Diferencia entre Von Neumann y Harvard Architecture
Hay dos tipos de arquitecturas de computadoras digitales que describen la funcionalidad y la implementación de los sistemas informáticos. Una es la arquitectura de Von Neumann diseñada por el famoso físico y matemático John Von Neumann a fines de la década de 1940, y la otra es la arquitectura de Harvard, que se basó en la computadora de retransmisión Harvard Mark I original que usaba sistemas de memoria para almacenar datos e instrucciones.
La arquitectura original de Harvard solía almacenar instrucciones en cinta perforada y datos en contadores electromecánicos. La arquitectura de Von Neumann es la base de la informática moderna y es más fácil de implementar. Este artículo analiza las dos arquitecturas informáticas individualmente y explica la diferencia entre las dos.
¿Qué es la Arquitectura Von Neumann?
Es un diseño teórico basado en el concepto de computadoras con programas almacenados donde los datos del programa y los datos de las instrucciones se almacenan en la misma memoria.
La arquitectura fue diseñada por el famoso matemático y físico John Von Neumann en 1945. Hasta el concepto de diseño de computadora de Von Neumann, las máquinas de computadora fueron diseñadas para un solo propósito predeterminado que carecía de sofisticación debido al recableado manual de los circuitos.
La idea detrás de la arquitectura de Von Neumann es la capacidad de almacenar instrucciones en la memoria junto con los datos sobre los que operan las instrucciones. En resumen, la arquitectura de Von Neumann se refiere a un marco general que deben seguir el hardware, la programación y los datos de la computadora.
La arquitectura de Von Neumann consta de tres componentes distintos: una unidad central de procesamiento (CPU), una unidad de memoria e interfaces de entrada/salida (E/S). La CPU es el corazón del sistema informático que consta de tres partes principales: la unidad aritmética y lógica (ALU), la unidad de control (CU) y los programas.
La ALU es responsable de realizar todas las operaciones aritméticas y lógicas en los datos, pero la unidad de control determina el orden del flujo de instrucciones que debe ejecutarse en los programas mediante la emisión de señales de control al hardware.
Los registros son básicamente ubicaciones de almacenamiento temporal que almacenan las direcciones de las instrucciones que deben ejecutarse. La unidad de memoria consta de RAM, que es la memoria principal utilizada para almacenar datos e instrucciones de programa. Las interfaces de E/S permiten a los usuarios comunicarse con el mundo exterior, como dispositivos de almacenamiento.
¿Qué es la arquitectura de Harvard?
Es una arquitectura de computadora con rutas de señalización y almacenamiento físicamente separadas para datos e instrucciones de programas. A diferencia de la arquitectura Von Neumann que usa un solo bus para obtener instrucciones de la memoria y transferir datos de una parte de una computadora a otra, la arquitectura Harvard tiene un espacio de memoria separado para datos e instrucciones.
Los dos conceptos son similares excepto por la forma en que abordan los recuerdos. La idea detrás de la arquitectura de Harvard es dividir la memoria en dos partes: una para datos y otra para programas. Los términos se basaron en la computadora de retransmisión Harvard Mark I original que usaba un sistema que permitía realizar transferencias y búsquedas de datos e instrucciones al mismo tiempo.
Los diseños de computadoras del mundo real en realidad se basan en la arquitectura Harvard modificada y se usan comúnmente en microcontroladores y DSP (procesamiento de señales digitales).
Diferencia entre Von Neumann y Harvard Architecture
Fundamentos de Von Neumann y Arquitectura de Harvard
La arquitectura de Von Neumann es un diseño informático teórico basado en el concepto de programa almacenado donde los programas y los datos se almacenan en la misma memoria. El concepto fue ideado por el matemático John Von Neumann en 1945 y actualmente sirve como base para casi todas las computadoras modernas. La arquitectura de Harvard se basó en el modelo de computadora original basado en relés de Harvard Mark I, que usaba buses separados para datos e instrucciones.
El sistema de memoria de Von Neumann y la arquitectura de Harvard
La arquitectura Von Neumann tiene solo un bus que se usa para obtener instrucciones y transferir datos, y las operaciones deben programarse porque no se pueden realizar simultáneamente. Por otro lado, la arquitectura Harvard tiene un espacio de memoria separado para instrucciones y datos, que separa físicamente las señales y el almacenamiento de código y memoria de datos, lo que permite acceder a cada uno de los sistemas de memoria al mismo tiempo.
Procesamiento didáctico sobre Von Neumann y la arquitectura de Harvard
En la arquitectura de Von Neumann, la unidad de procesamiento necesitaría dos ciclos de reloj para completar una instrucción. El procesador obtiene la instrucción de la memoria en el primer ciclo y la decodifica, y luego los datos se obtienen de la memoria en el segundo ciclo. En la arquitectura de Harvard, la unidad de procesamiento puede completar una instrucción en un solo ciclo si se implementan estrategias de canalización adecuadas.
Costo de Von Neumann y arquitectura de Harvard
Dado que las instrucciones y los datos utilizan el mismo sistema de bus en la arquitectura de Von Neumann, simplifica el diseño y desarrollo de la unidad de control, lo que en última instancia minimiza el costo de producción. El desarrollo de una unidad de control en la arquitectura Harvard es más costoso que el primero debido a la compleja arquitectura que emplea dos buses para instrucciones y datos.
Uso de Von Neumann y Harvard Architecture
La arquitectura de Von Neumann se usa principalmente en todas las máquinas que ve, desde computadoras de escritorio y portátiles hasta computadoras y estaciones de trabajo de alto rendimiento. La arquitectura de Harvard es un concepto relativamente nuevo que se utiliza principalmente en microcontroladores y procesamiento de señales digitales (DSP).
Von Neumann vs. Harvard Architecture: un
Resumen de Von Neumann vs. Harvard Architecture
La arquitectura de Von Neumann es similar a la arquitectura de Harvard, excepto que utiliza un solo bus para realizar búsquedas de instrucciones y transferencias de datos, por lo que las operaciones deben programarse. La arquitectura de Harvard, por otro lado, usa dos direcciones de memoria separadas para datos e instrucciones, lo que permite que los datos entren en ambos buses al mismo tiempo. Sin embargo, la arquitectura compleja solo aumenta el costo de desarrollo de la unidad de control en comparación con el costo de desarrollo más bajo de la arquitectura Von Neumann menos compleja que utiliza un solo caché unificado.
