HĀRVARDAS ARHITEKTŪRA: IZCELSME, MODELIS, KĀ TĀ DARBOJAS - TEHNOLOĢIJAS - 2025

Harvard arhitektūra ir dators konfigurāciju, kurā dati un norādījumi par programmas atrodas atsevišķās šūnās atmiņu, kuru var risināt neatkarīgi.

Tas ir, tas ir termins, ko lieto datorsistēmai, kurā ir divas atsevišķas zonas: komandām vai instrukcijām un datiem. Tāpēc šīs arhitektūras galvenā funkcija ir datu fiziska atdalīšana, nodrošinot dažādus signālu ceļus instrukcijām un datiem.

Avots: No Nesas los - Savs darbs, CC BY-SA 3.0, commons.wikimedia

Šajā arhitektūrā gan šo divu sistēmas segmentu formāts, gan datu nesējs var būt nevienādi, jo abas daļas sastāv no divām atsevišķām struktūrām.

Daži Hārvardas arhitektūras piemēri ietver agrīnas datorsistēmas, kur programmu instrukcijas varētu būt vienā datu nesējā, piemēram, perfokartēs, un saglabātie dati varētu būt citā datu nesējā, piemēram, magnētiskās lentēs.

Lietojumprogrammas

Šis arhitektūras tips ir plaši pielietojams video un audio apstrādes produktos. Ar katru video un audio apstrādes rīku var redzēt Hārvarda arhitektūras figūru.

Analogās ierīces Blackfin procesori ir tā konkrētā ierīce, kurā tā ir atradusi galveno lietojumu. Arī citos elektroniskos mikroshēmu izstrādājumos plaši tiek izmantota Hārvarda arhitektūra.

Tomēr vairums datoru izmanto von Neumann arhitektūru un izmanto CPU kešatmiņu, lai panāktu pārklāšanos.

Izcelsme

Darbs, kas 1940. gados tika veikts Hārvarda universitātē Hovarda Aikena vadībā, izveidoja oriģinālu datoru, kas balstās uz relejiem un kuru sauca par Hārvarda Marku I, un tas ir termins, no kura radusies Hārvarda arhitektūras koncepcija.

Šis dators izmantoja atsevišķas atmiņas vienības, lai saglabātu datus un instrukcijas. Tad šī arhitektūra ir ievērojami attīstījusies.

Aiken mudināja izmantot atsevišķas atmiņas datiem un programmas norādījumiem, katram izmantojot atsevišķus kopus.

Sākotnējā Hārvardas arhitektūra parasti glabāja instrukcijas par caurumotajām lentēm un datus par elektromehāniskajiem skaitītājiem.

Šo agrīno mašīnu datu glabāšana pilnībā notika centrālajā procesora blokā. No otras puses, viņi nedeva piekļuvi instrukcijām, kas tika saglabātas kā dati. Operatoram bija jāielādē programmas.

Hārvardas arhitektūra var vienlaikus apstrādāt datus un izpildīt instrukcijas, jo katram no tiem ir savs adrešu kopums.

Modelis

Šis modelis ir raksturīgs ar to, ka informācijas kopas un krātuve ir fiziski atdalītas datiem un programmas kodam.

Tā kā autobusi darbojas autonomi, datus un programmas instrukcijas var iegūt vienlaikus, tādējādi uzlabojot ātrumu, salīdzinot ar vienas kopnes dizainu.

Tāpēc Hārvardas modelis izrādās sarežģītāks. Tomēr patstāvīgs autobusu pārvadājums ļauj izvairīties no sašaurinājuma, ko rada fon Neimana arhitektūra.

Dators var būt ātrāks par noteiktas sarežģītības ķēdi, jo, meklējot instrukcijas un piekļūstot datiem, nav jācīnās par vienu atmiņas kopni.

Lai strādātu, ir divas atmiņas adreses. Tāpēc ir atmiņas reģistrs mašīnām un cits atmiņas reģistrs datiem.

