HARVARD ARHITEKTURA: PODRIJETLO, MODEL, KAKO DJELUJE - TEHNOLOGIJA - 2025

Harvard arhitektura je konfiguracija računala u kojima su podaci i upute za program nalaze se u odvojenim ćelijama memorije, koji se može riješiti samostalno.

To je, to je izraz koji se koristi za računalni sustav koji sadrži dva odvojena područja: za naredbe ili upute i za podatke. Stoga je glavna funkcija ove arhitekture pohranjivanje podataka fizički odvojenih, pružajući različite signalne staze za upute i podatke.

Izvor: Iz Nessa los - Vlastiti rad, CC BY-SA 3.0, commons.wikimedia

U ovoj arhitekturi i format i mediji ova dva segmenta sustava mogu biti nejednaki, jer su dva dijela sastavljena od dvije odvojene strukture.

Neki primjeri arhitekture Harvarda uključuju rane računalne sustave, gdje bi se programske upute mogle nalaziti na jednom mediju, na primjer, na bušilicama, a pohranjeni podaci mogu biti na drugom mediju, na primjer, na magnetskim vrpcama.

Prijave

Ova vrsta arhitekture ima široku primjenu u proizvodima za obradu video i audio zapisa. Sa svakim alatom za obradu video i audio zapisa može se vidjeti lik Harvard arhitekture.

Analogni uređaji Blackfin procesori su poseban uređaj u kojem su pronašli svoju glavnu upotrebu. U ostalim se proizvodima koji se bave elektronskim čipom, Harvard arhitektura također široko koristi.

Međutim, većina računala koristi von Neumannovu arhitekturu i koristi cache CPU-a za postizanje preklapanja.

Podrijetlo

Posao obavljen na Sveučilištu Harvard četrdesetih godina prošlog stoljeća pod vodstvom Howarda Aikena stvorio je originalno relejno računalo, pod nazivom Harvard Mark I, što je termin iz kojeg je nastao koncept harvardske arhitekture.

Ovo je računalo koristilo odvojene memorijske jedinice za pohranu podataka i uputa. Tada je došlo do značajnog razvoja s ovom arhitekturom.

Aiken je potaknuo uporabu zasebnih memorija za podatke i za programske upute, s odvojenim sabirnicama za svaki.

Izvorna arhitektura Harvarda obično pohranjuje upute na probušenim vrpcama i podatke o elektromehaničkim šalterima.

Spremanje podataka tih ranih strojeva bilo je u potpunosti u središnjoj obradnoj jedinici. S druge strane, nisu dali pristup uputama koje se mogu pohraniti kao podaci. Operator je morao učitati programe.

Harvard arhitektura može istovremeno obrađivati ​​podatke i izvršavati upute jer svaka od njih ima svoju magistralu adresa.

Model

Ovaj je model karakteriziran time da su sabirnice podataka i pohrana fizički odvojeni zbog podataka i programskog koda.

Budući da autobusi rade autonomno, podaci i programske upute mogu se dobiti istodobno, poboljšavajući brzinu u odnosu na dizajn jednog sabirnice.

Stoga se Harvard model čini složenijim. Međutim, samostalno korištenje autobusa izbjegava usko grlo proizvedeno od von Neumannove arhitekture.

Računalo može biti brže za krug određene složenosti, jer se za traženje uputa i pristup podacima ne mora boriti za jednu magistralu memorije.

Za rad postoje dvije memorijske adrese. Stoga postoji memorijski registar za upute o strojevima i još jedan registar memorija za podatke.

Za razliku od von Neumannove arhitekture, koja koristi magistralu za pomicanje i uputa i podataka u memoriji, arhitektura Harvarda koristi jedno memorijsko područje za podatke i drugo za upute.

Modificirana arhitektura Harvarda

U današnjim računalima ne postoji fizička raspodjela memorijskih područja koja koriste programi i podaci. Iz tog razloga, moglo bi se reći da tehnološki imaju Von Neumannovu arhitekturu.

Međutim, modificirana Harvard arhitektura služi za najbolje predstavljanje današnjih računala.

Iako trenutne procesne jedinice dijele memoriju, oni imaju određene elemente, poput jedinstvenih uputa, koji sprječavaju da se podaci poklapaju s uputama. To se naziva modificirana arhitektura Harvarda.

Dakle, modificirana arhitektura Harvarda ima dva odvojena sabirnika, jedan za kod i jedan za podatke, ali sama memorija je fizički zajednički element.

Promjena memorijskog mjesta nalazi tamo gdje promjena sjedi, jer je ovaj uređaj onaj koji rukuje s memorijom i kako je treba koristiti.

Moderni računalni dizajni podržani su izmijenjenom arhitekturom Harvarda. Koriste se u mikrokontrolerima i u digitalnoj obradi signala.

Kako djeluje arhitektura Harvarda?

Harvard arhitektura ima različita područja memorijskih adresa za program i za podatke.

To rezultira u mogućnosti dizajniranja kruga na takav način da se sabirnica i upravljački krug mogu koristiti za rukovanje protokom informacija iz programske memorije i zasebnim za obradu protoka informacija u podatkovnu memoriju.

