействие программного и аппаратного обеспечения для создания работающей платформы.
Когда человек думает о слове «архитектура», человеческий разум, вероятно, думает о сборке зданий или домов, более того, имея в виду тот же принцип, компьютерная архитектура предполагает построение компьютерной системы внутри и снаружи.
- Дизайн системы:
- Конструкция системы – это аппаратные части, включая мультипроцессоры, контроллеры памяти, ЦП, процессоры данных и прямой доступ к памяти. Проект системы можно рассматривать как реальную компьютерную систему.
- Это вращается вокруг процессора. Он включает в себя возможности и функции ЦП, кроме того, он также включает форматы данных ЦП, язык программирования и типы регистров процессора и инструкции, которые используются программистами.
- ЦП — это часть компьютера, которая запускает программу, будь то операционная система или приложение, такое как Photoshop.
- Микроархитектура в системе будет определять элементы хранения/пути данных и то, как они будут реализованы в архитектуре набора инструкций. Микроархитектура также отвечает за обработку данных.
Все это будет объединено в определенном порядке, чтобы сделать систему функциональной.
Что такое архитектура фон Неймана?
В 1945 году Джон фон Нейман, который в то время был математиком, углубился в исследование того, что компьютер может иметь фиксированную простую структуру и при этом выполнять любые вычисления без модификации оборудования. Это при условии, что компьютер правильно запрограммирован с правильными инструкциями, в которых он может их выполнять.
Основное достижение фон Неймана называлось «условной передачей управления», которое позволяло прерывать последовательность программ, а затем повторно запускать ее в любой момент, кроме того, это достижение позволяло хранить данные вместе с инструкциями в одном и том же блоке памяти. .
Это было выгодно, потому что если требовались инструкции, их можно было арифметически изменить так же, как и данные.
Архитектура фон Неймана описывает проектную модель цифрового компьютера с хранимой программой, который включает только один процессор и одну отдельную структуру хранения, в которой будут храниться как инструкции, так и данные.
Архитектура фон Неймана относится к архитектуре, которая хранит данные, а также запрограммированные инструкции в ОЗУ для чтения и записи (оперативное запоминающее устройство).
Характеристики архитектуры фон Неймана
Как упоминалось выше, архитектура фон Неймана основана на том факте, что данные программы и данные инструкции хранятся в одном и том же блоке памяти. Это также можно назвать «концепцией хранимой программы».
Этот дизайн до сих пор используется в современных компьютерах:
Преимущества Недостатки Блок управления таким же образом извлекает инструкции и данные из одного блока памяти. Это упрощает разработку и проектирование блока управления Параллельное выполнение программ не допускается из-за последовательной обработки команд Вышеупомянутое преимущество также означает, что доступ к данным из памяти и с устройств осуществляется одинаково. Таким образом повышается эффективность Единовременно можно получить доступ только к одной «шине». Это приводит к простою ЦП (поскольку он быстрее, чем шина данных). Это считается узким местом фон Неймана Преимуществом является что программисты контролируют организацию памяти Хотя и инструкции, и данные, хранящиеся в одном месте, в целом можно рассматривать как преимущество. Однако это может привести к повторной записи поверх него, что приведет к потере данных из-за ошибки в программе Если неисправная программа выйдет из строя освобождать память, когда она им не нужна (или заканчивать с ней), это может привести к сбою компьютера из-за нехватки доступной памяти Узкое место фон Неймана
Поскольку процессоры и компьютеры с годами увеличивали скорость обработки, а усовершенствования памяти увеличивали емкость, а не скорость, это привело к появлению термина "узкое место фон Неймана". Это связано с тем, что ЦП тратит большое количество времени на бездействие (ничего не делая), ожидая выборки данных из памяти. Независимо от того, насколько быстр процессор, это в конечном итоге зависит от скорости передачи, по сути, если процессор быстрее, это просто означает, что у него будет больше «время простоя».
Подходы к преодолению этого узкого места включают:
- Кэширование:
- Данные, к которым легче получить доступ в ОЗУ, а не в основной памяти. Тип данных, хранящихся здесь, будет часто используемым типом данных.
- Перенос некоторых данных в кеш до того, как они будут запрошены. Это ускорит доступ в случае запроса данных.
- Одновременное управление многими запросами в отдельных потоках.
- Например, DDR SDRAM (синхронная динамическая оперативная память с удвоенной скоростью передачи данных).
- Этот тип ОЗУ активирует вывод как по заднему, так и по переднему фронту системных часов, а не только по переднему фронту.
- Это потенциально может удвоить результат.
- Подсистема, соединяющая контроллер оперативной памяти, оперативную память и шину (путь), соединяющую оперативную память с микропроцессором и устройствами внутри компьютера, которые ее используют.
