Asal arsitektur Harvard, model, cara kerjanya

Itu Arsitektur Harvard Ini adalah konfigurasi komputer di mana data dan instruksi dari suatu program ditemukan dalam sel terpisah, yang dapat diatasi secara mandiri. 

Yaitu, istilah yang digunakan untuk sistem komputer yang berisi dua area terpisah: untuk perintah atau instruksi dan untuk data. Oleh karena itu, fungsi utama arsitektur ini adalah menyimpan data secara terpisah, menyediakan rute sinyal yang berbeda untuk instruksi dan data.

Sumber: Nessa Los - Pekerjaan Sendiri, CC oleh -SA 3.0, Commons.Wikimedia

Dalam arsitektur ini, baik format dan media dari dua segmen sistem ini bisa tidak setara, karena kedua pihak terdiri dari dua struktur yang terpisah.

Beberapa contoh arsitektur Harvard melibatkan sistem komputer pertama, di mana instruksi program dapat dalam media, misalnya, dalam kartu berlubang, dan data yang disimpan dapat berada di media lain, misalnya, dalam kaset magnetik.

[TOC]

Aplikasi

Jenis arsitektur ini memiliki aplikasi yang luas dalam produk pemrosesan video dan audio. Dengan setiap alat untuk memproses video dan audio, Anda dapat melihat sosok arsitektur Harvard.

Perangkat Analog Prosesor Blackfin adalah perangkat tertentu di mana ia telah mencapai penggunaan utamanya. Dalam produk lain berdasarkan chip elektronik, arsitektur Harvard juga banyak digunakan.

Namun, sebagian besar komputer menggunakan arsitektur von neumann dan menggunakan cache CPU untuk mencapai tumpang tindih.

Asal

Pekerjaan yang dilakukan di Universitas Harvard pada tahun 1940 -an di bawah kepemimpinan Howard Aiken menciptakan komputer berbasis relai asli, yang disebut Harvard Mark I, yang merupakan istilah dari mana konsep arsitektur Harvard muncul.

Komputer ini menggunakan unit memori terpisah untuk menyimpan data dan instruksi. Lalu ada perkembangan yang signifikan dengan arsitektur ini.

Aiken diminta untuk menggunakan ingatan terpisah untuk data dan untuk instruksi program, dengan bus terpisah untuk masing -masing.

Arsitektur Harvard asli biasanya menyimpan instruksi dalam kaset berlubang dan data dalam penghitung elektromekanis.

Penyimpanan data mesin pertama ini benar -benar berada di dalam unit pemrosesan pusat. Di sisi lain, mereka tidak memberikan akses sehingga instruksi disimpan sebagai data. Seorang operator harus memuat program.

Arsitektur Harvard dapat memproses data dan menjalankan instruksi secara bersamaan, karena masing -masing memiliki bus alamatnya sendiri.

Model

Model ini ditandai bahwa bus informasi dan penyimpanan dipisahkan secara fisik untuk data dan kode program.

Dapat melayani Anda: mesin komposit

Saat bus bekerja secara mandiri, data dan instruksi program dapat diperoleh pada saat yang sama, sehingga meningkatkan kecepatan pada desain bus yang unik.

Oleh karena itu, model Harvard adalah memiliki kompleksitas yang lebih besar. Namun, memiliki bus secara mandiri menghindari bottleneck yang diproduksi oleh arsitektur von neumann.

Komputer bisa lebih cepat untuk sirkuit kompleksitas tertentu, karena mencari instruksi dan mengakses data tidak harus berjuang untuk satu bus memori tunggal.

Untuk bekerja ada dua alamat memori. Oleh karena itu, ada catatan memori untuk instruksi mesin dan catatan memori lain untuk data.

Tidak seperti arsitektur von neumann, yang menggunakan bus untuk memindahkan instruksi dan data memori, arsitektur Harvard menggunakan area memori untuk data dan lainnya untuk instruksi.

Arsitektur Harvard yang dimodifikasi

Di komputer saat ini tidak ada disintegrasi area memori yang digunakan oleh program dan data. Untuk alasan ini dapat dikatakan bahwa secara teknologi mereka memiliki arsitektur von neumann.

Namun, arsitektur Harvard yang dimodifikasi berfungsi untuk mewakili komputer saat ini.

Meskipun unit pemrosesan saat ini berbagi memori, mereka memiliki elemen tertentu, seperti instruksi eksklusif, yang mencegah data ke dalam instruksi. Ini disebut arsitektur Harvard yang dimodifikasi.

Dengan demikian, arsitektur Harvard yang dimodifikasi memiliki dua bus terpisah, satu untuk kode dan satu untuk data, tetapi memori itu sendiri adalah elemen yang dibagikan secara fisik.

Pengontrol memori adalah tempat perubahannya didasarkan, karena perangkat ini adalah yang mengelola memori dan bagaimana harus digunakan.

Desain komputer modern didukung oleh arsitektur Harvard yang dimodifikasi. Mereka digunakan dalam mikrokontroler dan pemrosesan sinyal digital.

Bagaimana cara kerja arsitektur Harvard?

Arsitektur Harvard memiliki berbagai bidang alamat memori untuk program dan untuk data.

Ini menghasilkan kemampuan untuk merancang sirkuit sedemikian rupa sehingga sirkuit bus dan kontrol dapat digunakan untuk menangani aliran informasi dari memori program dan yang lain terpisah untuk menangani aliran informasi ke memori data memori data.

Penggunaan bus terpisah berarti bahwa ada kemungkinan bahwa pemulihan dan pelaksanaan suatu program dilakukan tanpa gangguan dengan beberapa transfer data sesekali ke memori data.

