Diferença entre Von Neumann e arquitetura de Harvard

Existem dois tipos de arquiteturas de computador digital que descrevem a funcionalidade e implementação de sistemas de computador. Uma é a arquitetura de Von Neumann que foi projetada pelo renomado físico e matemático John Von Neumann no final dos anos 1940, e a outra é a arquitetura de Harvard que foi baseada no computador baseado em relé original de Harvard Mark I que empregava sistemas de memória separados para armazenar dados e instruções.

A arquitetura original de Harvard costumava armazenar instruções em fitas perfuradas e dados em contadores eletromecânicos. A arquitetura Von Neumann forma a base da computação moderna e é mais fácil de implementar. Este artigo analisa as duas arquiteturas de computador individualmente e explica a diferença entre as duas.



Diferença entre Von Neumann e arquitetura de Harvard



O que é arquitetura de Von Neumann?

É um projeto teórico baseado no conceito de computadores de programa armazenado, onde os dados do programa e os dados de instrução são armazenados na mesma memória.

A arquitetura foi projetada pelo renomado matemático e físico John Von Neumann em 1945. Até o conceito de projeto de computador de Von Neumann, as máquinas de computação eram projetadas para um único propósito predeterminado que carecia de sofisticação devido à religação manual dos circuitos.



A ideia por trás das arquiteturas de Von Neumann é a capacidade de armazenar instruções na memória junto com os dados nos quais as instruções operam. Em suma, a arquitetura de Von Neumann se refere a uma estrutura geral que o hardware, a programação e os dados de um computador devem seguir.

A arquitetura Von Neumann consiste em três componentes distintos: uma unidade de processamento central (CPU), unidade de memória e interfaces de entrada / saída (E / S). A CPU é o coração do sistema de computador que consiste em três componentes principais: a Unidade Aritmética e Lógica (ALU), a unidade de controle (CU) e os registros.

A ALU é responsável por realizar todas as operações aritméticas e lógicas sobre os dados, enquanto a unidade de controle determina a ordem do fluxo das instruções que precisam ser executadas nos programas, emitindo sinais de controle para o hardware.



Os registradores são basicamente locais de armazenamento temporário que armazenam endereços das instruções que precisam ser executadas. A unidade de memória consiste em RAM, que é a memória principal usada para armazenar dados e instruções do programa. As interfaces de E / S permitem que os usuários se comuniquem com o mundo externo, como dispositivos de armazenamento.

O que é arquitetura de Harvard?

É uma arquitetura de computador com armazenamento fisicamente separado e caminhos de sinal para dados e instruções do programa. Ao contrário da arquitetura de Von Neumann, que emprega um único barramento para buscar instruções da memória e transferir dados de uma parte de um computador para outra, a arquitetura de Harvard possui espaço de memória separado para dados e instruções.

Ambos os conceitos são semelhantes, exceto a maneira como acessam as memórias. A ideia por trás da arquitetura de Harvard é dividir a memória em duas partes - uma para dados e outra para programas. Os termos foram baseados no computador baseado em relé Harvard Mark I original, que empregava um sistema que permitiria que tanto as transferências de dados quanto as buscas de instruções fossem realizadas ao mesmo tempo.

Projetos de computadores do mundo real são baseados na arquitetura Harvard modificada e são comumente usados ​​em microcontroladores e DSP (Digital Signal Processing).

Diferença entre Von Neumann e arquitetura de Harvard

Diferença entre Von Neumann e arquitetura de Harvard

Noções básicas de arquitetura de Von Neumann e Harvard

A arquitetura de Von Neumann é um projeto teórico de computador baseado no conceito de programa armazenado, onde programas e dados são armazenados na mesma memória. O conceito foi desenhado por um matemático John Von Neumann em 1945 e que atualmente serve como base para quase todos os computadores modernos. A arquitetura de Harvard foi baseada no modelo original de computador baseado em relé Harvard Mark I, que empregava barramentos separados para dados e instruções.

Sistema de Memória de Von Neumann e Arquitetura de Harvard

A arquitetura de Von Neumann tem apenas um barramento que é usado para buscas de instruções e transferências de dados, e as operações devem ser agendadas porque não podem ser realizadas ao mesmo tempo. A arquitetura Harvard, por outro lado, possui espaço de memória separado para instruções e dados, que separam fisicamente os sinais e o armazenamento para a memória de código e de dados, o que por sua vez torna possível acessar cada um dos sistemas de memória simultaneamente.

Processamento de instruções de arquitetura de Von Neumann e Harvard

Na arquitetura de Von Neumann, a unidade de processamento precisaria de dois ciclos de clock para completar uma instrução. O processador busca a instrução da memória no primeiro ciclo e a decodifica, e então os dados são retirados da memória no segundo ciclo. Na arquitetura de Harvard, a unidade de processamento pode completar uma instrução em um ciclo se estratégias apropriadas de pipelining estiverem em vigor.

Custo da arquitetura de Von Neumann e Harvard

Como as instruções e os dados usam o mesmo sistema de barramento na arquitetura Von Neumann, isso simplifica o projeto e o desenvolvimento da unidade de controle, o que eventualmente reduz o custo de produção ao mínimo. O desenvolvimento da unidade de controle na arquitetura Harvard é mais caro do que o anterior por causa da arquitetura complexa que emprega dois barramentos para instruções e dados.

Uso da arquitetura de Von Neumann e Harvard

A arquitetura Von Neumann é usada principalmente em todas as máquinas que você vê, desde computadores desktop e notebooks até computadores e estações de trabalho de alto desempenho. A arquitetura de Harvard é um conceito relativamente novo usado principalmente em microcontroladores e processamento digital de sinais (DSP).

Arquitetura de Von Neumann vs. Harvard: gráfico de comparação

Da arquitetura Neumann VERSUS Arquitetura Harvard

Resumo da arquitetura de Von Neumann vs. Harvard

A arquitetura de Von Neumann é semelhante à arquitetura de Harvard, exceto por usar um único barramento para realizar buscas de instruções e transferências de dados, portanto, as operações devem ser programadas. A arquitetura Harvard, por outro lado, usa dois endereços de memória separados para dados e instruções, o que torna possível alimentar dados em ambos os barramentos ao mesmo tempo. No entanto, a arquitetura complexa apenas aumenta o custo de desenvolvimento da unidade de controle em comparação com o custo de desenvolvimento mais baixo da arquitetura Von Neumann menos complexa que emprega um único cache unificado.

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