Upotreba zasebnih sabirnica znači da je moguće preuzimanje i izvršavanje programa bez povremenog prenosa podataka u memoriju podataka.

Na primjer, u jednostavnoj verziji ove arhitekture jedinica za oporavak programa mogla bi biti zauzeta za pronalaženje sljedeće upute u programskom nizu i paralelno obavljajući operaciju prijenosa podataka koja je mogla biti dio prethodne programske upute., Na ovoj razini, arhitektura Harvarda ima ograničenje, jer općenito nije moguće staviti programski kod u memoriju podataka i iz njega ga izvršiti.

Dodaci u arhitekturi

Mnogo složenije postojeće varijante mogu se dodati jednostavnom obliku Harvard arhitekture.

Čest dodatak je dodavanje predmemorije predmemorije u podatkovnu magistralu programa, omogućavajući jedinici za izvršavanje instrukcija brži pristup sljedećem koraku u programu, bez potrebe da usporava memoriju da dođe do koraka. programa svaki put kad se traži.

Memorijske adrese

Računalo s arhitekturom na Harvardu ima različita područja poduke i adrese podataka: adresa upute nije isto područje kao adresa podataka.

Jedna adresa upute mogla bi sadržavati dvadesetčetiri-bitnu vrijednost, dok adresa podataka može ukazivati ​​na 8-bitni bajt, koji nije dio te dvadeset i četiri bitne vrijednosti.

Memorijski sustav

Budući da postoji zasebno memorijsko područje za upute i podatke, koje razdvaja i signale i memorijsku pohranu koda i podataka, to omogućuje istovremeno pristup svakom od memorijskih sustava.

Prednost

- Manja je vjerojatnost korupcije u prijenosu, jer se podaci i upute prenose različitim autobusima.

- Podaci i upute pristupaju se na isti način.

- Omogućuje različite medije za pohranu za upute i podatke. Na primjer, upute možete staviti u jeftin ROM, a podatke u skupu RAM-u.

- Dvije memorije mogu koristiti različite veličine ćelija i na taj način učinkovito koristiti resurse.

- Ima veću propusnost memorije, što se više može predvidjeti ako imate odvojene memorije za upute i podatke.

Razina zaštite

U sustavima koji nemaju jedinicu za upravljanje memorijom ona nudi dodatnu razinu zaštite, jer se podaci ne mogu pokrenuti kao kod, što bi sustav izložilo mnogim problemima, poput prepunjenosti međuspremnika.

Zbog toga je popularan u malim ugrađenim sustavima, poput mikrovalne ili sata.

Veća brzina

Harvard arhitektura može čitati upute i istovremeno pristupiti podatkovnoj memoriji velikom brzinom.

Nudi veće performanse, jer omogućava istovremeno dobivanje podataka i uputa za pohranjivanje u zasebnu memoriju i putovanje različitim autobusima.

Harvard arhitektura će obično pomoći računalu s određenom razinom složenosti da radi brže od Von Neumann arhitekture, sve dok nije potrebno dijeliti resurse između memorija koda i podataka.

Ako ograničenja pribadača ili drugi čimbenici prisiljavaju uporabu jedne sabirnice za pristup oba memorijska prostora, ove će pogodnosti vjerojatno biti poništene.

Nedostaci

Veća složenost i trošak

Problem s Harvard arhitekturom je velika složenost i cijena jer su umjesto jednog sabirnika podataka sada potrebna dva.

Izrada računala s dva autobusa mnogo je skuplja i treba više vremena za izradu. Potrebna je upravljačka jedinica za dva autobusa, što je složenije i dugotrajno i skupo za razvoj.

To znači složeniju implementaciju za proizvođače. Potrebno je više pinova na CPU-u, složenija matična ploča i umnožavanje RAM čipova, kao i složeniji dizajn predmemorije.

Malo koristi

Harvard arhitektura se ne koristi široko, što otežava implementaciju. Zbog toga se rijetko koristi izvan CPU-a.

Međutim, ova se arhitektura ponekad koristi unutar CPU-a za upravljanje spremištima.

Zloupotreba memorijskog prostora

Ako u memoriji podataka ima slobodnog prostora, ona se ne može koristiti za pohranjivanje uputa i obrnuto.

Stoga se posebna sjećanja koja su posvećena svakom od njih moraju pomno uravnotežiti u njihovoj proizvodnji.

Reference

1. Popis razlika (2019). Razlika između Von Neumanna i Harvard Arhitekture? Preuzeto sa: listdifferences.com.
2. PC magazin (2019). Definicija: Harvard arhitektura. Preuzeto sa: pcmag.com.
3. Tehopedija (2019). Harvard Arhitektura. Preuzeto sa: zgornja ploča.hr.
4. Scott Thornton (2018). Kakva je razlika između arhitekture Von-Neumann i Harvarda? Savjeti za mikrokontrolere. Preuzeto sa: microcontrollertips.com.
5. Wikipedija, besplatna enciklopedija (2019). Harvard arhitektura. Preuzeto sa: en.wikipedia.org.
6. Ludi programer (2019.). Razlika između Von Neumanna i Harvard Arhitekture. Preuzeto sa: thecrazyprogrammer.com.