Unterschied zwischen von Neumann und Harvard Architektur

Es gibt zwei Arten von digitalen Computerarchitekturen, die die Funktionalität und Implementierung von Computersystemen beschreiben. Einer ist die von Neumann-Architektur, die Ende der 1940er Jahre vom renommierten Physiker und Mathematiker John von Neumann entworfen wurde, und der andere ist die Harvard-Architektur, die auf dem ursprünglichen Harvard Mark I Relay-basierten Computer basiert, der separate Speichersysteme verwendet hat. Daten und Anweisungen speichern.

Die ursprüngliche Harvard-Architektur, die zum Speichern von Anweisungen für angeschlagene Klebeband und Daten in elektromechanischen Zählern verwendet wird. Die von Neumann -Architektur bildet die Grundlage des modernen Computers und ist einfacher zu implementieren. Dieser Artikel befasst sich mit den beiden Computerarchitekturen einzeln und erläutert den Unterschied zwischen den beiden.

Was ist von Neumann Architektur?

Es handelt.

Die Architektur wurde 1945 vom renommierten Mathematiker und Physiker John von Neumann entworfen. Bis zum von Neumann -Konzept des Computerdesigns wurden Computermaschinen für einen einzigen vorgegebenen Zweck ausgelegt, der aufgrund der manuellen Neuverdrahtung von Schaltkreisen keine Raffinesse fehlt.

Die Idee hinter den von Neumann -Architekturen ist die Möglichkeit, Anweisungen im Speicher zusammen mit den Daten zu speichern, auf denen die Anweisungen arbeiten. Kurz gesagt, die von Neumann -Architektur bezieht sich auf ein allgemeines Framework, dem die Hardware, Programmierung und Daten eines Computers folgen sollte.

Die von Neumann -Architektur besteht aus drei verschiedenen Komponenten: einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU), Speichereinheit und Eingangs-/Ausgangsschnittstelle (E/A). Die CPU ist das Herzstück des Computersystems, das aus drei Hauptkomponenten besteht: der arithmetischen und logischen Einheit (ALU), der Steuereinheit (CU) und Register.

Die ALU ist für die Durchführung aller arithmetischen und logischen Operationen für Daten verantwortlich, während die Steuereinheit die Reihenfolge des Anweisungsfluss.

Die Register sind im Grunde genommen temporäre Speicherorte, die Adressen der Anweisungen speichern, die ausgeführt werden müssen. Die Speichereinheit besteht aus RAM, dem Hauptspeicher, der zum Speichern von Programmdaten und -anweisungen verwendet wird. Mit den E/A -Schnittstellen können die Benutzer mit der Außenwelt wie Speichergeräten kommunizieren.

Was ist Harvard Architecture?

Es handelt sich um eine Computerarchitektur mit physikalisch separaten Speicher- und Signalwegen für Programmdaten und Anweisungen. Im Gegensatz zu von Neumann -Architektur, die einen einzigen Bus verwendet, um beide Anweisungen aus Speicher und Daten von einem Teil eines Computers auf einen anderen zu übertragen, verfügt Harvard Architecture über einen separaten Speicherplatz für Daten und Anweisungen.

Beide Konzepte sind ähnlich, außer der Art und Weise, wie sie auf Erinnerungen zugreifen. Die Idee hinter der Harvard -Architektur besteht darin, den Speicher in zwei Teile aufzuteilen - eine für Daten und eine für Programme. Die Begriffe basierten auf dem ursprünglichen Rela -basierten Computer von Harvard Mark I, der ein System verwendete, mit dem sowohl Daten als auch Übertragungen und Anweisungen gleichzeitig durchgeführt werden konnten.

Die realen Computerdesigns basieren tatsächlich auf modifizierter Harvard -Architektur und werden üblicherweise in Mikrocontrollern und DSP (digitale Signalverarbeitung) verwendet.

Unterschied zwischen von Neumann und Harvard Architektur

Grundlagen von von Neumann und Harvard Architektur

Die von Neumann-Architektur ist ein theoretisches Computerdesign, das auf dem Konzept des gespeicherten Programms basiert, bei dem Programme und Daten im selben Speicher gespeichert werden. Das Konzept wurde 1945 von einem Mathematiker John von Neumann entworfen und dient derzeit als Grundlage für fast alle modernen Computer. Die Harvard-Architektur basierte auf dem ursprünglichen Relais-basierten Computermodell von Harvard Mark I, bei dem separate Busse für Daten und Anweisungen verwendet wurden.

Speichersystem von von Neumann und Harvard Architektur

Die von Neumann -Architektur hat nur einen Bus, der sowohl für Anweisungen als auch für Datenübertragungen verwendet wird, und die Vorgänge müssen geplant werden. Die Harvard -Architektur hingegen hat einen separaten Speicherplatz für Anweisungen und Daten, die die Signale und den Speicher für den Code und den Datenspeicher physisch trennen, was wiederum den gleichzeitigen Zugriff auf jedes Speichersystem ermöglicht.

Anweisungsbearbeitung von von Neumann und Harvard Architektur

In der von Neumann Architecture müsste die Verarbeitungseinheit zwei Taktzyklen benötigen, um einen Anweisungen zu vervollständigen. Der Prozessor holt den Befehl aus dem Speicher im ersten Zyklus und dekodiert ihn, und dann werden die Daten im zweiten Zyklus aus dem Speicher entnommen. In der Harvard -Architektur kann die Verarbeitungseinheit eine Anweisung in einem Zyklus erledigen, falls geeignete Pipelining -Strategien vorhanden sind.

Kosten von von Neumann und Harvard Architektur

Wenn Anweisungen und Daten in der von Neumann -Architektur das gleiche Bussystem verwenden, vereinfacht sie das Design und die Entwicklung der Steuereinheit, die schließlich die Produktionskosten auf minimale Weise senken. Die Entwicklung der Kontrolleinheit in der Harvard -Architektur ist aufgrund der komplexen Architektur, die zwei Busse für Anweisungen und Daten verwendet.

Verwendung von von Neumann und Harvard Architektur

Von Neumann -Architektur wird hauptsächlich in jeder Maschine verwendet, die Sie von Desktop -Computern und Notebooks bis hin zu Hochleistungscomputern und Workstations sehen. Harvard Architecture ist ein ziemlich neues Konzept, das hauptsächlich in Mikrocontrollern und digitalen Signalverarbeitung (DSP) verwendet wird.

Von Neumann vs. Harvard Architektur: Vergleichstabelle

Zusammenfassung von von Neumann vs. Harvard Architektur

Die von Neumann -Architektur ähnelt der Harvard -Architektur, außer dass ein einzelner Bus sowohl Anweisungen abrufen als auch Datenübertragungen durchführen. Daher müssen die Vorgänge geplant werden. Die Harvard -Architektur hingegen verwendet zwei separate Speicheradressen für Daten und Anweisungen, wodurch gleichzeitig Daten in beide Busse in die Busse gefüttert werden können. Die komplexe Architektur trägt jedoch nur zu den Entwicklungskosten der Kontrolleinheit gegen die niedrigeren Entwicklungskosten der weniger komplexen von Neumann -Architektur bei, die einen einzelnen einheitlichen Cache verwendet.