Diferencia entre Von Neumann y Harvard Architecture

Hay dos tipos de arquitecturas de computadoras digitales que describen la funcionalidad e implementación de los sistemas informáticos. Una es la arquitectura von Neumann que fue diseñada por el reconocido 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 relevo original de Harvard Mark I que empleó sistemas de memoria separados para separar almacenar datos e instrucciones.

La arquitectura original de Harvard utilizada para almacenar instrucciones en cinta perfecta y datos en mostradores electromecánicos. La arquitectura von Neumann forma la base de la informática moderna y es más fácil de implementar. Este artículo analiza las dos arquitecturas de computadora individualmente y explica la diferencia entre los dos.

¿Qué es la arquitectura von Neumann??

Es un diseño teórico basado en el concepto de computadoras de programa almacenado donde los datos del programa y los datos de 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 Von Neumann, las máquinas informáticas se diseñaron para un solo propósito predeterminado que carecería de sofisticación debido al cableado manual de circuitos.

La idea detrás de las arquitecturas von Neumann es la capacidad de almacenar instrucciones en la memoria junto con los datos sobre los cuales funcionan las instrucciones. En resumen, la arquitectura von Neumann se refiere a un marco general que debe seguir el hardware, la programación y los datos de una computadora.

La arquitectura von Neumann consta de tres componentes distintos: una unidad de procesamiento central (CPU), unidad de memoria e interfaces de entrada/salida (E/S). La CPU es el corazón del sistema informático que consta de tres componentes principales: la unidad de aritmética y lógica (ALU), la unidad de control (CU) y los registros.

La ALU es responsable de llevar a cabo todas las operaciones aritméticas y lógicas en los datos, mientras que la unidad de control determina el orden de flujo de instrucciones que deben ejecutarse en programas emitiendo señales de control al hardware.

Los registros son básicamente ubicaciones de almacenamiento temporales que almacenan direcciones de las instrucciones que deben ejecutarse. La unidad de memoria consiste en RAM, que es la memoria principal utilizada para almacenar datos e instrucciones del programa. Las interfaces de E/S permiten a los usuarios comunicarse con el mundo exterior, como los dispositivos de almacenamiento.

¿Qué es la arquitectura de Harvard??

Es una arquitectura informática con vías de almacenamiento y señal físicamente separadas para datos e instrucciones del programa. A diferencia de la arquitectura von Neumann que emplea un solo bus para obtener instrucciones de la memoria y transferir datos de una parte de una computadora a otra, Harvard Architecture tiene espacio de memoria separado para datos e instrucciones.

Ambos conceptos son similares, excepto la forma en que acceden a 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 basada en el retransmisión de Harvard Mark I que empleaba un sistema que permitiría realizar datos y transferencias e instrucciones para realizar al mismo tiempo.

Los diseños de computadora del mundo real se basan en la arquitectura de Harvard modificada y se usan comúnmente en microcontroladores y DSP (procesamiento de señal digital).

Diferencia entre Von Neumann y Harvard Architecture

Conceptos básicos de von Neumann y Harvard Architecture

La arquitectura von Neumann es un diseño de computadora teórico basado en el concepto de programa almacenado donde los programas y los datos se almacenan en la misma memoria. El concepto fue diseñado por un matemático John Von Neumann en 1945 y que actualmente sirve como base de casi todas las computadoras modernas. La arquitectura de Harvard se basó en el modelo de computadora basado en retransmisión original de Harvard Mark I que empleaba autobuses separados para datos e instrucciones.

Sistema de memoria de Von Neumann y Harvard Architecture

La arquitectura von Neumann tiene solo un bus que se utiliza tanto para las recuperaciones de instrucciones como para las transferencias de datos, y las operaciones deben programarse porque no se pueden realizar al mismo tiempo. La arquitectura de Harvard, por otro lado, tiene un espacio de memoria separado para instrucciones y datos, que separan físicamente las señales y el almacenamiento para el código y la memoria de datos, lo que a su vez permite acceder a cada uno de los sistemas de memoria simultáneamente.

Procesamiento de instrucciones de Von Neumann y Harvard Architecture

En la arquitectura 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 toman de la memoria en el segundo ciclo. En la arquitectura de Harvard, la unidad de procesamiento puede completar una instrucción en un ciclo, si se pueden usar estrategias de tuberías apropiadas,.

Costo de von Neumann y Harvard Architecture

A medida que las instrucciones y los datos utilizan el mismo sistema de bus en la arquitectura von Neumann, simplifica el diseño y el desarrollo de la unidad de control, lo que finalmente reduce el costo de producción a mínimo. El desarrollo de la unidad de control en la arquitectura de Harvard es más costoso que la primera debido a la arquitectura compleja que emplea dos autobuses para instrucciones y datos.

Uso de von Neumann y Harvard Architecture

La arquitectura von Neumann se usa principalmente en todas las máquinas que ve desde computadoras y cuadernos de escritorio hasta computadoras y estaciones de trabajo de alto rendimiento. Harvard Architecture es un concepto bastante nuevo utilizado principalmente en microcontroladores y procesamiento de señales digitales (DSP).

Von neumann vs. Arquitectura de Harvard: tabla de comparación

Resumen de von Neumann vs. Arquitectura de Harvard

La arquitectura von Neumann es similar a la arquitectura de Harvard, excepto que utiliza un solo bus para realizar las recuperaciones de instrucciones y las transferencias de datos, por lo que las operaciones deben programarse. La arquitectura de Harvard, por otro lado, utiliza dos direcciones de memoria separadas para datos e instrucciones, lo que permite alimentar los datos en ambos busses al mismo tiempo. Sin embargo, la arquitectura compleja solo se suma al costo de desarrollo de la unidad de control contra el menor costo de desarrollo de la arquitectura de von Neumann menos compleja que emplea un solo caché unificado.