Asal Senibina Harvard, Model, Bagaimana Ia Berfungsi

The Seni Bina Harvard Ia adalah konfigurasi komputer di mana data dan arahan program ditemui dalam sel berasingan, yang boleh ditangani secara bebas. 

Iaitu, istilah yang digunakan untuk sistem komputer yang mengandungi dua bidang yang berasingan: untuk arahan atau arahan dan data. Oleh itu, fungsi utama seni bina ini adalah untuk menyimpan data secara berasingan, memberikan laluan isyarat yang berbeza untuk arahan dan data.

Sumber: Nessa Los - Kerja Sendiri, CC BY -SA 3.0, Commons.Wikimedia

Dalam seni bina ini, kedua -dua format dan media kedua -dua segmen sistem ini tidak sama rata, kerana kedua -dua pihak terdiri daripada dua struktur berasingan.

Beberapa contoh seni bina Harvard melibatkan sistem komputer pertama, di mana arahan program boleh dalam medium, contohnya, dalam kad berlubang, dan data yang disimpan boleh berada dalam medium lain, sebagai contoh, dalam pita magnet.

[TOC]

Aplikasi

Seni bina jenis ini mempunyai aplikasi yang luas dalam produk pemprosesan video dan audio. Dengan setiap alat untuk memproses video dan audio, anda dapat melihat angka seni bina Harvard.

Peranti Analog pemproses Blackfin adalah peranti tertentu di mana ia telah mencapai penggunaan utamanya. Dalam produk lain berdasarkan cip elektronik, seni bina Harvard juga digunakan secara meluas.

Walau bagaimanapun, kebanyakan komputer menggunakan seni bina von Neumann dan menggunakan cache CPU untuk mencapai pertindihan.

Asal

Kerja yang dilakukan di Universiti Harvard pada tahun 1940 -an di bawah pimpinan Howard Aiken mencipta komputer berasaskan relay asal, yang dipanggil Harvard Mark I, yang merupakan istilah dari konsep seni bina Harvard timbul.

Komputer ini menggunakan unit memori berasingan untuk menyimpan data dan arahan. Kemudian terdapat perkembangan penting dengan seni bina ini.

Aiken diminta menggunakan kenangan berasingan untuk data dan arahan program, dengan bas yang berasingan untuk masing -masing.

Senibina Harvard Asal biasanya menyimpan arahan dalam pita dan data berlubang di kaunter elektromekanik.

Penyimpanan data mesin pertama ini berada di dalam unit pemprosesan pusat. Sebaliknya, mereka tidak memberikan akses supaya arahan disimpan sebagai data. Seorang pengendali terpaksa memuatkan program.

Senibina Harvard dapat memproses data dan melaksanakan arahan pada masa yang sama, kerana masing -masing mempunyai bas alamatnya sendiri.

Model

Model ini dicirikan bahawa bas maklumat dan penyimpanan dipisahkan secara fizikal untuk data dan kod program.

Boleh melayani anda: mesin komposit

Apabila bas berfungsi secara autonomi, data program dan arahan dapat diperoleh pada masa yang sama, dengan itu meningkatkan kelajuan pada reka bentuk bas yang unik.

Oleh itu, model Harvard adalah untuk mempunyai kerumitan yang lebih besar. Walau bagaimanapun, setelah bas secara bebas mengelakkan kesesakan yang dihasilkan oleh seni bina von Neumann.

Komputer boleh lebih cepat untuk litar kerumitan tertentu, kerana mencari arahan dan mengakses data tidak perlu berjuang untuk bas memori tunggal.

Untuk bekerja ada dua alamat memori. Oleh itu, terdapat rekod memori untuk arahan mesin dan rekod memori lain untuk data.

Tidak seperti seni bina von Neumann, yang menggunakan bas untuk memindahkan kedua -dua arahan dan data memori, Arkitek Harvard menggunakan kawasan memori untuk data dan satu lagi untuk arahan.

Modified Harvard Architecture

Dalam komputer semasa tidak ada perpecahan kawasan memori yang digunakan oleh program dan data. Atas sebab ini boleh dikatakan bahawa secara teknologi mereka mempunyai seni bina von neumann.

Walau bagaimanapun, Arkitek Harvard yang diubahsuai berfungsi untuk mewakili komputer hari ini hari ini.

Walaupun unit pemprosesan semasa berkongsi ingatan, mereka mempunyai elemen tertentu, seperti arahan eksklusif, yang menghalang data ke dalam arahan. Ini dipanggil Senibina Harvard Modified.

Oleh itu, diubah suai arsitektur Harvard mempunyai dua bas berasingan, satu untuk kod dan satu untuk data, tetapi ingatan itu sendiri adalah elemen yang dikongsi secara fizikal.

Pengawal Memori adalah di mana perubahan itu berasaskan, kerana peranti ini adalah yang menguruskan memori dan bagaimana ia harus digunakan.

Reka bentuk komputer moden disokong oleh seni bina Harvard yang diubahsuai. Ia digunakan dalam mikrokontroler dan pemprosesan isyarat digital.

Bagaimana seni bina harvard berfungsi?

Senibina Harvard mempunyai bidang memori yang berbeza untuk program dan data.

Ini menghasilkan keupayaan untuk merancang litar sedemikian rupa sehingga litar bas dan kawalan dapat digunakan untuk mengendalikan aliran maklumat dari memori program dan yang lain dipisahkan untuk mengendalikan aliran maklumat ke memori data.

Penggunaan bas yang berasingan bermakna bahawa pemulihan dan pelaksanaan program dijalankan tanpa sebarang gangguan oleh pemindahan data sekali -sekala ke memori data.

