Harvard Architektur Ursprung, Modell, wie es funktioniert

Der Harvard Architektur Es handelt sich um eine Computerkonfiguration, in der die Daten und Anweisungen eines Programms in separaten Zellen gefunden werden, die unabhängig voneinander angegangen werden können. 

Das heißt, es ist der Begriff, der für ein Computersystem verwendet wird, das zwei separate Bereiche enthält: für Befehle oder Anweisungen und für Daten. Daher besteht die Hauptfunktion dieser Architektur darin, die Daten separat zu speichern und verschiedene Signalrouten für Anweisungen und Daten bereitzustellen.

Quelle: Nessa Los - eigene Arbeit, CC by -sa 3.0, Commons.Wikimedia

In dieser Architektur können sowohl das Format als auch die Medien dieser beiden Segmente des Systems ungleich sein, da die beiden Parteien aus zwei getrennten Strukturen bestehen.

Einige Beispiele für Harvard -Architekturen betreffen die ersten Computersysteme, bei denen die Programmanweisungen in einem Medium beispielsweise in perforierten Karten vorliegen können, und die gespeicherten Daten können beispielsweise in Magnetbändern in einem anderen Medium enthalten sein.

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Anwendungen

Diese Art von Architektur hat eine breite Anwendung in Video- und Audioverarbeitungsprodukten. Mit jedem Tool, um Video und Audio zu verarbeiten, können Sie die Figur der Harvard -Architektur bemerken.

Analoge Geräte Blackfin -Prozessoren sind das jeweilige Gerät, auf dem es seine Hauptverwendung erreicht hat. In anderen Produkten, die auf elektronischen Chips basieren, wird auch Harvard Architecture weit verbreitet.

Die meisten Computer verwenden jedoch von Neumann -Architektur und verwenden CPU -Caches, um eine Überlappung zu erreichen.

Herkunft

Die Arbeiten an der Harvard University in den 1940er Jahren unter der Leitung von Howard Aiken schufen einen ursprünglichen Computer auf Relais, der Harvard Mark I namens Harvard Mark I.

Dieser Computer verwendete separate Speichereinheiten, um Daten und Anweisungen zu speichern. Dann gab es eine bedeutende Entwicklung mit dieser Architektur.

Aiken veranlasst, separate Erinnerungen für die Daten und für die Programmanweisungen mit separaten Bussen für jeden zu verwenden.

Die ursprüngliche Harvard -Architektur speicherte normalerweise die Anweisungen in perforierten Bändern und Daten in elektromechanischen Zählern.

Die Datenspeicherung dieser ersten Maschinen lag vollständig innerhalb der zentralen Verarbeitungseinheit. Andererseits gaben sie keinen Zugriff, so dass die Anweisungen als Daten gespeichert wurden. Ein Bediener musste die Programme laden.

Eine Harvard -Architektur kann die Daten verarbeiten und gleichzeitig die Anweisungen ausführen, da jeder von ihnen seinen eigenen Adressbus hat.

Modell

Dieses Modell zeichnet sich aus, dass Informationsbusse und Speicher für Daten und Programmcode physikalisch getrennt sind.

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Wenn Busse autonom funktionieren, können gleichzeitig Programmdaten und Anweisungen erhalten werden.

Daher soll das Harvard -Modell eine größere Komplexität haben. Lassen Sie die Busse jedoch unabhängig voneinander den Engpass der von der von der Architektur von Neumann erzeugten Engpassungen vermeiden.

Ein Computer kann schneller für eine Schaltung einer bestimmten Komplexität sein, da die Suche nach Anweisungen und dem Zugriff auf die Daten nicht um einen einzelnen Speicherbus kämpfen muss.

Zum Arbeiten gibt es zwei Speicheradressen. Daher gibt es einen Speicherdatensatz für Maschinenanweisungen und einen weiteren Speicherdatensatz für Daten.

Im Gegensatz zu von Neumann Architecture, die einen Bus verwendet, um sowohl Anweisungen als auch Speicherdaten zu verschieben, verwendet Harvard Architecture einen Speicherbereich für Daten und einen anderen für Anweisungen.

Modifizierte Harvard -Architektur

In aktuellen Computern wird keine Speicherbereiche von Programmen und Daten zerstört. Aus diesem Grund könnte man sagen, dass sie technologisch eine von Neumann -Architektur haben.

Die modifizierte Harvard -Architektur dient jedoch dazu, die heutigen Computer heute zu vertreten.

Obwohl aktuelle Verarbeitungseinheiten Speicher haben, verfügen sie über bestimmte Elemente, wie z. B. exklusive Anweisungen, die die Daten in die Anweisungen verhindern. Dies wird als modifizierte Harvard -Architektur bezeichnet.

Die modifizierte Harvard -Architektur hat also zwei separate Busse, eine für den Code und eine für Daten, aber der Speicher selbst ist ein physikalisch gemeinsam genutztes Element.

In dem Speichercontroller basiert die Änderung, da dieses Gerät dasjenige ist, das den Speicher verwaltet und wie sie verwendet werden sollte.

Moderne Computerentwürfe werden von der modifizierten Harvard -Architektur unterstützt. Sie werden in Mikrocontrollern und digitalen Signalverarbeitung verwendet.

Wie funktioniert Harvard Architecture?

Die Harvard -Architektur hat unterschiedliche Speicherbereiche für das Programm und für Daten.

Dies führt dazu,.

Die Verwendung separater Busse bedeutet, dass es möglich ist, dass die Wiederherstellung und Ausführung eines Programms ohne Unterbrechung durch gelegentliche Datenübertragung in den Datenspeicher durchgeführt wird.