- PIM объединяют процессор и память в одном микрочипе.
Что такое Гарвардская архитектура?
Гарвардская архитектура названа в честь ретрансляционного компьютера Harvard Mark I, который был компьютером IBM в Гарвардском университете.
Компьютер хранил инструкции на «перфоленте» (шириной 24 бита), кроме того, данные хранились в электромеханических счетчиках. Центральный процессор этих ранних компьютерных систем полностью содержал хранилище данных и не предоставлял доступа к хранилищу инструкций как к данным.
Гарвардская архитектура – это тип архитектуры, в котором данные и инструкции хранятся отдельно, поэтому блок памяти разделяется.
ЦП в системе с гарвардской архитектурой позволяет одновременно получать данные и инструкции, поскольку архитектура имеет отдельные шины для передачи данных и выборки инструкций.
Характеристики Гарвардской архитектуры
Оба типа архитектур содержат одни и те же компоненты, однако основное отличие заключается в том, что в гарвардской архитектуре выборка инструкций и передача данных могут выполняться одновременно (одновременно) (поскольку в системе есть две шины, одна для данных передачи и один для получения инструкций).
Преимущества и недостатки Гарвардской архитектуры
Преимущества Недостатки Из-за того, что инструкции и данные передаются по разным шинам, вероятность повреждения данных меньше Память, выделенная каждому (данные и инструкции) должны быть сбалансированы производителем. Потому что если есть свободная память памяти данных, ее нельзя использовать для инструкций и наоборот Инструкции и данные доступны одинаково td> Однако это преимущество (слева) приводит к более сложной архитектуре, так как требует двух шин. Это означает, что на производство уходит больше времени, и это делает эти системы более дорогими Гарвардская архитектура предлагает высокую производительность, так как эта архитектура допускает одновременный поток данных и инструкций. Они хранятся в отдельной памяти и передаются по отдельным шинам Однако эта архитектура, несмотря на высокую производительность, очень сложна для реализации, особенно для производителей материнских плат Более предсказуемая пропускная способность памяти благодаря архитектуре с отдельной памятью для инструкций и данных Хотя, как было сказано выше, для достижения преимущества слева гарвардская архитектура требует наличия блока управления на две шины. Что увеличивает сложность и затрудняет разработку. Все это увеличивает стоимость системы Измененная архитектура Гарварда
Архитектура фон Неймана Гарвардская архитектура < td data-align="center">На основе концепции компьютера с хранимой программой На основе релейной компьютерной модели Harvard Mark I Использует один и тот же адрес физической памяти для инструкций и данных Он использует разные адреса памяти для инструкций и данных Процессорам требуется два такта для выполнения инструкции Процессору требуется только один такт для выполнения инструкции Архитектура фон Неймана состоит из более простой конструкции блока управления, что означает, что требуется менее сложная разработка. Это означает, что система будет менее дорогостоящей Блок управления гарвардской архитектуры состоит из двух шин, что делает систему более сложной. Это увеличивает стоимость разработки и приводит к удорожанию системы Извлечение инструкций и передача данных не могут выполняться одновременно Извлечение инструкций и передача данных могут выполняться одновременно Используется в ноутбуках, персональных компьютерах и рабочих станциях < td>Используется в обработке сигналов и микроконтроллерахНедостаток чистой гарвардской архитектуры заключается в том, что должен быть обеспечен механизм для отделения нагрузки от программы, подлежащей выполнению, в память инструкций и, таким образом, оставления любых данных, над которыми нужно работать, в памяти данных.
Однако современные системы в настоящее время используют технологию только для чтения для памяти инструкций и технологию чтения/записи для той же памяти.
Это позволяет системе разрешать выполнение предварительно загруженной программы сразу после подачи питания.
Однако данные будут в неизвестном состоянии, поэтому они не могут предоставлять какие-либо предварительно определенные значения программе.
Решением этой проблемы является предоставление инструкций на машинном языке, чтобы содержимое памяти инструкций могло быть прочитано, как если бы они были данными, а также обеспечение аппаратного пути.
Большая часть гарвардской архитектуры в настоящее время используется в модифицированной форме, чтобы ослабить строгое разделение между данными и кодом, сохранив при этом высокопроизводительный одновременный доступ к данным и инструкциям исходной гарвардской архитектуры.
Измененная архитектура Гарварда представляет собой вариант исходной архитектуры Гарварда. Однако разница между ними заключается в том, что модифицированная архитектура позволяет обращаться к содержимому памяти инструкций как к данным.
Обзор и факты
Архитектура фон Неймана была большим шагом вперед по сравнению с компьютерами с программным управлением, которые использовались в 1940-х годах. Такой компьютер был запрограммирован путем установки проводов и переключателей вставок для маршрутизации данных и управляющих сигналов между различными функциональными наборами.
