- aplicacions
- origen
- model
- Arquitectura Harvard modificada
- Com funciona l'arquitectura Harvard?
- Addicions a l'arquitectura
- Direccions de memòria
- Sistema de memòria
- avantatges
- Nivell de protecció
- major velocitat
- desavantatges
- Major complexitat i cost
- poca utilització
- Mal ús de l'espai de memòria
- referències
La arquitectura Harvard és una configuració de l'ordinador en què les dades i les instruccions d'un programa es troben en cel·les separades de memòria, que es poden abordar de forma independent.
És a dir, és el terme utilitzat per a un sistema informàtic que conté dues àrees separades: per les ordres o instruccions i per a les dades. Per tant, la funció principal d'aquesta arquitectura és emmagatzemar les dades separats físicament, proporcionant diferents rutes de senyal per a les instruccions i les dades.
Font: De Nessa els - Treball propi, CC BY-SA 3.0, commons.wikimedia
En aquesta arquitectura poden ser desiguals tant el format com els mitjans d'aquests dos segments de el sistema, ja que les dues parts estan constituïdes per dues estructures separades.
Alguns exemples d'arquitectures Harvard involucren els primers sistemes informàtics, on les instruccions de el programa podien estar en un mitjà, per exemple, en targetes perforades, i les dades emmagatzemades podien estar en un altre mitjà, per exemple, en cintes magnètiques.
aplicacions
Aquest tipus d'arquitectura té una àmplia aplicació en els productes de processament de vídeo i àudio. Amb cada eina per processar vídeo i àudio es podrà advertir la figura de l'arquitectura Harvard.
Els processadors Blackfin d'Analog Devices són el dispositiu particular on ha aconseguit el seu principal ús. En altres productes basats en xips electrònics, l'arquitectura Harvard també s'usa àmpliament.
No obstant això, la majoria de les computadores usen l'arquitectura von Neumann i empren caixets de CPU per aconseguir una superposició.
origen
El treball realitzat a la Universitat de Harvard en la dècada de 1940 sota el lideratge de Howard Aiken va crear un ordinador original basada en relés, anomenada Harvard Mark I, que és el terme d'on sorgeix el concepte de l'arquitectura Harvard.
Aquesta ordinador emprava unitats de memòria separades per emmagatzemar les dades i les instruccions. Després hi ha hagut un desenvolupament significatiu amb aquesta arquitectura.
Aiken va incitar a utilitzar memòries separades per a les dades i per a les instruccions de el programa, amb busos separats per a cadascuna.
L'arquitectura Harvard original emmagatzemava habitualment les instruccions en cintes perforades i les dades en comptadors electromecànics.
L'emmagatzematge de dades d'aquestes primeres màquines estava totalment dins de la unitat central de processament. D'altra banda, no donaven accés perquè les instruccions s'emmagatzemaran com dades. Un operador havia de carregar els programes.
Una arquitectura Harvard pot processar les dades i executar les instruccions a el mateix temps, perquè cada un d'ells té un bus d'adreces propi.
model
Aquest model es caracteritza en que els busos d'informació i l'emmagatzematge es troben separats físicament per les dades i el codi de el programa.
Com els busos funcionen de manera autònoma, les dades i les instruccions de el programa es poden obtenir a el mateix temps, millorant així la velocitat sobre el disseny de bus únic.
Per tant, el model Harvard resulta tenir més complexitat. No obstant això, a l'tenir els busos de forma independent s'evita el coll d'ampolla produït per l'arquitectura von Neumann.
Un ordinador pot ser més veloç per a un circuit de certa complexitat, perquè buscar les instruccions i accedir a les dades no han de lluitar per un sol bus de memòria.
Per treballar ha dos direccions de memòria. Per tant, hi ha un registre de memòria per a les instruccions de màquina i un altre registre de memòria per a les dades.
A diferència de l'arquitectura von Neumann, que utilitza un bus per moure tant les instruccions com les dades de la memòria, l'arquitectura Harvard fa servir una àrea de memòria per a les dades i un altre per a les instruccions.
Arquitectura Harvard modificada
En els ordinadors actuals no existeix físicament una disgregació de les àrees de memòria utilitzades pels programes i les dades. Per tal motiu es podria dir que tecnològicament tenen una arquitectura Von Neumann.
Això no obstant, l'arquitectura Harvard modificada serveix per representar de la millor manera a les computadores d'avui dia.
Tot i que les unitats de processament actuals comparteixen la memòria, disposen de certs elements, com ara instruccions exclusives, que impedeixen que les dades es puguin canviar la configuració les instruccions. A això es diu arquitectura Harvard modificada.
Així, l'arquitectura Harvard modificada té dos busos separats, un per al codi i un altre per a les dades, però la memòria en si és un element compartit físicament.
El controlador de memòria és on s'assenta el canvi, perquè aquest dispositiu és el que fa servir la memòria i com s'ha d'utilitzar.
Els dissenys de les computadores modernes tenen com a suport l'arquitectura Harvard modificada. S'usen en els microcontroladors i en el processament de senyal digital.
Com funciona l'arquitectura Harvard?
L'arquitectura Harvard té àrees diferents d'adreces de memòria per al programa i per a les dades.