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In einer einfachen Version dieser Architektur könnte die Programmwiederherstellungseinheit beispielsweise durch die Wiederherstellung der folgenden Anweisungen in der Programmsequenz besetzt und parallel ein Datenübertragungsvorgang durchführen, der Teil der vorherigen Anweisung des Programms gewesen sein könnte.

Auf dieser Ebene hat Harvard Architecture eine Einschränkung, da es im Allgemeinen nicht möglich ist, den Programmcode in den Datenspeicher zu platzieren und ihn von dort auszuführen.

Ergänzungen in der Architektur

In der einfachen Form der Harvard -Architektur können viele vorhandene Varianten mit größerer Komplikation hinzugefügt werden.

Eine übliche Ergänzung besteht darin, dem Programmdatenbus einen Speicher von Befehls -Cache hinzuzufügen, mit dem die Anweisungsausführungseinheit einen schnelleren Zugriff auf den nächsten Schritt des Programms erhalten kann, ohne zu einem langsameren Speicher zu gehen, um den Schritt des Programms zu erhalten Jedes Mal, wenn es erforderlich ist.

Speicheradressen

Ein Computer mit Harvard -Architektur hat unterschiedliche Bereiche von Datenadressen und Anweisungen: Die Adresse einer der Anweisungen ist nicht der gleiche Bereich wie die Adresse einer der Daten.

Die Adresse einer der Anweisungen könnte einen Wert von zwanzig viertem Bit enthalten, während die Adresse eines der Daten ein achtbites Byte anzeigen könnte, das nicht Teil dieses Wertes von zwanzig vier Bits ist.

Speichersystem

Da Sie über einen separaten Speicherbereich für Anweisungen und Daten verfügen und sowohl die Signale als auch den Speicher im Code- und Datenspeicher trennen, können Sie gleichzeitig auf jedes der Speichersysteme zugreifen.

Vorteile

- Es gibt weniger Korruptionsmöglichkeiten bei der Übertragung, da die Daten und Anweisungen über verschiedene Busse übertragen werden.

- Die Daten und Anweisungen werden auf die gleiche Weise zugegriffen.

- Ermöglicht verschiedene Speichermedien für Anweisungen und Daten. Zum Beispiel können Sie Anweisungen für ein wirtschaftliches ROM und Daten in einem teuren RAM aufstellen.

- Die beiden Erinnerungen können unterschiedliche Zellgrößen verwenden, wodurch Ressourcen effektiv verwendet werden.

- Es gibt eine höhere Speicherbandbreite, die vorhersehbarer ist, um separate Erinnerungen für Anweisungen und Daten zu haben.

Schutzlevel

In Systemen, die keine Speicherverwaltungseinheit haben.

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Deshalb ist es bei kleinen integrierten Systemen wie Mikrowelle oder Uhr beliebt.

Höhere Geschwindigkeit

Harvard Architecture kann einen Anweisungen lesen und gleichzeitig mit schneller Geschwindigkeit den Zugriff auf den Datenspeicher erfüllen.

Bietet eine höhere Leistung, da gleichzeitig Daten und Anweisungen in separaten Erinnerungen und Reisen durch verschiedene Busse gespeichert werden können.

Eine Harvard -Architektur hilft einem Computer im Allgemeinen mit einer gewissen Komplexität, um schneller zu funktionieren als eine von Neumann -Architektur, sofern es nicht erforderlich ist, Ressourcen zwischen Datenerinnerungen und dem Code zu teilen.

Wenn die Einschränkungen von Stiften oder anderen Faktoren die Verwendung eines einzelnen Buss dazu zwingen, auf beide Speicherbereiche zuzugreifen, dürften solche Vorteile in hohem Maße aufgehoben werden.

Nachteile

Größere Komplexität und Kosten

Das Problem mit der Harvard -Architektur ist die große Komplexität und Kosten, da anstelle eines Datenbusses zwei jetzt benötigt werden.

Die Produktion eines Computers mit zwei Bussen ist viel teurer und dauert länger, um ihn herzustellen. Es erfordert eine Steuereinheit für zwei Busse, was komplizierter ist und deren Entwicklung teuer ist und mehr Zeit benötigt.

Dies bedeutet eine komplexere Implementierung für Hersteller. Es erfordert mehr Stifte auf der CPU, ein komplexeres Motherboard und das Verdoppeln der RAM -Chips sowie ein komplexeres Cache -Design.

Wenig Gebrauch

Harvard Architecture wird nicht viel verwendet, daher ist es schwieriger zu implementieren. Deshalb wird es selten außerhalb der CPU verwendet.

Diese Architektur wird jedoch manchmal in der CPU verwendet, um ihre Hügel zu bewältigen.

Missbrauch des Speicherraums

Wenn der Datenspeicher freien Speicherplatz enthält, kann es nicht verwendet werden, um Anweisungen zu speichern und umgekehrt.

Daher müssen die besonderen Erinnerungen, die jedem von ihnen gewidmet sind.

Verweise

1. Listenunterschiede (2019). Unterschied zwischen von Neumann und Harvard Architektur? Entnommen aus: ListDifferenzen.com.
2. PC Magazine (2019). Definition von: Harvard Architektur. Entnommen aus: PCMAG.com.
3. Ravepedia (2019). Harvard Architektur. Entnommen aus: Ravepedia.com.
4. Scott Thornton (2018). Was ist der Unterschied zwischen Von-Neumann- und Harvard-Architekturen? Mikrocontroller -Spitzen. Ausgenommen aus: Mikrocontrolertips.com.
5. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2019). Harvard Architektur. Genommen von: in: in.Wikipedia.Org.
6. Der verrückte Programmierer (2019). Unterschied zwischen von Neumann und Harvard Architektur. Entnommen aus: ThecrazyProgrammer.com.