Dapat melayani anda: 10 elemen komputer yang lebih penting

Sebagai contoh, dalam versi mudah seni bina ini, unit pemulihan program boleh diduduki dengan memulihkan arahan berikut dalam urutan program dan selari menjalankan operasi pemindahan data yang boleh menjadi sebahagian daripada arahan sebelumnya program.

Di peringkat ini, Arsitektur Harvard mempunyai batasan, kerana biasanya tidak mungkin untuk meletakkan kod program dalam memori data dan melaksanakannya dari sana.

Penambahan dalam seni bina

Untuk bentuk arsitektur Harvard yang mudah, banyak varian yang sedia ada komplikasi yang lebih besar dapat ditambah.

Penambahan biasa adalah untuk menambah penyimpanan cache arahan ke bas data program, yang membolehkan unit pelaksanaan arahan untuk akses lebih cepat ke langkah seterusnya program, tanpa perlu pergi ke ingatan yang lebih perlahan untuk mendapatkan langkah program Setiap kali diperlukan.

Alamat memori

Komputer dengan Arkitek Harvard mempunyai bidang alamat dan arahan data yang berbeza: Alamat salah satu arahan bukanlah kawasan yang sama dengan alamat salah satu data.

Alamat salah satu arahan boleh mengandungi nilai dua puluh bit, manakala alamat salah satu data dapat menunjukkan byte lapan -bit, yang bukan sebahagian daripada nilai dua puluh bit.

Sistem memori

Memandangkan anda mempunyai kawasan memori yang berasingan untuk arahan dan data, memisahkan kedua -dua isyarat dan penyimpanan dalam kod dan memori data, ini memungkinkan untuk mengakses setiap sistem memori secara serentak.

Kelebihan

- Terdapat kurang kemungkinan rasuah dalam penghantaran, kerana data dan arahan dipindahkan melalui bas yang berbeza.

- Data dan arahan diakses dengan cara yang sama.

- Membolehkan media storan yang berbeza untuk arahan dan data. Contohnya, anda boleh memberi arahan mengenai rom ekonomi dan data dalam ram yang mahal.

- Dua kenangan boleh menggunakan saiz sel yang berbeza, yang menggunakan sumber daya yang berkesan.

- Terdapat lebar jalur memori yang lebih tinggi, yang lebih diramalkan kerana mempunyai kenangan berasingan untuk arahan dan data.

Tahap perlindungan

Dalam sistem yang tidak mempunyai unit pentadbiran memori menawarkan tahap perlindungan tambahan, kerana data tidak dapat dilaksanakan seolah -olah kod itu, yang akan mendedahkan sistem kepada banyak masalah, seperti limpahan penampan.

Boleh melayani anda: perisian komersial

Itulah sebabnya ia popular dengan sistem bersepadu kecil, seperti gelombang mikro atau jam.

Kelajuan yang lebih tinggi

Senibina Harvard dapat membaca arahan dan juga membuat akses ke memori data secara serentak dengan cepat.

Menawarkan prestasi yang lebih tinggi, kerana ia membolehkan data dan arahan serentak disimpan dalam kenangan berasingan dan perjalanan melalui bas yang berbeza.

Senibina Harvard secara amnya akan membantu komputer dengan tahap kerumitan tertentu untuk berfungsi lebih cepat daripada seni bina von Neumann, dengan syarat tidak perlu berkongsi sumber antara kenangan data dan kod.

Sekiranya batasan pin atau faktor lain memaksa penggunaan bas tunggal untuk mengakses kedua -dua ruang memori, kelebihan tersebut mungkin akan dibatalkan secara besar -besaran.

Kekurangan

Kerumitan dan kos yang lebih besar

Masalah dengan seni bina Harvard adalah kerumitan dan kosnya yang besar kerana, bukannya bas data, dua kini diperlukan.

Pengeluaran komputer dengan dua bas jauh lebih mahal dan mengambil masa lebih lama untuk mengeluarkannya. Ia memerlukan unit kawalan untuk dua bas, yang lebih rumit dan perkembangannya mahal dan memerlukan lebih banyak masa.

Ini bermaksud pelaksanaan yang lebih kompleks bagi pengeluar. Ia memerlukan lebih banyak pin pada CPU, papan induk yang lebih kompleks dan perlu menggandakan cip ram, serta reka bentuk cache yang lebih kompleks.

Sedikit penggunaan

Senibina Harvard tidak banyak digunakan, jadi lebih sukar untuk dilaksanakan. Itulah sebabnya jarang digunakan di luar CPU.

Walau bagaimanapun, seni bina ini kadang -kadang digunakan dalam CPU untuk mengendalikan bukitnya.

Penyalahgunaan ruang ingatan

Apabila terdapat ruang kosong dalam memori data, ia tidak boleh digunakan untuk menyimpan arahan dan sebaliknya.

Oleh itu, kenangan tertentu yang didedikasikan untuk masing -masing mesti dibuat seimbang dalam pembuatannya dengan teliti.

Rujukan

1. Senaraikan Perbezaan (2019). Perbezaan antara seni bina von Neumann dan Harvard? Diambil dari: listdifferences.com.
2. Majalah PC (2019). Definisi: Seni Bina Harvard. Diambil dari: pcmag.com.
3. Ravepedia (2019). Seni Bina Harvard. Diambil dari: ravepedia.com.
4. Scott Thornton (2018). Apa Perbezaan Antara Von-Neumann dan Harvard Architectures? Petua mikrokontroler. Diambil dari: Microcontrolertips.com.
5. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2019). Seni Bina Harvard. Diambil dari: dalam.Wikipedia.org.
6. The Crazy Programmer (2019). Perbezaan antara seni bina von Neumann dan Harvard. Diambil dari: TheCrazyprogrammer.com.