De Harvard-arkitektur er en datamaskinkonfigurasjon der dataene og instruksjonene til et program er lokalisert i separate minneceller, som kan adresseres uavhengig.
Det vil si at det er begrepet som brukes for et datasystem som inneholder to separate områder: for kommandoer eller instruksjoner og for data. Derfor er hovedfunksjonen til denne arkitekturen å lagre dataene fysisk atskilt, og gi forskjellige signalveier for instruksjonene og dataene..
I denne arkitekturen kan både formatet og mediet til disse to segmentene i systemet være ulikt, siden de to delene består av to separate strukturer..
Noen eksempler på Harvard-arkitekturer involverer tidlige datasystemer, der programinstruksjoner kan være på ett medium, for eksempel på hullkort, og lagrede data kan være på et annet medium, for eksempel på magnetbånd..
Artikkelindeks
Denne typen arkitektur har bred anvendelse i video- og lydbehandlingsprodukter. Med hvert verktøy for å behandle video og lyd, vil du kunne se figuren av Harvard-arkitekturen.
Analoge enheter Blackfin-prosessorer er den spesielle enheten der den har funnet sin viktigste bruk. I andre elektroniske chipbaserte produkter er Harvard-arkitektur også mye brukt.
Imidlertid bruker de fleste datamaskiner von Neumann-arkitekturen og bruker CPU-cacher for å oppnå en overlapping.
Arbeid utført ved Harvard University på 1940-tallet under ledelse av Howard Aiken skapte en original relébasert datamaskin, kalt Harvard Mark I, som er begrepet som begrepet Harvard-arkitektur oppsto fra..
Denne datamaskinen brukte separate minneenheter for å lagre data og instruksjoner. Så har det skjedd en betydelig utvikling med denne arkitekturen.
Aiken oppfordret til bruk av separate minner for data og for programinstruksjoner, med separate busser for hver..
Den opprinnelige Harvard-arkitekturen lagret vanligvis instruksjoner på stansede bånd og data på elektromekaniske tellere..
Datalagringen av disse tidlige maskinene var helt innenfor sentralbehandlingsenheten. På den annen side ga de ikke tilgang til at instruksjonene ble lagret som data. En operatør måtte laste programmene.
En Harvard-arkitektur kan behandle data og utføre instruksjoner samtidig, fordi hver av dem har sin egen adressebuss.
Denne modellen er preget av at informasjonsbussene og lagringen er fysisk atskilt for dataene og programkoden..
Ettersom bussene opererer autonomt, kan data- og programinstruksjoner oppnås samtidig, og forbedrer dermed hastigheten i forhold til enkeltbussdesignet..
Derfor viser Harvard-modellen seg å være mer kompleks. Å ha bussene unngår imidlertid flaskehalsen produsert av von Neumann-arkitekturen.
En datamaskin kan være raskere for en krets av en viss kompleksitet, fordi det å søke etter instruksjoner og få tilgang til data ikke trenger å kjempe for en eneste minnebuss.
For å jobbe er det to minneadresser. Derfor er det et lagerregister for maskininstruksjoner og et annet minneregister for data..
I motsetning til von Neumann-arkitekturen, som bruker en buss til å flytte både instruksjoner og data i minnet, bruker Harvard-arkitekturen ett minneområde for data og et annet for instruksjoner..
I dagens datamaskiner er det ingen fysisk oppløsning av minneområdene som brukes av programmer og data. Av denne grunn kan det sies at de teknologisk har en Von Neumann-arkitektur.
Imidlertid tjener den modifiserte Harvard-arkitekturen til å best representere dagens datamaskiner..
Selv om nåværende prosesseringsenheter deler minne, har de visse elementer, for eksempel unike instruksjoner, som forhindrer at data blir sammenflettet med instruksjoner. Dette kalles modifisert Harvard-arkitektur..
Dermed har den modifiserte Harvard-arkitekturen to separate busser, en for kode og en for data, men minnet i seg selv er et fysisk delt element..
Minnekontrolleren er der endringen sitter, fordi denne enheten er den som håndterer minnet og hvordan den skal brukes.
Moderne datamaskindesign støttes av den modifiserte Harvard-arkitekturen. Brukes i mikrokontrollere og digital signalbehandling.
Harvard-arkitekturen har forskjellige minneadresseområder for programmet og dataene.