Atšķirībā no fon Neimana arhitektūras, kas izmanto kopni, lai pārvietotu gan instrukcijas, gan datus atmiņā, Hārvarda arhitektūra izmanto vienu atmiņas apgabalu datiem un otru instrukcijām.

Pārveidota Hārvarda arhitektūra

Mūsdienu datoros nav fiziski sadalīti atmiņas apgabali, kurus izmanto programmas un dati. Šī iemesla dēļ varētu teikt, ka tehnoloģiski viņiem ir Von Neumann arhitektūra.

Tomēr modificētā Hārvarda arhitektūra kalpo, lai vislabāk attēlotu mūsdienu datorus.

Lai arī pašreizējās apstrādes vienības dalās ar atmiņu, tām ir noteikti elementi, piemēram, unikālas instrukcijas, kas neļauj datiem sastrīdēties ar instrukcijām. To sauc par modificētu Hārvarda arhitektūru.

Tādējādi modificētajai Hārvarda arhitektūrai ir divi atsevišķi autobusi - viens kodam un otrs datiem, bet pati atmiņa ir fiziski koplietots elements.

Atmiņas kontrolieris atrodas tajā vietā, kur notiek maiņa, jo šī ierīce ir tā, kas apstrādā atmiņu un kā tā būtu jāizmanto.

Mūsdienu datoru dizainu atbalsta modificētā Hārvarda arhitektūra. Tos izmanto mikrokontrolleros un ciparu signālu apstrādē.

Kā darbojas Hārvarda arhitektūra?

Hārvarda arhitektūrā ir dažādas programmas un datu adreses.

Tā rezultātā rodas spēja projektēt ķēdi tā, lai kopni un vadības ķēdi varētu izmantot, lai apstrādātu informācijas plūsmu no programmas atmiņas, un atsevišķu, lai apstrādātu informācijas plūsmu uz datu atmiņu.

Atsevišķu kopņu izmantošana nozīmē, ka programmu ir iespējams iegūt un izpildīt bez pārtraukumiem, gadījuma rakstura pārsūtot datus uz datu atmiņu.

Piemēram, šīs arhitektūras vienkāršā versijā programmas atkopšanas vienība varētu būt aizņemta, iegūstot nākamo instrukciju programmas secībā un paralēli veicot datu pārsūtīšanas darbību, kas varētu būt daļa no iepriekšējās programmas instrukcijas. .

Šajā līmenī Hārvardas arhitektūrai ir ierobežojums, jo parasti nav iespējams ievietot programmas kodu datu atmiņā un to izpildīt no turienes.

Papildinājumi arhitektūrā

Hārvarda arhitektūras vienkāršajai formai var pievienot daudz sarežģītākus esošos variantus.

Izplatīts papildinājums ir instrukcijas kešatmiņas pievienošana programmas datu kopai, ļaujot norādījumu izpildes blokam ātrāk piekļūt nākamajam programmas posmam, lai dotos uz lēnāku atmiņu, lai nokļūtu solī. no programmas katru reizi, kad tas ir nepieciešams.

Atmiņas adreses

Hārvardas arhitektūras datoram ir dažādas instrukciju un datu adreses zonas: instrukcijas adrese nav viena un tā pati teritorija kā datu adreses.

Instrukcijas adresē varētu būt divdesmit četru bitu vērtība, savukārt datu adresē varētu norādīt astoņu bitu baitu, kas nav šīs divdesmit četru bitu vērtības daļa.

Atmiņas sistēma

Tā kā instrukcijām un datiem ir atsevišķs atmiņas apgabals, kas atdala gan signālus, gan koda un datu glabāšanu atmiņā, tas ļauj piekļūt katrai atmiņas sistēmai vienlaicīgi.

Priekšrocība

- Pārraidei ir mazāka korupcijas iespēja, jo dati un instrukcijas tiek pārsūtīti pa dažādiem autobusiem.

