Cesko.wiki Harvardská architektura
Author
Albert FloresHarvardská architektura je počítačová architektura, která fyzicky odděluje paměť programu a dat a jejich spojovací obvody. Název pochází z elektromechanického počítače Harvard Mark I - zástupce 0. generace, který implementoval tuto architekturu. Mark I měl strojové instrukce uloženy na děrované pásce (o šířce 24 bitů) a data na elektromechanických deskách (23 číslic široké).
Paměť
U harvardské architektury není potřeba mít paměť stejných parametrů a vlastností pro data a pro program. Paměti můžou být naprosto odlišné, mohou mít různou délku slova, časování, technologii a způsob adresování. +more V některých systémech se pro paměť programu používá typ paměti ROM (read only memory), přičemž paměť dat vyžaduje typ paměti RWM (Read-Write Memory).
Dvojí paměť umožňuje paralelní přístup k oběma pamětím, což zvyšuje rychlost zpracování. Umístění programu v paměti ROM může významně přispět k bezpečnosti systému (program nelze modifikovat).
Ostatní modely
U počítačů s odlišnou von Neumannovou architekturou, může procesor najednou pouze číst resp. zapisovat data nebo instrukce. +more To je způsobeno tím, že u této architektury je pro data a program (instrukce) vyhrazena společná paměť a propojovací obvody. Jde tedy o sekvenční zpracování, z kterého vyplývá i nižší rychlost.
Pro velmi rychlé zpracování velkého toku dat se čím dál více používají počítače s paralelním zpracováním, tedy postavené na Harvardské architektuře. U této architektury, díky odděleným propojovacím obvodům a separátní paměti programu a dat, může procesor zároveň číst/zapisovat z/do paměti programu a paměti dat najednou.
Rychlost
V posledních letech se rychlost procesorů zněkolikanásobila v poměru k rychlosti přístupové doby hlavní paměti. Je tedy tendence zredukovat počet přístupů do hlavní paměti. +more Například, pokud by každá instrukce běžící v procesoru vyžadovala přístup do paměti, zrychlení procesoru by nemělo žádný přínos pro výkon počítače, kvůli dlouhé přístupové době k paměti.
Paměť může být mnohem rychlejší, ovšem za mnohem vyšší cenu. Řešením je paměť známá jako cache, která je velmi rychlá, ale je jí také mnohem méně, než hlavní paměti. +more Velikost vyrovnávací paměti (cache) je jeden z hlavních aspektů při určování rychlosti procesoru.
Rychlé moderní procesory spojují obě architektury. Uvnitř procesoru je použita harvardská architektura, kde se paměť cache dělí na paměť instrukcí a paměť pro data. +more Ovšem celý procesor se „zvenku“ chová jako procesor s architekturou von Neumannovou, protože načítá data i program z hlavní paměti najednou.
Použití
Harvardská architektura se také často používá v:
* Specializovaných DSP (digital signal processor) procesorech, obvykle v audio/video technice. Například procesor Blackfin od společnosti Analog Devices, Inc. +more * Převážně malé jednoúčelové mikrokontroléry, používané v mnoha běžných aplikacích, jako je například PIC od firmy Microchip Technology, Inc. , a AVR společnosti Atmel Corp. Tyto procesory jsou charakteristické svojí malou kapacitou pamětí, ale především těží z výhod harvardské architektury a redukované instrukční sady (RISC), které zajišťují, že většina instrukcí může být vykonána během jednoho strojového cyklu. Výhoda rozdělené paměti spočívá v možnosti použití různých typů pamětí, především však různé bitové šířky obou pamětí.