Unterschied zwischen Von Neumann und Harvard Architecture

Es gibt zwei Arten von digitalen Computerarchitekturen, die die Funktionalität und Implementierung von Computersystemen beschreiben. Eine ist die Von-Neumann-Architektur, die in den späten 1940er Jahren vom renommierten Physiker und Mathematiker John Von Neumann entworfen wurde, und die andere ist die Harvard-Architektur, die auf dem ursprünglichen Harvard Mark-I-Relay-Computer basiert, der separate Speichersysteme verwendet Daten und Anweisungen speichern.

Die ursprüngliche Harvard-Architektur dient zum Speichern von Anweisungen auf Lochstreifen und Daten in elektromechanischen Zählern. Die Von-Neumann-Architektur bildet die Basis des modernen Computing und ist einfacher zu implementieren. In diesem Artikel werden die beiden Computerarchitekturen einzeln betrachtet und der Unterschied zwischen den beiden erläutert.

Was ist Von Neumann Architecture??

Es ist ein theoretischer Entwurf, der auf dem Konzept von Computern mit gespeicherten Programmen basiert, bei dem Programmdaten und Befehlsdaten im selben Speicher gespeichert werden.

Die Architektur wurde von dem renommierten Mathematiker und Physiker John Von Neumann im Jahr 1945 entworfen. Bis zum Von-Neumann-Konzept des Computerdesigns waren Computer für einen bestimmten Zweck konzipiert, der aufgrund der manuellen Umverdrahtung von Schaltkreisen nicht so ausgereift war.

Die Idee hinter den Von-Neumann-Architekturen ist die Möglichkeit, Anweisungen zusammen mit den Daten, auf denen die Anweisungen ausgeführt werden, im Speicher abzulegen. Kurz gesagt bezieht sich die Von-Neumann-Architektur auf ein allgemeines Rahmenwerk, dem die Hardware, die Programmierung und die Daten eines Computers folgen sollen.

Die Von-Neumann-Architektur besteht aus drei verschiedenen Komponenten: einer Zentraleinheit (CPU), einer Speichereinheit und Eingabe / Ausgabe-Schnittstellen (E / A-Schnittstellen). Die CPU ist das Herzstück des Computersystems, das aus drei Hauptkomponenten besteht: der Arithmetik- und Logikeinheit (ALU), der Steuereinheit (CU) und den Registern.

Die ALU ist für die Ausführung aller arithmetischen und logischen Operationen an Daten verantwortlich, während die Steuereinheit die Reihenfolge des Befehlsflusses bestimmt, der in Programmen ausgeführt werden muss, indem Steuersignale an die Hardware ausgegeben werden.

Bei den Registern handelt es sich im Wesentlichen um temporäre Speicherplätze, in denen die Adressen der Anweisungen gespeichert werden, die ausgeführt werden müssen. Die Speichereinheit besteht aus RAM, dem Hauptspeicher zum Speichern von Programmdaten und Anweisungen. Über die E / A-Schnittstellen können die Benutzer mit der Außenwelt wie beispielsweise Speichergeräten kommunizieren.

Was ist Harvard-Architektur??

Es ist eine Computerarchitektur mit physisch getrennten Speicher- und Signalpfaden für Programmdaten und Anweisungen. Im Gegensatz zur Von-Neumann-Architektur, die einen einzelnen Bus verwendet, um sowohl Befehle aus dem Speicher abzurufen als auch Daten von einem Teil eines Computers zu einem anderen zu übertragen, verfügt die Harvard-Architektur über einen separaten Speicherplatz für Daten und Anweisungen.

Beide Konzepte sind ähnlich, außer dass sie auf Speicher zugreifen. Die Idee der Harvard-Architektur besteht darin, den Speicher in zwei Teile aufzuteilen - einen für Daten und einen für Programme. Die Ausdrücke basierten auf dem ursprünglichen, auf Harvard Mark I basierenden Relay-basierten Computer, der ein System verwendete, mit dem sowohl Daten als auch Übertragungen und Befehlsabrufe gleichzeitig ausgeführt werden konnten.

Reale Computerdesigns basieren auf einer modifizierten Harvard-Architektur und werden häufig in Mikrocontrollern und DSP (Digital Signal Processing) verwendet..

Unterschied zwischen Von Neumann und Harvard Architecture

Grundlagen von Von Neumann und Harvard Architecture

Die Von-Neumann-Architektur ist ein theoretischer Computerentwurf, der auf dem Konzept eines gespeicherten Programms basiert, bei dem Programme und Daten in demselben Speicher gespeichert werden. Das Konzept wurde 1945 von einem Mathematiker John Von Neumann entworfen, der heute als Basis für fast alle modernen Computer dient. Die Harvard-Architektur basierte auf dem ursprünglichen Relay-basierten Computermodell von Harvard Mark I, das separate Busse für Daten und Anweisungen verwendete.

Erinnerungssystem von Von Neumann und Harvard Architecture

Die Von-Neumann-Architektur hat nur einen Bus, der sowohl für Befehlsabrufe als auch für Datenübertragungen verwendet wird. Die Operationen müssen geplant werden, da sie nicht gleichzeitig ausgeführt werden können. Die Harvard-Architektur hingegen hat einen separaten Speicherplatz für Anweisungen und Daten, wodurch Signale und Speicher für Code- und Datenspeicher physikalisch getrennt werden, was wiederum den gleichzeitigen Zugriff auf jedes Speichersystem ermöglicht.

Befehlsverarbeitung von Von Neumann und Harvard Architecture

In der Von-Neumann-Architektur würde die Verarbeitungseinheit zwei Taktzyklen benötigen, um einen Befehl auszuführen. Der Prozessor ruft den Befehl im ersten Zyklus aus dem Speicher ab und decodiert ihn, und dann werden die Daten im zweiten Zyklus aus dem Speicher entnommen. In der Harvard-Architektur kann die Verarbeitungseinheit einen Befehl in einem Zyklus abschließen, wenn entsprechende Pipelining-Strategien vorhanden sind.

Kosten von Von Neumann und Harvard Architecture

Da Anweisungen und Daten in der Von-Neumann-Architektur dasselbe Bussystem verwenden, vereinfacht dies den Entwurf und die Entwicklung der Steuereinheit, was die Produktionskosten letztendlich auf ein Minimum reduziert. Die Entwicklung einer Steuereinheit in der Harvard-Architektur ist aufgrund der komplexen Architektur, die zwei Busse für Anweisungen und Daten verwendet, teurer als die vorherige.

Verwendung von Von Neumann und Harvard Architecture

Die Von-Neumann-Architektur wird hauptsächlich auf allen Computern eingesetzt, die Sie von Desktop-Computern und Notebooks bis hin zu Hochleistungscomputern und Workstations sehen. Die Harvard-Architektur ist ein recht neues Konzept, das hauptsächlich in Mikrocontrollern und der digitalen Signalverarbeitung (DSP) verwendet wird..

Von Neumann vs. Harvard Architecture: Vergleichstabelle

Zusammenfassung von Von Neumann vs. Harvard Architecture

Die Von-Neumann-Architektur ist der Harvard-Architektur ähnlich, außer dass sie einen einzigen Bus zum Ausführen von Befehlsabrufen und Datenübertragungen verwendet. Die Vorgänge müssen daher geplant werden. Die Harvard-Architektur hingegen verwendet zwei getrennte Speicheradressen für Daten und Anweisungen, so dass Daten gleichzeitig in beide Busse eingespeist werden können. Die komplexe Architektur erhöht jedoch nur die Entwicklungskosten der Steuereinheit gegenüber den niedrigeren Entwicklungskosten der weniger komplexen Von-Neumann-Architektur, die einen einzigen einheitlichen Cache verwendet.