ХАРВАРД АРХИТЕКТУРА: ПОРЕКЛО, МОДЕЛ, КАКО ФУНКЦИОНИШЕ - ТЕХНОЛОГИЈА - 2025

Харвард Архитектура је конфигурација рачунара у којој су подаци и упутства програма се налази у одвојеним ћелијама меморије, које могу бити обухваћене независно.

То је, то је израз који се користи за рачунарски систем који садржи две одвојене области: за команде или упутства и за податке. Стога је главна функција ове архитектуре похрањивање података физички раздвојених, пружајући различите сигналне стазе за упутства и податке.

Извор: Из Несса лос - Властити рад, ЦЦ БИ-СА 3.0, цоммонс.викимедиа

У овој архитектури и формат и медији ова два сегмента система могу бити неједнаки, јер су два дела сачињена од две одвојене структуре.

Неки примери архитектуре Харварда укључују ране рачунарске системе, где би се програмске инструкције могле налазити на једном медијуму, на пример, на бушилицама, а сачувани подаци могу бити на другом медијуму, на пример, на магнетним тракама.

Апликације

Ова врста архитектуре има широку примену у производима за обраду видео и аудио записа. Уз сваки алат за обраду видео и аудио записа, може се видети фигура Харвард архитектуре.

Аналогни уређаји Процесори Блацкфин су посебан уређај у којем је пронашао своју главну употребу. У осталим производима на бази електронских чипова, Харвард архитектура се такође широко користи.

Међутим, већина рачунара користи вон Неуманн архитектуру и користи цацхе ЦПУ-а да би се постигло преклапање.

Порекло

Посао урађен на Универзитету Харвард четрдесетих година прошлог века под вођством Ховарда Аикена створио је оригинални релејни рачунар, назван Харвард Марк И, што је термин из којег је настао концепт харвардске архитектуре.

Овај рачунар је користио засебне меморијске јединице за чување података и упутстава. Тада је дошло до значајног развоја са овом архитектуром.

Аикен је охрабрио употребу засебних меморија за податке и за програмска упутства, са засебним магистралама за сваки.

Оригинална архитектура Харварда обично чува упутства о пробушеним тракама и податке о електромеханичким бројачима.

Складиштење података тих раних машина било је у потпуности у оквиру централне процесне јединице. С друге стране, нису дали приступ упутствима која се могу чувати као подаци. Оператор је морао да учита програме.

Харвард архитектура може истовремено обрађивати податке и извршавати упутства, јер сваки од њих има своју магистралу адреса.

Модел

Овај модел се одликује тиме што су магистрале и складиште података физички раздвојени за податке и програмски код.

Како аутобуси раде аутономно, подаци и програмска упутства могу се добити истовремено, побољшавајући брзину у односу на дизајн једног сабирнице.

Стога се Харвард модел чини сложенијим. Међутим, самостално коришћење аутобуса избегава уско грло произведено од вон Неуманн архитектуре.

Рачунар може бити бржи за круг одређене сложености, јер се за тражење упутстава и приступ подацима не мора борити за једну магистралу меморије.

За рад постоје две меморијске адресе. Стога постоји меморијски регистар за упутства о машини и други регистар меморија за податке.

За разлику од вон Неуманнове архитектуре, која користи магистралу за премјештање упута и података у меморију, Харвард архитектура користи једно меморијско подручје за податке и друго за упуте.

Модификована архитектура Харварда

У данашњим рачунарима не постоји физичка раздвојеност меморијских подручја која користе програми и подаци. Из тог разлога, могло би се рећи да технолошки имају Вон Неуманн архитектуру.

Међутим, модификована архитектура Харварда служи да најбоље представља данашње рачунаре.

Иако тренутне процесне јединице деле меморију, они имају одређене елементе, попут јединствених упутстава, који спречавају да се подаци поклапају са упутствима. То се назива модификована архитектура Харварда.

Дакле, модификована архитектура Харварда има два одвојена сабирника, један за код и један за податке, али сама меморија је физички заједнички елемент.

Промјена меморије је мјесто на којем се налази промјена, јер је овај уређај онај који рукује меморијом и како је треба користити.

Модерни дизајн рачунара подржана је измијењеном архитектуром Харварда. Користе се у микроконтролерима и у дигиталној обради сигнала.

Како функционира архитектура Харварда?

Харвард архитектура има различита подручја меморијске адресе за програм и за податке.

То резултира у могућности дизајнирања кола на такав начин да се сабирница и контролни круг могу користити за управљање протоком информација из програмске меморије и засебним за обраду протока информација у меморију података.

