Неймановская и гарвардская архитектуры компьютеров

В настоящее время наибольшее распространение в ЭВМ получили 2 типа архитектуры: Неймановская и Гарвардская. Неймановская архитектура компьютера основывается на следующих принципах.

Принцип однородности памяти.

Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Принцип адресуемости памяти.

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Принцип последовательного программного управления.

Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Принцип жесткости архитектуры.

Неизменяемость в процессе работы компьютера его структуры и списка команд.

Совместное использование шины для памяти программ и памяти данных приводит к ограничению пропускной способности между процессором и памятью по сравнению с объёмом памяти.

Для гарвардской архитектуры компьютера характерны следующие признаки:

1) хранилище команд (инструкций) и хранилище данных представляют собой разные физические устройства, в связи с чем машина гарвардской архитектуры имеет различные адресные пространства для команд и данных.

2) канал команд и канал данных также физически разделены.

В компьютере с использованием гарвардской архитектуры процессор может читать инструкции и выполнять доступ к памяти данных в одно и то же самое время. Благодаря этому компьютер с гарвардской архитектурой работает быстрее. Недостатком гарвардской архитектуры является более высокая сложность аппаратной реализации компьютера.

Существуют гибридные архитектуры, сочетающие достоинства как Гарвардской так и н Неймановской архитектур. Так современные универсальные процессоры обладают раздельной кэш-памятью 1-го уровня для инструкций и данных, что позволяет им за один рабочий такт получать одновременно и команду, и данные для её выполнения. То есть процессорное ядро, формально, является гарвардским, но программно оно Неймановское, что упрощает написание программ.