Харвардска компютърна архитектура
Двата типа компютърни архитектури. Фон Ноймановата архитектура има следните особености:1. Инструкциите и данните се съхраняват в една и съща памет.
2. Инструкциите и данните споделят една системна памет.
Харвардската архитектура има следните особености:
1. Физически разделя пространството и достъпа за инструкции и данни.
2. Като цяло, пространството за инструкции е по-широко, отколкото за данните.
3. За някои компютри, паметта за инструкции е само за четене.
4. В случаите, без да кешира, харвард архитектура е по-ефективна от фон-Ноймановата.
Структурите на шините при двете също са различни: Харвард архитектура има отделни даннова шина и шина за инструкции, което позволява трансфери едновременно по двете шини. Фон Ноймановата архитектура има само една шина, която се използва едновременно за предаване на данни и за извличане на инструкции и поради това те трябва да се планират - не могат да се извършват по едно и също време.
Сравнение на двете архитектури при стартирани програми. Поради разширените инструкции, харвардската архитектура поддържа повече инструкции с по-малко хардуерни изисквания. Например, ARM9 процесор разполага с 24-битови инструкции, така че трябва да има 224 = 16777216 инструкциите, които са много повече от тези на 16-битовите процесори (65 536). Така, че с едната си шина, с която фон Ноймановата архитектура разполага, процесорът трябва да по-големи изисквания, спрямо хардуера при дължината на данните, ако иска да има 24-битова инструкция.
На второ място, синхронния достъп до паметта по двете шини осигурява повече процесорно време. Фон Ноймановия процесор трябва да изпълни командата в две стъпки (първо прочита инструкцията, а след това прочита подадените данни, които инструкцията изисква). Но Харвардската архитектура може да чете едновременно инструкциите и данните. Ясно е, че успоредното предаване е по-бързо и по-ефективно, тъй като отнема само една стъпка за всяка команда.
В резултат, Харвардската архитектура е особено мощна в цифровата електроника. Тъй като повечето команди в DSP изискват достъп до данновата памет, архитектурата с две шини спестява много повече процесорно време.
Модифицирана харвардска архитектура (Modified Harvard Architecture)
Разработена е един вид модифицирана харвардска архитектура, в която има допълнителен път между процесора и паметта за инструкции. То позволява думите в паметта за инструкции да се третират като "данни само за четене", така че константните данни (например текстов низ) могат да се прочитат от паметта за инструкции, вместо от памета за данни. Този метод запазва повече даннова памет за четене и запис на променливи. Модифицираната харвардска архитектура работи, когато има константни данни в паметта за данни. Модифицираната харвардска архитектура позволява инструкциите в паметта за инструкции да се третират както ако бяха данни, но езика за програмиране C стандарт не поддържа тази архитектура, така че, трябва да се добавят нестандартни външни библиотеки.
Историческо основното предимство на Харвардската архитектура (Едновременен достъп до повече от една системна памет) е анулирано от съвременни системи за кеш паметта, осигуряващи повече гъвкавост на Фон Ноймановата машина и равни резултати в повечето случаи. Модифицираната харвардска архитектура по този начин изпада в ниша приложения, при които за лекота на програмиране /сложността/ има компромис в качеството. Тъй като C не е предназначен за Харвардски архитектури, а е проектиран за Фон Нойманови архитектури, където код и данни са в едно и също адресно пространство, така че всеки компилатор за процесор с Харвардска архитектура, както и AVR (Atmel Atmega), трябва да използва други методи, за работа с разделени адресни пространства. Някои компилатори използват нестандартни ключови думи от С. Инструментите на AVR имат различен подход.
Използване на кеша в двете архитектури
Скоростта на процесора е по-висока от скоростта на достъп до основната памет. Така че, модерни високопроизводителни компютри с кеш памет имат "включени аспекти" от Фон Ноймановата и Харвардската архитектури. Програмистите върху Фона Нойманова архитектура могат да работят върху харвардска архитектура, без да знаят хардуера. В резултат с помощта на кеш и двете архитектури печелят повишаване на ефективността.
Постоянна връзка към статията (Permalink): Харвардска компютърна архитектура: