Există arhitectură de calculatoare de la Princeton și Harvard. Aceste variante arhitecturale au fost propuse la sfârșitul anilor '40 de către specialiștii Universităților Princeton și Harvard din Statele Unite ale Americii pentru modelele de calculatoare dezvoltate de ele.
Princeton arhitectura
Princeton arhitectura. care este adesea numită arhitectura von Neumann. caracterizată prin utilizarea memoriei partajate pentru stocarea programelor, a datelor și pentru organizarea stivei. Pentru a accesa această memorie, se utilizează o comună de sistem, prin care procesorul primește atât comenzi, cât și date.
Se bazează arhitectura calculatoarelor personale moderne
principiul trunchi-modular.
Orice computer are trei componente principale:
Comunicarea de informații între dispozitivele calculatorului se realizează prin magistrala de sistem (magistrala de sistem).
O magistrală este un cablu compus dintr-o multitudine de conductori. Numărul conductorilor care alcătuiesc autobuzul este
latimă maximă a magistralei.
Autobuzul de sistem, la rândul său, este o colecție
Busul de sistem este caracterizat de viteza ceasului și capacitatea de biți. Numărul de biți transmiși simultan pe magistrală este apelat
bit capacitate.
Frecvența ceasului caracterizează numărul de operații elementare pentru transmiterea datelor în 1 secundă. Lățimea bitului este măsurată în biți, frecvența ceasului este în megahertz.
Dispozitivul de intrare vă permite să introduceți programul pentru rezolvarea problemei și a datelor inițiale în computer și să le plasați în memoria operativă. În funcție de tipul de dispozitiv de intrare, datele inițiale pentru rezolvarea problemei sunt introduse direct de la tastatură sau trebuie plasate anterior pe orice suport (unitate de disc).
Dispozitivul de ieșire servește la afișarea rezultatelor prelucrării informațiilor inițiale din computer. De cele mai multe ori, aceasta este o informație simbolică care se transmite prin intermediul imprimantelor sau pe ecranul de afișare.
Prelucrarea datelor și a comenzilor se realizează prin intermediul unei unități logice aritmetice (ALU) destinată executării directe a instrucțiunilor mașinii sub dispozitivul de comandă. ALU și UU formează împreună o unitate de procesare centrală (CPU). Rezultatele prelucrării sunt transferate în memorie.
Principii de bază ale construcției computerelor cu arhitectura von Neumann
Arhitectura lui von Neumann are o serie de avantaje importante.
- Prezența unei memorii partajate vă permite redistribuirea rapidă a volumului acesteia pentru stocarea matricelor de comandă individuale, a datelor și a implementării stivei în funcție de sarcinile care trebuie îndeplinite. Astfel, este posibil să se utilizeze mai eficient cantitatea disponibilă de RAM în fiecare aplicație specifică.
- Utilizarea unei magistrale comune pentru a transfera comenzi și date simplifică foarte mult depanarea, testarea și monitorizarea funcționării sistemului, sporind fiabilitatea acestuia.
Prin urmare, arhitectura de la Princeton a dominat mult timp tehnologia computerelor.
Cu toate acestea, deficiențe inerente și semnificative. Principala este nevoia de prelevare secvențială a comenzilor și a datelor procesate pe magistrala de sistem comună. În același timp, autobuzul comun devine o "strangulare", care limitează performanța sistemului digital.
Arhitectura Harvard
Arhitectura Harvard a fost dezvoltată de Howard Aiken la sfârșitul anilor 1930 la Universitatea Harvard, pentru a crește viteza operațiunilor computaționale și a optimiza munca memoriei. Se caracterizează printr-o separare fizică a memoriei dintre instrucțiunile (programele) și memoria de date. În versiunea sa originală folosită ca o stivă separată pentru stocarea conținutului contorului de program, care este capabil să execute subrutine imbricate. Fiecare memorie este conectată la un procesor de autobuz separat care permite simultan date de citire-scriere atunci când comanda de curent pentru a proba și a decodifica următoarea comandă. Datorită acestei separări a fluxurilor de comandă și de date și a combinării operațiunilor lor de eșantionare, se realizează o performanță mai mare decât utilizarea arhitecturii Princeton.
Dezavantajele arhitecturii Harvard sunt asociate cu necesitatea de a transporta mai multe anvelope, precum și cu o cantitate fixă de memorie alocată comenzilor și datelor, scopul cărora nu poate fi redistribuit rapid în conformitate cu cerințele problemei care trebuie rezolvată. Prin urmare, este necesar să se utilizeze mai multă memorie, un coeficient de utilizare în rezolvarea o varietate de sarcini este mai mic decât cu sistemele de arhitectura Princeton. Cu toate acestea, dezvoltarea tehnologiei microelectronice a depășit în mare măsură aceste neajunsuri, astfel încât arhitectura Harvard este utilizată pe scară largă în structura internă a microprocesoarelor moderne de înaltă performanță, unde se utilizează o memorie cache separată pentru stocarea comenzilor și a datelor. În același timp, principiile arhitecturii Princeton sunt implementate în structura externă a majorității sistemelor microprocesoare.