Det Harvard-arkitektur er en computerkonfiguration, hvor data og instruktioner for et program er placeret i separate hukommelsesceller, som kan adresseres uafhængigt.
Det vil sige, det er udtrykket, der bruges til et computersystem, der indeholder to separate områder: til kommandoer eller instruktioner og til data. Derfor er denne arkitekturs hovedfunktion at gemme dataene fysisk adskilt, hvilket giver forskellige signalstier til instruktionerne og dataene..
I denne arkitektur kan både formatet og mediet for disse to segmenter af systemet være ulige, da de to dele består af to separate strukturer..
Nogle eksempler på Harvard-arkitekturer involverer tidlige computersystemer, hvor programinstruktioner kunne være på et medium, for eksempel på hulkort, og lagrede data kunne være på et andet medium, for eksempel på magnetbånd..
Artikelindeks
Denne type arkitektur har bred anvendelse i video- og lydbehandlingsprodukter. Med hvert værktøj til at behandle video og lyd vil du kunne se figuren af Harvard-arkitektur.
Analoge enheder Blackfin-processorer er den bestemte enhed, hvor den har fundet sin vigtigste anvendelse. I andre elektroniske chipbaserede produkter anvendes Harvard-arkitektur også i vid udstrækning.
Imidlertid bruger de fleste computere von Neumann-arkitekturen og anvender CPU-caches for at opnå en overlapning.
Arbejde udført ved Harvard University i 1940'erne under ledelse af Howard Aiken skabte en original relæbaseret computer, kaldet Harvard Mark I, som er udtrykket, hvorfra begrebet Harvard-arkitektur opstod..
Denne computer brugte separate hukommelsesenheder til at gemme data og instruktioner. Så har der været en betydelig udvikling med denne arkitektur.
Aiken opfordrede til brugen af separate minder til data og til programinstruktioner med separate busser til hver..
Den oprindelige Harvard-arkitektur lagrede typisk instruktioner på stansede bånd og data på elektromekaniske tællere..
Datalagring af disse tidlige maskiner var helt inden for den centrale behandlingsenhed. På den anden side gav de ikke adgang til, at instruktionerne kunne gemmes som data. En operatør måtte indlæse programmerne.
En Harvard-arkitektur kan behandle data og udføre instruktioner på samme tid, fordi hver af dem har sin egen adressebus.
Denne model er kendetegnet ved, at informationsbusser og lager er fysisk adskilt for data og programkode..
Da busserne kører autonomt, kan data og programinstruktioner opnås på samme tid, hvilket forbedrer hastigheden i forhold til det enkelte busdesign..
Derfor viser sig Harvard-modellen at være mere kompleks. At have busserne undgår imidlertid uafhængigt af flaskehalsen produceret af von Neumann-arkitekturen.
En computer kan være hurtigere for et kredsløb af en vis kompleksitet, fordi søgning efter instruktioner og adgang til data ikke behøver at kæmpe for en enkelt hukommelsesbus.
For at arbejde er der to hukommelsesadresser. Derfor er der et hukommelsesregister til maskininstruktioner og et andet hukommelsesregister til data..
I modsætning til von Neumann-arkitekturen, der bruger en bus til at flytte både instruktioner og data i hukommelsen, bruger Harvard-arkitekturen et hukommelsesområde til data og et andet til instruktioner..
I dagens computere er der ingen fysisk nedbrydning af hukommelsesområderne, der bruges af programmer og data. Af denne grund kan det siges, at de teknologisk har en Von Neumann-arkitektur.
Den modificerede Harvard-arkitektur tjener dog bedst til at repræsentere nutidens computere..
Selvom nuværende behandlingsenheder deler hukommelse, har de visse elementer, såsom unikke instruktioner, der forhindrer data i at blive sammenflettet med instruktioner. Dette kaldes modificeret Harvard-arkitektur..
Således har den modificerede Harvard-arkitektur to separate busser, en til kode og en til data, men hukommelsen i sig selv er et fysisk delt element..
Hukommelsescontrolleren er, hvor ændringen sidder, fordi denne enhed er den, der håndterer hukommelsen, og hvordan den skal bruges.
Moderne computerdesign understøttes af den modificerede Harvard-arkitektur. Anvendes i mikrocontrollere og digital signalbehandling.
Harvard-arkitekturen har forskellige hukommelsesadresseområder for programmet og dataene.