Принимая во внимание, что в настоящее время большинство компьютерных систем используют одну и ту же память как для данных, так и для программных инструкций.
ЦП в системе с гарвардской архитектурой позволяет одновременно получать данные и инструкции, поскольку архитектура имеет отдельные шины для передачи данных и выборки инструкций.
Что такое архитектура фон Неймана?
Архитектура фон Неймана относится к архитектуре, которая хранит данные, а также запрограммированные инструкции в ОЗУ для чтения и записи (оперативное запоминающее устройство).
- Центральный процессор (ЦП)
- Блок управления
- Арифметико-логическое устройство (ALU)
- Блок памяти
- Регистры:
- Счетчик программ (ПК)
- Накопитель (AC)
- Регистр адреса памяти (MAR)
- Регистр данных памяти (MDR)
- Регистр текущих инструкций (CIR)
- Шина данных
- Адресная шина
- Шина управления
Преимущества:
- Менее дорогой/сложный по сравнению с гарвардской архитектурой.
- Эффективно
Недостатки:
- Узкое место фон Неймана
- Большая вероятность потери данных
Что такое Гарвардская архитектура?
- Гарвардская архитектура – это компьютерная система, которая содержит две отдельные области для данных и команд/инструкций.
- Гарвардская архитектура – это тип архитектуры, в котором данные и инструкции хранятся отдельно, что приводит к разделению блока памяти.
Преимущества:
- Меньше вероятность повреждения данных
- Высокая производительность
- Увеличенная пропускная способность памяти
Недостатки:
Измененная архитектура Гарварда представляет собой вариант исходной архитектуры Гарварда. Однако разница между ними заключается в том, что модифицированная архитектура позволяет обращаться к содержимому памяти инструкций как к данным.
- Архитектура с разделенным кэшем
- Архитектура "память инструкций как данные"
- Архитектура "память данных как инструкция"
Ссылки:
Об этом сайте
Teach Computer Science предоставляет подробные и всесторонние учебные ресурсы для новой спецификации 9-1 GCSE, KS3 и A-Level. Одинаково подходит для иностранных преподавателей и студентов.
Более 5000 учителей подписались на использование наших материалов в своих классах.
Что мы предоставляем?
Вкратце: все, что вам нужно для обучения GCSE, KS3 и компьютерным наукам уровня A:
- Сжатые примечания к изменениям
- Буклеты с экзаменационными вопросами
Экзаменационные доски
Наши материалы охватывают требования как британских, так и международных экзаменационных комиссий:
Существует два типа цифровых компьютерных архитектур, описывающих функциональность и реализацию компьютерных систем. Одна из них — архитектура фон Неймана, разработанная известным физиком и математиком Джоном фон Нейманом в конце 1940-х годов, а другая — гарвардская архитектура, основанная на оригинальном релейном компьютере Harvard Mark I, в котором использовались отдельные системы памяти для хранить данные и инструкции.
Исходная архитектура Гарварда использовалась для хранения инструкций на перфоленте и данных в электромеханических счетчиках. Архитектура фон Неймана формирует основу современных вычислений и ее легче реализовать. В этой статье рассматриваются две компьютерные архитектуры по отдельности и объясняются различия между ними.
Что такое архитектура фон Неймана?
Это теоретическая конструкция, основанная на концепции компьютеров с хранимой программой, в которой данные программы и данные инструкций хранятся в одной и той же памяти.
Архитектура была разработана известным математиком и физиком Джоном фон Нейманом в 1945 году. До концепции компьютерного дизайна фон Неймана вычислительные машины разрабатывались для одной заранее определенной цели, которая не отличалась сложностью из-за ручного пересоединения схем.< /p>
Идея архитектуры фон Неймана заключается в возможности хранить инструкции в памяти вместе с данными, с которыми они работают. Короче говоря, архитектура фон Неймана относится к общей структуре, которой должны следовать аппаратное обеспечение, программирование и данные компьютера.
Архитектура фон Неймана состоит из трех отдельных компонентов: центрального процессора (ЦП), модуля памяти и интерфейсов ввода-вывода (I/O). ЦП — это сердце компьютерной системы, состоящее из трех основных компонентов: арифметико-логического блока (АЛУ), блока управления (БУ) и регистров.
АЛУ отвечает за выполнение всех арифметических и логических операций с данными, тогда как блок управления определяет порядок потока инструкций, которые необходимо выполнить в программах, выдавая управляющие сигналы оборудованию.
Регистры — это места временного хранения, в которых хранятся адреса инструкций, которые необходимо выполнить. Блок памяти состоит из оперативной памяти, которая является основной памятью, используемой для хранения программных данных и инструкций. Интерфейсы ввода-вывода позволяют пользователям взаимодействовать с внешним миром, например с устройствами хранения.
