Verschil tussen Von Neumann en Harvard Architecture

Er zijn twee typen digitale computerarchitecturen die de functionaliteit en implementatie van computersystemen beschrijven. Een daarvan is de Von Neumann-architectuur die eind jaren veertig werd ontworpen door de beroemde natuurkundige en wiskundige John Von Neumann, en de andere is de Harvard-architectuur die was gebaseerd op de originele Harvard Mark I-relaycomputer met afzonderlijke geheugensystemen gegevens en instructies opslaan.

De originele architectuur van Harvard die wordt gebruikt om instructies op geslagen band en gegevens in elektromechanische tellers op te slaan. De Von Neumann-architectuur vormt de basis voor modern computergebruik en is eenvoudiger te implementeren. Dit artikel bekijkt de twee computerarchitecturen afzonderlijk en verklaart het verschil tussen beide.

Wat is Von Neumann Architecture?

Het is een theoretisch ontwerp dat is gebaseerd op het concept van computers met opgeslagen programma's waarin programmadata en instructiegegevens in hetzelfde geheugen worden opgeslagen.

De architectuur werd ontworpen door de beroemde wiskundige en natuurkundige John Von Neumann in 1945. Tot het concept van Von Neumann voor computerontwerp waren rekenmachines ontworpen voor een enkel vooraf bepaald doel dat niet verfijnd zou zijn vanwege de handmatige herbedrading van circuits.

Het idee achter de Von Neumann-architecturen is de mogelijkheid om instructies in het geheugen op te slaan samen met de gegevens waarop de instructies werken. Kort gezegd verwijst de Von Neumann-architectuur naar een algemeen raamwerk dat de hardware, programmering en gegevens van een computer moet volgen.

De Von Neumann-architectuur bestaat uit drie afzonderlijke componenten: een centrale verwerkingseenheid (CPU), geheugeneenheid en invoer / uitvoer (I / O) -interfaces. De CPU is het hart van het computersysteem dat uit drie hoofdcomponenten bestaat: de rekenkundige en logische eenheid (ALU), de besturingseenheid (CU) en registers.

De ALU is verantwoordelijk voor het uitvoeren van alle rekenkundige en logische bewerkingen op gegevens, terwijl de besturingseenheid de volgorde bepaalt van de stroom van instructies die in programma's moeten worden uitgevoerd door besturingssignalen aan de hardware uit te geven..

De registers zijn in feite tijdelijke opslaglocaties die adressen opslaan van de instructies die moeten worden uitgevoerd. De geheugeneenheid bestaat uit RAM, het hoofdgeheugen dat wordt gebruikt om programmagegevens en -instructies op te slaan. Met de I / O-interfaces kunnen gebruikers communiceren met de buitenwereld, zoals opslagapparaten.

Wat is Harvard Architecture?

Het is een computerarchitectuur met fysiek gescheiden opslag- en signaalpaden voor programmagegevens en instructies. In tegenstelling tot de Von Neumann-architectuur die een enkele bus gebruikt om zowel instructies uit het geheugen op te halen als gegevens van het ene deel van een computer naar het andere over te brengen, heeft de Harvard-architectuur aparte geheugenruimte voor gegevens en instructies.

Beide concepten zijn vergelijkbaar, behalve de manier waarop ze toegang hebben tot herinneringen. Het idee achter de architectuur van Harvard is om het geheugen in twee delen te splitsen - een voor gegevens en een voor programma's. De voorwaarden waren gebaseerd op de originele Harvard Mark I-relay-computer met een systeem waarmee zowel gegevensoverdrachten als instructie-ophalingen tegelijkertijd konden worden uitgevoerd.

Real-world computerontwerpen zijn eigenlijk gebaseerd op gemodificeerde Harvard-architectuur en worden vaak gebruikt in microcontrollers en DSP (Digital Signal Processing).

Verschil tussen Von Neumann en Harvard Architecture

Basisprincipes van Von Neumann en Harvard Architecture

De Von Neumann-architectuur is een theoretisch computerontwerp dat is gebaseerd op het concept van het opgeslagen programma, waarbij programma's en gegevens in hetzelfde geheugen worden opgeslagen. Het concept werd ontworpen door een wiskundige John Von Neumann in 1945 en die momenteel dient als de basis van bijna alle moderne computers. De Harvard-architectuur was gebaseerd op het originele Harvard Mark I-relaangedreven computermodel met aparte bussen voor gegevens en instructies.

Geheugensysteem van Von Neumann en Harvard Architecture

De Von Neumann-architectuur heeft slechts één bus die wordt gebruikt voor zowel instructie-ophalingen als gegevensoverdrachten en de bewerkingen moeten worden gepland omdat ze niet tegelijkertijd kunnen worden uitgevoerd. De Harvard-architectuur daarentegen heeft een aparte geheugenruimte voor instructies en gegevens, die fysiek signalen en opslag scheiden voor code- en gegevensgeheugen, waardoor het tegelijkertijd mogelijk is om toegang te krijgen tot elk geheugensysteem.

Instructiebewerking van Von Neumann en Harvard Architecture

In de Von Neumann-architectuur zou de verwerkingseenheid twee klokcycli nodig hebben om een ​​instructie te voltooien. De processor haalt de instructie uit het geheugen in de eerste cyclus en decodeert deze en vervolgens worden de gegevens in de tweede cyclus uit het geheugen genomen. In de Harvard-architectuur kan de verwerkingseenheid een instructie in één cyclus afronden, indien geschikte pipelineringsstrategieën zijn geïmplementeerd.

Kosten van Von Neumann en Harvard Architecture

Omdat instructies en gegevens hetzelfde bussysteem gebruiken in de Von Neumann-architectuur, vereenvoudigt dit het ontwerp en de ontwikkeling van de besturingseenheid, waardoor de productiekosten uiteindelijk minimaal worden. De ontwikkeling van de besturingseenheid in de Harvard-architectuur is duurder dan de eerste vanwege de complexe architectuur met twee bussen voor instructies en gegevens.

Gebruik van Von Neumann en Harvard Architecture

Von Neumann-architectuur wordt voornamelijk gebruikt in elke machine die u ziet van desktopcomputers en notebooks tot krachtige computers en werkstations. Harvard-architectuur is een vrij nieuw concept dat voornamelijk wordt gebruikt in microcontrollers en digitale signaalverwerking (DSP).

Von Neumann vs. Harvard Architecture: Comparison Chart

Samenvatting van Von Neumann vs. Harvard Architecture

Von Neumann-architectuur is vergelijkbaar met de Harvard-architectuur, behalve dat deze een enkele bus gebruikt om zowel instructie-ophalingen als gegevensoverdrachten uit te voeren, dus moeten de bewerkingen worden gepland. De architectuur van Harvard daarentegen gebruikt twee afzonderlijke geheugenadressen voor gegevens en instructies, waardoor het mogelijk is tegelijkertijd gegevens in beide bussen in te voeren. De complexe architectuur draagt ​​echter alleen bij aan de ontwikkelingskosten van de besturingseenheid tegen de lagere ontwikkelkosten van de minder complexe Von Neumann-architectuur die gebruikmaakt van één enkele cache.