Dette resulterer i evnen til at designe et kredsløb på en sådan måde, at en bus og et styrekredsløb kan bruges til at håndtere informationsstrømmen fra programhukommelsen og en separat til at håndtere informationsstrømmen til datahukommelsen..
Brugen af separate busser betyder, at det er muligt at hente og udføre et program uden at blive afbrudt af lejlighedsvis overførsel af data til datahukommelsen..
F.eks. I en simpel version af denne arkitektur kunne programgendannelsesenheden være optaget med at hente den næste instruktion i programsekvensen og parallelt udføre en dataoverførselsoperation, der kunne have været en del af den tidligere programinstruktion..
På dette niveau har Harvard-arkitekturen en begrænsning, da det generelt ikke er muligt at placere programkoden i datahukommelsen og udføre den derfra.
Mange mere komplicerede eksisterende varianter kan føjes til den enkle form for Harvard-arkitekturen..
En almindelig tilføjelse er at tilføje en instruktionscache til programmets databus, som giver instruktionsudførelsesenheden hurtigere adgang til det næste trin i programmet uden at skulle gå til langsommere hukommelse for at komme til trinnet. Af programmet hver gang det er krævet.
En Harvard-arkitekturcomputer har forskellige data- og instruktionsadresseområder: instruktionsadresse et er ikke det samme område som datadresse et.
Instruktionsadresse en kunne indeholde en 24-bit-værdi, mens data-adresse en kunne indikere en otte-bit byte, som ikke er en del af den 24-bit-værdi..
Da der er et separat hukommelsesområde til instruktioner og data, der adskiller både signalerne og hukommelseslagringen af koden og dataene, gør det det muligt at få adgang til hvert af hukommelsessystemerne samtidigt..
- Der er mindre chance for korruption i transmission, da data og instruktioner overføres via forskellige busser.
- Data og instruktioner fås på samme måde.
- Tillader forskellige lagringsmedier til instruktioner og data. For eksempel kan du lægge instruktionerne i en billig ROM og dataene i et dyrt RAM..
- De to minder kan bruge forskellige cellestørrelser, hvilket effektivt bruger ressourcer.
- Det har en højere hukommelsesbåndbredde, hvilket er mere forudsigeligt ved at have separate hukommelser til instruktioner og data..
I systemer, der ikke har en hukommelsesadministrationsenhed, tilbyder det et ekstra beskyttelsesniveau, da det ikke vil være muligt at starte eksekvering af data, som om det var kode, hvilket ville udsætte systemet for adskillige problemer, såsom bufferoverløb.
Derfor er det populært blandt små indlejrede systemer, såsom en mikrobølgeovn eller et ur..
Harvard-arkitektur kan læse en instruktion og også udføre adgang til datahukommelse samtidigt med en hurtig hastighed.
Det giver større ydeevne, da det giver mulighed for samtidig indhentning af data og instruktioner ved at blive gemt i separate hukommelser og rejse gennem forskellige busser.
En Harvard-arkitektur vil generelt hjælpe en computer med en vis grad af kompleksitet til at køre hurtigere end en Von Neumann-arkitektur, så længe det ikke er nødvendigt at dele ressourcer mellem data og kodehukommelser..
Hvis pinbegrænsninger eller andre faktorer tvinger brugen af en enkelt bus til at få adgang til begge hukommelsesrum, vil sådanne fordele sandsynligvis stort set blive ophævet.
Problemet med Harvard-arkitekturen er dens store kompleksitet og pris, for i stedet for en databus er der nu brug for to.
At producere en to-bus computer er meget dyrere og tidskrævende at fremstille. Kræver en styreenhed til to busser, som er mere kompliceret og tidskrævende og dyrere at udvikle.
Dette betyder en mere kompleks implementering for producenterne. Det kræver flere ben på CPU'en, et mere komplekst bundkort og at skulle duplikere RAM-chips samt et mere komplekst cache-design.
Harvard-arkitekturen bruges ikke i vid udstrækning, hvilket gør det vanskeligere at implementere. Det er derfor, det sjældent bruges uden for CPU.
Denne arkitektur bruges dog undertiden inden i CPU'en til at håndtere dens cacher..
Når der er ledig plads i datahukommelsen, kan den ikke bruges til at gemme instruktioner og omvendt.
Derfor skal de særlige minder, der er dedikeret til hver af dem, omhyggeligt afbalanceres i deres fremstilling..
Endnu ingen kommentarer