- Dati un instrukcijas ir pieejami vienādi.

- Ļauj dažādiem instrukciju un datu nesējiem. Piemēram, instrukcijas var ievietot lētā ROM un datus dārgā RAM.

- Abas atmiņas var izmantot dažādus šūnu izmērus, tādējādi efektīvi izmantojot resursus.

- Tam ir lielāks joslas platums, kas ir paredzamāks, ja tajā ir atsevišķas atmiņas instrukcijām un datiem.

Aizsardzības līmenis

Sistēmās, kurās nav atmiņas pārvaldības bloka, tas piedāvā papildu aizsardzības līmeni, jo datus nevar palaist kā kodu, kas sistēmu pakļauj daudzām problēmām, piemēram, bufera pārpildīšanai.

Tāpēc tas ir populārs mazās iegultās sistēmās, piemēram, mikroviļņu krāsnī vai pulkstenī.

Lielāks ātrums

Hārvarda arhitektūra var nolasīt instrukciju un vienlaikus ātri piekļūt datu atmiņai.

Tas piedāvā lielāku veiktspēju, jo tas ļauj vienlaikus iegūt datus un instrukcijas, kas tiek glabāti atsevišķās atmiņās un ceļot pa dažādiem autobusiem.

Hārvarda arhitektūra parasti palīdzēs datoram ar noteiktu sarežģītības pakāpi darboties ātrāk nekā Von Neumann arhitektūra, ja vien nav nepieciešams dalīties resursos starp kodu un datu atmiņām.

Ja tapu ierobežojumi vai citi faktori liek izmantot vienu kopni, lai piekļūtu abām atmiņas vietām, šie ieguvumi, visticamāk, lielā mērā tiks anulēti.

Trūkumi

Lielāka sarežģītība un izmaksas

Hārvardas arhitektūras problēma ir tā lielā sarežģītība un izmaksas, jo vienas datu kopnes vietā tagad nepieciešami divi.

Divu kopņu datora izgatavošana ir daudz dārgāka, un tā izgatavošana prasa ilgāku laiku. Tam nepieciešams vadības bloks diviem autobusiem, kas ir sarežģītāks, laikietilpīgāks un dārgāks.

Tas ražotājiem nozīmē sarežģītāku ieviešanu. Tas prasa vairāk piespraudes CPU, sarežģītāku mātesplati un nepieciešamību dublēt RAM mikroshēmas, kā arī sarežģītāku kešatmiņas dizainu.

Neliels lietojums

Hārvardas arhitektūra netiek plaši izmantota, tāpēc to ir grūtāk īstenot. Tāpēc tas reti tiek izmantots ārpus CPU.

Tomēr šo arhitektūru CPU dažreiz izmanto, lai pārvaldītu kešatmiņu.

Nepareiza atmiņas vietas izmantošana

Ja datu atmiņā ir brīva vieta, to nevar izmantot instrukciju glabāšanai un otrādi.

Tāpēc to ražošanā ir rūpīgi jāsabalansē īpašās atmiņas, kas veltītas katram no viņiem.

Atsauces

1. Sarakstu atšķirības (2019. gads). Atšķirība starp Von Neumann un Hārvarda arhitektūru? Paņemts no: listdifferences.com.
2. Žurnāls PC (2019). Definīcija: Hārvarda arhitektūra. Paņemts no: pcmag.com.
3. Tehnopēdija (2019). Hārvarda arhitektūra. Paņemts no: limitspedia.com.
4. Skots Torntons (2018). Kāda ir atšķirība starp Von-Neumann un Hārvarda arhitektūru? Mikrokontrolleru padomi. Paņemts no: microcontrollertips.com.
5. Wikipedia, bezmaksas enciklopēdija (2019). Hārvarda arhitektūra. Iegūts no: en.wikipedia.org.
6. Trakais programmētājs (2019). Atšķirība starp Von Neumann un Hārvarda arhitektūru. Iegūts no: thecrazyprogrammer.com.