Dapat melayani Anda: 10 elemen komputer yang lebih penting

Misalnya, dalam versi sederhana dari arsitektur ini, unit pemulihan program dapat ditempati dengan memulihkan instruksi berikut dalam urutan program dan secara paralel melakukan operasi transfer data yang bisa menjadi bagian dari instruksi sebelumnya dari program ini.

Pada level ini, arsitektur Harvard memiliki batasan, karena umumnya tidak mungkin untuk menempatkan kode program dalam memori data dan menjalankannya dari sana.

Penambahan dalam Arsitektur

Untuk bentuk sederhana arsitektur Harvard, banyak varian yang ada dari komplikasi yang lebih besar dapat ditambahkan.

Tambahan umum adalah menambahkan penyimpanan cache instruksi ke bus data program, yang memungkinkan unit eksekusi instruksi untuk akses yang lebih cepat ke langkah berikutnya dari program, tanpa harus pergi ke memori yang lebih lambat untuk mendapatkan langkah program Setiap kali diperlukan.

Alamat memori

Komputer dengan arsitektur Harvard memiliki area alamat dan instruksi data yang berbeda: alamat salah satu instruksi bukanlah area yang sama dengan alamat salah satu data.

Alamat Salah satu instruksi dapat berisi nilai dua puluh empat bit, sedangkan alamat salah satu data dapat menunjukkan byte delapan -bit, yang bukan bagian dari nilai dua puluh empat bit.

Sistem memori

Karena Anda memiliki area memori terpisah untuk instruksi dan data, memisahkan sinyal dan penyimpanan dalam kode dan memori data, ini memungkinkan untuk secara bersamaan mengakses masing -masing sistem memori.

Keuntungan

- Ada lebih sedikit kemungkinan korupsi dalam transmisi, karena data dan instruksi ditransfer melalui bus yang berbeda.

- Data dan instruksi diakses dengan cara yang sama.

- Memungkinkan media penyimpanan yang berbeda untuk instruksi dan data. Misalnya, Anda dapat memberikan instruksi pada ROM dan data ekonomi dalam RAM yang mahal.

- Dua ingatan dapat menggunakan ukuran sel yang berbeda, yang memanfaatkan sumber daya yang efektif.

- Ada bandwidth memori yang lebih tinggi, yang lebih dapat diprediksi untuk memiliki ingatan terpisah untuk instruksi dan data.

Tingkat perlindungan

Dalam sistem yang tidak memiliki unit administrasi memori menawarkan tingkat perlindungan tambahan, karena data tidak dapat dieksekusi seolah -olah itu adalah kode, yang akan mengekspos sistem ke berbagai masalah, seperti buffer overflow.

Dapat melayani Anda: perangkat lunak komersial

Itulah mengapa ini populer dengan sistem terintegrasi kecil, seperti microwave atau jam.

Kecepatan yang lebih tinggi

Arsitektur Harvard dapat membaca instruksi dan juga membuat akses ke memori data secara bersamaan dengan kecepatan cepat.

Menawarkan kinerja yang lebih tinggi, karena memungkinkan mendapatkan data dan instruksi secara simultan disimpan dalam ingatan yang terpisah dan melakukan perjalanan melalui bus yang berbeda.

Arsitektur Harvard umumnya akan membantu komputer dengan tingkat kompleksitas tertentu untuk berfungsi lebih cepat daripada arsitektur von Neumann, asalkan tidak perlu berbagi sumber daya antara memori data dan kode.

Jika keterbatasan pin atau faktor lain memaksa penggunaan bus tunggal untuk mengakses kedua ruang memori, keunggulan tersebut cenderung dibatalkan pada tingkat yang sebagian besar.

Kerugian

Kompleksitas dan biaya yang lebih besar

Masalah dengan arsitektur Harvard adalah kompleksitas dan biayanya yang besar karena, bukannya bus data, dua sekarang dibutuhkan.

Produksi komputer dengan dua bus jauh lebih mahal dan membutuhkan waktu lebih lama untuk memproduksinya. Itu membutuhkan unit kontrol untuk dua bus, yang lebih rumit dan yang perkembangannya mahal dan membutuhkan lebih banyak waktu.

Ini berarti implementasi yang lebih kompleks untuk produsen. Ini membutuhkan lebih banyak pin pada CPU, motherboard yang lebih kompleks dan harus menggandakan chip RAM, serta desain cache yang lebih kompleks.

Sedikit penggunaan

Arsitektur Harvard tidak banyak digunakan, jadi lebih sulit untuk diterapkan. Itulah mengapa jarang digunakan di luar CPU.

Namun, arsitektur ini terkadang digunakan dalam CPU untuk menangani bukit -bukitnya.

Penyalahgunaan ruang memori

Ketika ada ruang bebas dalam memori data, itu tidak dapat digunakan untuk menyimpan instruksi dan sebaliknya.

Oleh karena itu, ingatan khusus yang didedikasikan untuk masing -masing dari mereka harus dibuat dengan hati -hati dalam pembuatannya.

Referensi

1. Daftar Perbedaan (2019). Perbedaan antara von Neumann dan arsitektur Harvard? Diambil dari: ListDifferences.com.
2. PC Magazine (2019). Definisi: Arsitektur Harvard. Diambil dari: pcmag.com.
3. Ravepedia (2019). Arsitektur Harvard. Diambil dari: ravepedia.com.
4. Scott Thornton (2018). Apa perbedaan antara arsitektur von-neumann dan Harvard? Tips Mikrokontroler. Diambil dari: microcontrolertips.com.
5. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2019). Arsitektur Harvard. Diambil dari: di.Wikipedia.org.
6. Programmer Gila (2019). Perbedaan antara von Neumann dan arsitektur Harvard. Diambil dari: TheCrazyProgrammer.com.