Что такое Гарвардская архитектура?
Это компьютерная архитектура с физически отдельными хранилищами и сигнальными путями для программных данных и инструкций. В отличие от архитектуры фон Неймана, в которой используется одна шина как для извлечения инструкций из памяти, так и для передачи данных из одной части компьютера в другую, в гарвардской архитектуре предусмотрено отдельное пространство памяти для данных и инструкций.
Оба понятия похожи, за исключением способа доступа к памяти. Идея Гарвардской архитектуры состоит в том, чтобы разделить память на две части: одну для данных, а другую для программ. Условия были основаны на оригинальном релейном компьютере Harvard Mark I, в котором использовалась система, позволяющая одновременно выполнять как данные, так и передачу и выборку инструкций.
Конструкции реальных компьютеров на самом деле основаны на модифицированной гарвардской архитектуре и обычно используются в микроконтроллерах и DSP (цифровая обработка сигналов).
Разница между фон Нейманом и Гарвардской архитектурой
Основы фон Неймана и Гарвардской архитектуры
Архитектура фон Неймана — это теоретическая конструкция компьютера, основанная на концепции хранимой программы, в которой программы и данные хранятся в одной и той же памяти.Концепция была разработана математиком Джоном фон Нейманом в 1945 году и в настоящее время служит основой почти всех современных компьютеров. Архитектура Гарварда была основана на исходной компьютерной модели Harvard Mark I, основанной на ретрансляции, в которой использовались отдельные шины для данных и инструкций.
Система памяти фон Неймана и Гарвардская архитектура
В архитектуре фон Неймана есть только одна шина, которая используется как для выборки инструкций, так и для передачи данных, и операции должны планироваться, поскольку они не могут выполняться одновременно. Гарвардская архитектура, с другой стороны, имеет отдельное пространство памяти для инструкций и данных, что физически разделяет сигналы и хранилище для памяти кода и данных, что, в свою очередь, позволяет получить доступ к каждой из систем памяти одновременно.
Обработка инструкций фон Неймана и Гарвардской архитектуры
В архитектуре фон Неймана процессору требуется два такта для выполнения инструкции. Процессор выбирает команду из памяти в первом цикле и декодирует ее, а затем данные берутся из памяти во втором цикле. В гарвардской архитектуре процессор может выполнить инструкцию за один цикл, если используются соответствующие стратегии конвейерной обработки.
Стоимость фон Неймана и Гарвардской архитектуры
Поскольку инструкции и данные используют одну и ту же систему шин в архитектуре фон Неймана, это упрощает проектирование и разработку блока управления, что в конечном итоге снижает стоимость производства до минимума. Разработка блока управления в гарвардской архитектуре обходится дороже, чем первая, из-за сложной архитектуры, использующей две шины для инструкций и данных.
Использование архитектуры фон Неймана и Гарварда
Архитектура фон Неймана в основном используется во всех машинах, которые вы видите, от настольных компьютеров и ноутбуков до высокопроизводительных компьютеров и рабочих станций. Гарвардская архитектура – относительно новая концепция, используемая в основном в микроконтроллерах и цифровой обработке сигналов (DSP).
Резюме фон Неймана и Гарвардской архитектуры
Архитектура фон Неймана похожа на гарвардскую архитектуру, за исключением того, что она использует одну шину для выполнения как выборки инструкций, так и передачи данных, поэтому операции должны быть запланированы. Гарвардская архитектура, с другой стороны, использует два отдельных адреса памяти для данных и инструкций, что позволяет передавать данные в обе шины одновременно. Однако сложная архитектура только увеличивает стоимость разработки блока управления по сравнению с более низкой стоимостью разработки менее сложной архитектуры фон Неймана, в которой используется единый унифицированный кэш.
Сагар Хиллар — плодовитый автор контента, статей и блогов, работающий старшим разработчиком контента и писателем в известной фирме по обслуживанию клиентов, расположенной в Индии. У него есть стремление исследовать разносторонние темы и разрабатывать высококачественный контент, чтобы сделать его лучше всего читаемым. Благодаря своей страсти к писательству он имеет более 7 лет профессионального опыта написания и редактирования текстов на самых разных печатных и электронных платформах.
Вне своей профессиональной деятельности Сагар любит общаться с людьми из разных культур и происхождения. Можно сказать, что он любопытен по натуре. Он считает, что каждый — это опыт обучения, и это приносит определенное волнение, своего рода любопытство, чтобы продолжать идти. Сначала это может показаться глупым, но через некоторое время это расслабит вас и вам будет легче начинать разговор с совершенно незнакомыми людьми — вот что он сказал».
Читайте также: