Forskjellen mellom Von Neumann og Harvard Architecture

Det finnes to typer digitale dataarkitekturer som beskriver funksjonaliteten og implementeringen av datasystemer. Den ene er Von Neumann-arkitekturen som ble designet av den anerkjente fysikeren og matematikeren John Von Neumann i slutten av 1940-tallet, og den andre er Harvard-arkitekturen som var basert på den originale Harvard Mark I-relébaserte datamaskinen som brukte separate minnesystemer til lagre data og instruksjoner.

Den originale Harvard-arkitekturen brukes til å lagre instruksjoner på stanset tape og data i elektro-mekaniske tellere. Von Neumann-arkitekturen danner grunnlaget for moderne databehandling og er enklere å implementere. Denne artikkelen ser på de to dataarkitekturene individuelt og forklarer forskjellen mellom de to.

Hva er Von Neumann Architecture?

Det er en teoretisk design basert på begrepet lagrede programdatamaskiner hvor programdata og instruksjonsdata lagres i samme minne.

Arkitekturen ble designet av den berømte matematikeren og fysikeren John Von Neumann i 1945. Inntil Von Neumann-konseptet med datateknikk ble databehandlingsmaskiner designet for et enkelt forutbestemt formål som ville mangle raffinement på grunn av manuell omkobling av kretser.

Ideen bak Von Neumann-arkitekturene er evnen til å lagre instruksjoner i minnet sammen med dataene som instruksjonene bruker. Kort sagt, Von Neumann-arkitekturen refererer til et generelt rammeverk som datamaskinens maskinvare, programmering og data skal følge.

Von Neumann-arkitekturen består av tre forskjellige komponenter: en sentral prosessor (CPU), minneenhet og inngang / utgang (I / O) grensesnitt. CPUen er hjertet av datasystemet som består av tre hovedkomponenter: den aritmetiske og logiske enheten (ALU), kontrollenheten (CU) og registre.

ALU er ansvarlig for å utføre alle aritmetiske og logiske operasjoner på data, mens kontrollenheten bestemmer rekkefølgen av strømmen av instruksjoner som må utføres i programmer ved å utstede kontrollsignaler til maskinvaren.

Registerene er i utgangspunktet midlertidige lagringssteder som lagrer adresser til instruksjonene som må utføres. Minnerenheten består av RAM, som er hovedminne som brukes til å lagre programdata og instruksjoner. I / O-grensesnittene lar brukerne kommunisere med omverdenen, for eksempel lagringsenheter.

Hva er Harvard Architecture?

Det er en dataarkitektur med fysisk separate lagrings- og signalveier for programdata og instruksjoner. I motsetning til Von Neumann-arkitekturen som benytter en enkeltbuss til både hente instruksjoner fra minnet og overføre data fra en del av en datamaskin til en annen, har Harvard arkitektur separat minneplass for data og instruksjon.

Begge konseptene er like unntatt måten de får tilgang til minner. Ideen bak Harvard-arkitekturen er å dele minnet i to deler - en for data og en annen for programmer. Vilkårene var basert på den opprinnelige Harvard Mark I-relébaserte datamaskinen, som brukte et system som ville tillate både data og overføringer og instruksjonsoppdrag å bli utført samtidig.

Real-world datamaskin design er faktisk basert på modifisert Harvard arkitektur og er ofte brukt i microcontrollers og DSP (Digital Signal Processing).

Forskjellen mellom Von Neumann og Harvard Architecture

Grunnleggende om Von Neumann og Harvard Arkitektur

Von Neumann-arkitekturen er en teoretisk datamaskindesign basert på begrepet lagret program hvor programmer og data lagres i samme minne. Konseptet ble designet av en matematiker John Von Neumann i 1945, og som for tiden tjener som grunnlag for nesten alle moderne datamaskiner. Harvard-arkitekturen var basert på den opprinnelige Harvard Mark I relaybaserte datamodellen som brukte separate busser for data og instruksjoner.

Memory System of Von Neumann og Harvard Architecture

Von Neumann-arkitekturen har bare en buss som brukes til både opplæring og dataoverføring, og operasjonen må være planlagt fordi de ikke kan utføres samtidig. Harvard-arkitekturen har derimot separat minneplass for instruksjoner og data, som fysisk separerer signaler og lagring for kode- og datalager, noe som igjen gjør det mulig å få tilgang til hvert minnesystem samtidig.

Instruksjonsbehandling av Von Neumann og Harvard Arkitektur

I Von Neumann-arkitekturen vil behandlingsenheten trenge to klokke-sykluser for å fullføre en instruksjon. Prosessoren henter instruksjonen fra minnet i første syklus og dekoder det, og deretter blir dataene tatt fra minnet i annen syklus. I Harvard-arkitekturen kan prosessoren utføre en instruksjon i en syklus dersom hensiktsmessige rørledningsstrategier er på plass.

Kostnad for Von Neumann og Harvard Arkitektur

Som instruksjoner og data bruker det samme bussystemet i Von Neumann-arkitekturen, forenkler det design og utvikling av kontrollenheten, noe som til slutt reduserer produksjonskostnaden til minimal. Utvikling av kontrollenhet i Harvard-arkitekturen er dyrere enn den tidligere på grunn av den komplekse arkitekturen som benytter to busser for instruksjoner og data.

Bruk av Von Neumann og Harvard Arkitektur

Von Neumann-arkitekturen brukes hovedsakelig i alle maskiner du ser fra stasjonære datamaskiner og bærbare datamaskiner til høyytelsesdatorer og arbeidsstasjoner. Harvard arkitektur er et ganske nytt konsept som hovedsakelig brukes i mikrokontrollere og digital signalbehandling (DSP).

Von Neumann vs Harvard Arkitektur: Sammenligningskart

Sammendrag av Von Neumann vs Harvard Architecture

Von Neumann-arkitekturen ligner Harvard-arkitekturen, bortsett fra at den bruker en enkeltbuss til å utføre både instruksjonshenter og dataoverføringer, så operasjonene må planlegges. Harvard-arkitekturen bruker derimot to separate minneadresser for data og instruksjoner, som gjør det mulig å mate data inn i begge bussene samtidig. Den komplekse arkitekturen legger imidlertid bare til utviklingskostnaden til kontrollenheten mot den lavere utviklingskostnaden til den mindre komplekse Von Neumann-arkitekturen som har en enkelt enhetlig cache.