Différence entre Von Neumann et Harvard Architecture

Il existe deux types d'architectures informatiques numériques qui décrivent la fonctionnalité et la mise en œuvre des systèmes informatiques. L’un est l’architecture Von Neumann qui a été conçue par le physicien et mathématicien renommé John Von Neumann à la fin des années 1940, l’autre est l’architecture de Harvard qui est basée sur le premier ordinateur basé sur un relais de Harvard Mark I qui utilisait des systèmes de mémoire séparés. stocker des données et des instructions.

L'architecture originale de Harvard utilisait le stockage d'instructions sur des bandes perforées et des données dans des compteurs électromécaniques. L'architecture Von Neumann constitue la base de l'informatique moderne et est plus facile à mettre en œuvre. Cet article examine les deux architectures informatiques individuellement et explique la différence entre les deux..

Qu'est-ce que l'architecture Von Neumann??

Il s'agit d'une conception théorique basée sur le concept d'ordinateurs à programme enregistré, dans lesquels les données de programme et les données d'instruction sont stockées dans la même mémoire..

L'architecture a été conçue par le célèbre mathématicien et physicien John Von Neumann en 1945. Jusqu'au concept de conception informatique de Von Neumann, les machines informatiques étaient conçues pour un seul objectif prédéterminé qui manquerait de sophistication en raison du recâblage manuel des circuits..

L'idée derrière les architectures Von Neumann est la possibilité de stocker des instructions dans la mémoire avec les données sur lesquelles elles fonctionnent. En bref, l’architecture de Von Neumann fait référence à un cadre général que devraient suivre le matériel, la programmation et les données d’un ordinateur..

L'architecture de Von Neumann comprend trois composants distincts: une unité de traitement centrale (CPU), une unité de mémoire et des interfaces d'entrée / sortie (I / O). Le processeur est le cœur du système informatique. Il est constitué de trois composants principaux: l’unité logique et arithmétique (ALU), l’unité de contrôle (CU) et les registres..

L'ALU est responsable de l'exécution de toutes les opérations arithmétiques et logiques sur les données, tandis que l'unité de contrôle détermine l'ordre de circulation des instructions devant être exécutées dans les programmes en envoyant des signaux de contrôle au matériel..

Les registres sont essentiellement des emplacements de stockage temporaires qui stockent les adresses des instructions à exécuter. L'unité de mémoire est constituée de RAM, qui est la mémoire principale utilisée pour stocker les données de programme et les instructions. Les interfaces d’entrée / sortie permettent aux utilisateurs de communiquer avec le monde extérieur, tels que des périphériques de stockage..

Qu'est-ce que Harvard Architecture??

Il s’agit d’une architecture informatique avec des voies de stockage et de signalisation physiquement séparées pour les données de programme et les instructions. Contrairement à l’architecture Von Neumann qui utilise un seul bus pour extraire des instructions de la mémoire et transférer des données d’une partie de l’ordinateur à l’autre, l’architecture de Harvard dispose d’un espace mémoire séparé pour les données et les instructions..

Les deux concepts sont similaires sauf la façon dont ils accèdent aux mémoires. L’idée de l’architecture de Harvard est de scinder la mémoire en deux parties: l’une pour les données et l’autre pour les programmes. Les termes étaient basés sur le premier ordinateur à relais de Harvard Mark I, qui utilisait un système permettant à la fois les transferts de données et les transferts d’instructions..

Les conceptions informatiques du monde réel reposent en réalité sur une architecture de Harvard modifiée et sont couramment utilisées dans les microcontrôleurs et le DSP (Digital Signal Processing)..

Différence entre Von Neumann et Harvard Architecture

Bases de l'architecture de Von Neumann et Harvard

L'architecture Von Neumann est une conception informatique théorique basée sur le concept de programme mémorisé dans lequel les programmes et les données sont stockés dans la même mémoire. Le concept a été conçu par un mathématicien John Von Neumann en 1945 et sert actuellement de base à presque tous les ordinateurs modernes. L’architecture de Harvard s’appuie sur le modèle informatique original à relais de Harvard Mark I, qui utilisait des bus distincts pour les données et les instructions..

Système de mémoire de l'architecture de Von Neumann et Harvard

L'architecture Von Neumann ne possède qu'un seul bus utilisé à la fois pour les extractions d'instructions et les transferts de données. Les opérations doivent être planifiées car elles ne peuvent pas être effectuées en même temps. L’architecture de Harvard, en revanche, dispose d’un espace mémoire séparé pour les instructions et les données, séparant physiquement les signaux et le stockage des codes et des données, ce qui permet d’accéder simultanément à chacun des systèmes de mémoire..

Traitement des instructions de Von Neumann et Harvard Architecture

Dans l'architecture Von Neumann, l'unité de traitement aurait besoin de deux cycles d'horloge pour terminer une instruction. Le processeur extrait l'instruction de la mémoire au cours du premier cycle et la décode, puis les données sont extraites de la mémoire au cours du deuxième cycle. Dans l'architecture de Harvard, l'unité de traitement peut exécuter une instruction en un cycle si des stratégies de traitement en pipeline appropriées sont en place..

Coût de Von Neumann et Harvard Architecture

Etant donné que les instructions et les données utilisent le même système de bus dans l'architecture Von Neumann, la conception et le développement de l'unité de contrôle sont simplifiés, ce qui permet de réduire les coûts de production à un minimum. Le développement de l’unité de contrôle dans l’architecture de Harvard est plus coûteux que l’ancien en raison de l’architecture complexe qui utilise deux bus pour les instructions et les données..

Utilisation de Von Neumann et de Harvard Architecture

L'architecture Von Neumann est principalement utilisée sur toutes les machines que vous voyez, des ordinateurs de bureau et des ordinateurs portables aux ordinateurs et stations de travail hautes performances. L’architecture de Harvard est un concept relativement nouveau utilisé principalement dans les microcontrôleurs et le traitement du signal numérique (DSP)..

Von Neumann vs. Harvard Architecture: Tableau de comparaison

Résumé de Von Neumann vs. Harvard Architecture

L’architecture Von Neumann est similaire à l’architecture de Harvard, à la différence qu’elle utilise un seul bus pour effectuer à la fois des extractions d’instructions et des transferts de données. Les opérations doivent donc être planifiées. L’architecture de Harvard, en revanche, utilise deux adresses de mémoire distinctes pour les données et les instructions, ce qui permet d’alimenter des données simultanément dans les deux bus. Cependant, l’architecture complexe ne fait qu’ajouter au coût de développement de l’unité de commande par rapport au coût de développement inférieur de l’architecture moins complexe de Von Neumann qui utilise un seul cache unifié..