Això porta com a conseqüència la capacitat de dissenyar un circuit de tal manera que es pugui utilitzar un bus i un circuit de control per gestionar el flux d'informació des de la memòria de programa i un altre separat per gestionar el flux d'informació cap a la memòria de dades.
L'ús de busos separats significa que és possible que la recuperació i execució d'un programa es realitzi sense que hi hagi cap interrupció per alguna transferència ocasional de dades a la memòria de dades.
Per exemple, en una versió simple d'aquesta arquitectura, la unitat de recuperació de el programa podria estar ocupada recuperant la següent instrucció en la seqüència de el programa i en paral·lel realitzar una operació de transferència de dades que van poder haver estat part de l'anterior instrucció de el programa.
En aquest nivell l'arquitectura Harvard té una limitació, ja que generalment no és possible col·locar el codi de el programa a la memòria de dades i executar des d'allà.
Addicions a l'arquitectura
A la forma simple de l'arquitectura Harvard es poden afegir moltes variants existents de cap problema.
Una addició comú és afegir un emmagatzematge memòria cau d'instruccions a l'bus de dades de el programa, que permeti a la unitat d'execució d'instruccions un accés més ràpid a el següent pas de el programa, sense haver d'anar a una memòria més lenta per obtenir el pas de el programa cada vegada que es requereixi.
Direccions de memòria
Un ordinador amb arquitectura Harvard té diferents àrees d'adreces de dades i d'instruccions: la direcció un instruccions no és la mateixa àrea que la direcció un dades.
La direcció un instruccions podria contenir un valor de vint bits, mentre que la direcció un dades podria indicar un byte de vuit bits, que no és part d'aquest valor de vint-bits.
Sistema de memòria
Com es té un àrea de memòria separat per a les instruccions i les dades, separant tant els senyals com l'emmagatzematge en memòria de el codi i les dades, això fa possible accedir simultàniament a cadascun dels sistemes de memòria.
avantatges
- Hi ha menys possibilitats de corrupció en la transmissió, ja que les dades i les instruccions es transfereixen a través de diferents busos.
- S'accedeix a les dades ia les instruccions de la mateixa manera.
- Permet diferents mitjans d'emmagatzematge per a les instruccions i les dades. Per exemple, es poden posar les instruccions en una ROM econòmica i les dades en una RAM costosa.
- Les dues memòries poden usar diferents mides de cel·la, amb la qual cosa es fa un ús efectiu dels recursos.
- Es té un major ample de banda de memòria, que és més predictible per tenir memòries separades per les instruccions i dades.
Nivell de protecció
En sistemes que no tinguin una unitat d'administració de memòria ofereix un nivell de protecció addicional, ja que no es podrà començar a executar dades com si fos codi, el que exposaria a el sistema a nombrosos problemes, tal com el desbordament de memòria intermèdia.
És per això que és popular amb els sistemes integrats petits, com el microones o un rellotge.
major velocitat
L'arquitectura Harvard pot llegir una instrucció i també realitzar l'accés a la memòria de dades simultàniament a una velocitat ràpida.
Ofereix un major rendiment, ja que permet l'obtenció simultània de dades i instruccions per guardar-se en memòries separades i viatjar a través de busos diferents.
Una arquitectura Harvard generalment ajudarà a que un ordinador amb cert nivell de complexitat funcioni més ràpid que una arquitectura Von Neumann, sempre que no sigui necessari compartir recursos entre les memòries de dades i de el codi.
Si les limitacions de pins o altres factors obliguen a l'ús d'un sol bus per accedir a tots dos espais de memòria, és probable que aquests avantatges s'anul·lin en gran mesura.
desavantatges
Major complexitat i cost
El problema amb l'arquitectura Harvard és la seva gran complexitat i cost pel fet que, en lloc d'un bus de dades, ara calen dos.
La producció d'un ordinador amb dos busos és molt més costosa i porta més temps fabricar-la. Requereix una unitat de control per a dos busos, que és més complicada i el desenvolupament és costós i necessita més temps.
Això significa una implementació més complexa per als fabricants. Requereix més pins a la CPU, una targeta mare més complexa i haver de duplicar els xips de la RAM, així com un disseny de memòria cau més complex.
poca utilització
L'arquitectura Harvard no s'usa molt, pel que és més difícil d'implementar. És per això que poques vegades es fa servir fora de la CPU.
No obstant això, aquesta arquitectura de vegades s'utilitza dins de la CPU per gestionar les seves memòries cau.
Mal ús de l'espai de memòria
Quan hi ha espai lliure a la memòria de dades no es pot utilitzar per emmagatzemar instruccions i viceversa.
Per tant, les memòries particulars que es dediquen a cada un d'ells s'han de fer amb cura equilibrades en la fabricació.
referències
- List Differences (2019). Difference Between Von Neumann and Harvard Architecture? Pres de: listdifferences.com.
- PC Magazine (2019). Definition of: Harvard architecture. Pres de: pcmag.com.
- Techopedia (2019). Harvard Architecture. Pres de: techopedia.com.
- Scott Thornton (2018). What 's the difference between Von-Neumann and Harvard architectures? Microcontroller Tips. Pres de: microcontrollertips.com.
- WikiLingue the free encyclopedia (2019). Harvard architecture. Pres de: en.wikipedia.org.
- The Crazy Programmer (2019). Difference between Von Neumann and Harvard Architecture. Pres de: thecrazyprogrammer.com.