Dette resulterer i evnen til å utforme en krets på en slik måte at en buss og en styringskrets kan brukes til å håndtere informasjonsflyten fra programminnet og en separat for å håndtere informasjonsflyten til dataminnet..
Bruken av separate busser betyr at det er mulig å hente og utføre et program uten å bli avbrutt av en og annen overføring av data til dataminnet..
For eksempel, i en enkel versjon av denne arkitekturen, kan programgjenopprettingsenheten være opptatt med å hente neste instruksjon i programsekvensen og parallelt med å utføre en dataoverføringsoperasjon som kunne ha vært en del av den forrige programinstruksjonen..
På dette nivået har Harvard-arkitekturen en begrensning, siden det generelt ikke er mulig å plassere programkoden i dataminnet og utføre den derfra..
Mange mer kompliserte eksisterende varianter kan legges til den enkle formen for Harvard-arkitekturen..
Et vanlig tillegg er å legge til en instruksjonsbuffer til programmets databuss, som gir instruksjonskjøringsenheten raskere tilgang til neste trinn i programmet, uten å måtte gå til langsommere minne for å komme til trinnet. Av programmet hver gang det er kreves.
En datamaskin fra Harvard-arkitekturen har forskjellige data- og instruksjonsadresseområder: instruksjonsadresse en er ikke det samme området som dataadressen en.
Instruksadresse en kan inneholde en tjuefire-bit-verdi, mens datadressen en kan indikere en åtte-bit byte, som ikke er en del av den tjuefire-bit-verdien..
Siden det er et eget minneområde for instruksjoner og data, som skiller både signalene og minnelagring av koden og dataene, gjør dette det mulig å få tilgang til hvert av minnesystemene samtidig..
- Det er mindre sjanse for korrupsjon i overføring, da data og instruksjoner overføres gjennom forskjellige busser.
- Data og instruksjoner er tilgjengelig på samme måte.
- Tillater forskjellige lagringsmedier for instruksjoner og data. For eksempel kan du legge instruksjonene i en billig ROM og dataene i et dyrt RAM..
- De to minnene kan bruke forskjellige cellestørrelser, noe som effektivt bruker ressurser.
- Den har høyere minnebåndbredde, noe som er mer forutsigbar ved å ha separate minner for instruksjoner og data..
I systemer som ikke har en minnehåndteringsenhet, tilbyr den et ekstra beskyttelsesnivå, siden det ikke vil være mulig å begynne å utføre data som om det var kode, noe som ville utsette systemet for mange problemer, for eksempel bufferoverløp..
Det er derfor det er populært blant små innebygde systemer, for eksempel en mikrobølgeovn eller en klokke..
Harvard-arkitektur kan lese en instruksjon og også utføre dataminnetilgang samtidig med høy hastighet.
Det gir bedre ytelse, siden det tillater samtidig innhenting av data og instruksjoner ved å bli lagret i separate minner og reise gjennom forskjellige busser.
En Harvard-arkitektur vil generelt hjelpe en datamaskin med et visst nivå av kompleksitet til å kjøre raskere enn en Von Neumann-arkitektur, så lenge det ikke er nødvendig å dele ressurser mellom data og kodeminner..
Hvis pinbegrensninger eller andre faktorer tvinger bruken av en enkelt buss for å få tilgang til begge minneplassene, vil slike fordeler sannsynligvis i stor grad bli opphevet.
Problemet med Harvard-arkitekturen er dens store kompleksitet og kostnad fordi det i stedet for en databuss nå er behov for to.
Å produsere en to-buss datamaskin er mye dyrere og tidkrevende å produsere. Krever en kontrollenhet for to busser, noe som er mer komplisert og tidkrevende og kostbart å utvikle.
Dette betyr en mer kompleks implementering for produsenter. Det krever flere pinner på CPUen, et mer komplekst hovedkort og å måtte duplisere RAM-brikkene, samt en mer kompleks cache-design.
Harvard-arkitekturen er ikke mye brukt, noe som gjør det vanskeligere å implementere. Dette er grunnen til at det sjelden brukes utenfor CPU.
Imidlertid blir denne arkitekturen noen ganger brukt i CPU-en for å håndtere cachene..
Når det er ledig plass i dataminnet, kan det ikke brukes til å lagre instruksjoner og omvendt.
Derfor må de spesielle minnene som er viet til hver av dem, balanseres nøye når de produseres..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.