Употреба засебних сабирница значи да је могуће преузимање програма и извршавање програма без повременог преноса података у меморију података.

На примјер, у једноставној верзији ове архитектуре, јединица за опоравак програма могла би бити заузета за преузимање сљедеће упуте у програмском низу и паралелно обављајући операцију преноса података која је могла бити дио претходне програмске упуте. .

На овом нивоу, Харвард архитектура има ограничење, јер опћенито није могуће ставити програмски код у меморију података и извршити га одатле.

Додаци у архитектури

Много сложеније постојеће варијанте могу се додати једноставном облику архитектуре Харварда.

Уобичајени додатак је додавање кеша са упутама у податковну магистралу програма, омогућавајући јединици за извршавање инструкција бржи приступ сљедећем кораку у програму, без потребе да успорава меморију да би дошао до корака. програма сваки пут када је тражен.

Меморијске адресе

Рачунар са архитектуром на Харварду има различита подручја упутства и адресе података: адреса инструкције једна није исто подручје као и адреса података.

Адреса упутства једна може садржавати двадесет и четири битне вредности, док адреса података може указивати на 8-битни бајт, који није део те двадесет и четири битне вредности.

Меморијски систем

Како постоји засебно меморијско подручје за упутства и податке, које раздваја и сигнале и меморијску меморију кода и података, то омогућава истовремено приступ сваком од меморијских система.

Предност

- Мање је шанси за корупцију у преносу, јер се подаци и упутства преносе различитим аутобусима.

- Приступ подацима и упутствима на исти начин.

- Омогућује различите медије за чување података и упутстава. На пример, можете да ставите упутства у јефтини РОМ, а податке у скупу РАМ меморију.

- Две меморије могу користити различите величине ћелија и на тај начин се ефикасно користе ресурси.

- Има већу пропусност меморије која је предвидљивија одвојеним меморијама за упутства и податке.

Ниво заштите

На системима који немају јединицу за управљање меморијом он нуди додатни ниво заштите, јер се подаци не могу покренути као код, излажући систем бројним проблемима, попут препуњења међуспремника.

Због тога је популаран код малих уграђених система, попут микроталасне или сатног сата.

Већа брзина

Харвард архитектура може да чита упутства и такође истовремено приступа великој меморији података.

Нуди веће перформансе, јер омогућава истовремено добијање података и упутстава за похрану у засебним меморијама и путовање различитим аутобусима.

Харвард архитектура ће генерално помоћи рачунару одређеног нивоа сложености да ради брже од Вон Неуманн архитектуре, све док није неопходно делити ресурсе између меморија кода и података.

Ако ограничења прибадача или други фактори присиљавају употребу једне сабирнице за приступ оба меморијска простора, ове предности ће вероватно бити поништене.

Недостаци

Већа сложеност и цена

Проблем са Харвард архитектуром је велика сложеност и цена јер су уместо једне сабирнице података сада потребне две.

Израда рачунара са два аутобуса много је скупља и треба више времена за израду. Потребна је контролна јединица за два аутобуса, што је сложеније и дуготрајно и скупо за развој.

То значи сложенију имплементацију за произвођаче. Потребно је више пинова на ЦПУ-у, сложенија матична плоча и дуплицирање РАМ чипова, као и сложенији дизајн кеш меморије.

Мало користи

Харвард архитектура се не користи широко, што отежава имплементацију. Због тога се ретко користи изван ЦПУ-а.

Међутим, ова се архитектура понекад користи у оквиру ЦПУ-а за управљање својим кеш меморијама.

Злоупотреба меморијског простора

Када у меморији података има слободног простора, не може се користити за чување упутстава и обрнуто.

Стога посебна сећања која су посвећена сваком од њих морају бити пажљиво избалансирана у њиховој изради.

Референце

1. Листа разлика (2019). Разлика између Вон Неуманна и Харвард Архитектуре? Преузето са: листдифференцес.цом.
2. ПЦ Магазин (2019). Дефиниција: Харвард архитектура. Преузето са: пцмаг.цом.
3. Техопедиа (2019). Харвард Арцхитецтуре. Преузето са: роофпедиа.цом.
4. Сцотт Тхорнтон (2018). Каква је разлика између архитектуре Вон-Неуманн и Харвард? Савети за микроконтролере. Преузето са: мицроцонтроллертипс.цом.
5. Википедија, бесплатна енциклопедија (2019). Харвард архитектура. Преузето са: ен.википедиа.орг.
6. Луди програмер (2019). Разлика између Вон Неуманна и Харвард Архитектуре. Преузето са: тхецразипрограммер.цом.