الهندسة المعمارية فون نيومان وهارفارد: الفرق والمقارنة

مطلوب هندسة أجهزة الكمبيوتر قبل تصميم الكمبيوتر. يساعد التصميم في معرفة النقاط السلبية والإيجابية لأجهزة الكمبيوتر.

الثغرات معروفة أيضًا من قبل وبالتالي يمكن أيضًا معرفة ميزانية الشركة المصنعة. وبالتالي ، فإن بنية الحواسيب الصغيرة متعددة الأنواع ، واثنان منها هما Von Neumann و Harvard Architecture.

الوجبات السريعة الرئيسية

1. تستخدم بنية Von Neumann ذاكرة واحدة لتخزين البيانات والتعليمات ، بينما تستخدم هندسة Harvard ذكريات منفصلة.
2. تسمح بنية Harvard بتنفيذ أسرع للتعليمات بسبب الجلب المتزامن للبيانات والتعليمات ، في حين أن بنية Von Neumann يمكن أن تواجه مشكلات عنق الزجاجة.
3. تعتبر بنية Von Neumann أبسط وأكثر فعالية من حيث التكلفة ، في حين أن هندسة Harvard أكثر تعقيدًا وفعالية.

فون نيومان مقابل هارفارد للهندسة المعمارية

الفرق بين فون نيومان وهارفارد معمار هو أن كلاهما لهما بنية مختلفة. فون نيومان وحدة المعالجة المركزية‏: لديه اتصال ذاكرة واحدة. من ناحية أخرى ، فإن Harvard Architecture لديها ذاكرة وصول عشوائي (RAM) وذاكرة قراءة فقط (ROM) متصلة بشكل مختلف. متطلبات الأجهزة في Von Neumann أقل مقارنة بهندسة Harvard. تعد جامعة هارفارد أسرع مقارنة بهندسة فون نيومان.

تُعرف بنية Von Neumann أيضًا باسم Princeton Architecture. تم تصميم الهندسة المعمارية لأول مرة. هذا هو تصميم الكمبيوتر الصغير ، وهو كمبيوتر رقمي.

تشتمل مكونات هذا التصميم على وحدة المعالجة المركزية ، والتي تتكون من وحدة حسابية ومعالج إلى جانب وحدة تحكم. كما أن لديها مساحة تخزين لتخزين البيانات والتعليمات جنبًا إلى جنب مع مساحة تخزين إضافية.

Harvard Architecture هو التصميم الذي حصل على اسمه من Harvard Mark. هذا التصميم هو تصميم عصري. التصميم يتعارض مع آن. هندسة هارفارد بوحدة منفصلة من ROM و RAM.

يحتاج هذا Harvard أيضًا إلى الأجهزة بكميات أكبر. ومع ذلك ، فإن المعالج مطلوب في هذا التصميم لأن الكمبيوتر نفسه لا يمكنه تهيئة أي وظيفة.

جدول المقارنة

معلمات المقارنة	فون نيومان	هارفارد العمارة
تعريف	يعد Von Neumann تصميم أجهزة الكمبيوتر وهو بسيط ويستخدم اتصال ذاكرة واحد.	إن تصميم Harvard Architecture هو التصميم الحديث الذي يأتي مع ذاكرة RAM و ROM منفصلين.
تصميم	التصميم بسيط ويستخدم نفس المسار لأخذ التعليمات وتخزين البيانات.	التصميم معقد مقارنةً بـ Von Neumann لأنه يحتوي على توصيلات RAM و ROM منفصلة.
أجهزة التبخير	متطلبات الأجهزة أقل مقارنة بهندسة هارفارد.	الأجهزة مطلوبة أكثر في Harvard Architecture مقارنةً بـ Von Neumann.
سرعة	سرعة المعالجات أقل بالمقارنة مع هندسة هارفارد.	تتمتع جامعة هارفارد بسرعة أكبر. مطلوب مساحة أكبر بواسطة الكمبيوتر المصمم على Harvard Architecture.
الفضاء المادي	المساحة المادية المطلوبة أقل من أجهزة كمبيوتر Von Neumann مقارنة بأجهزة كمبيوتر Harvard Architecture.	المساحة المادية مطلوبة أكثر في Harvard Arhitecture.
ذاكرة داخلية	لا تضيع الذاكرة الداخلية لأن الذاكرة والبرامج تشترك في نفس المساحة.	يتم إهدار الذاكرة الداخلية لجامعة هارفارد في مكان ما لأن ذاكرة التعليمات وذاكرة البيانات لا يمكنها استخدام نفس المساحة.
تعليمات التشغيل	تعليمات التشغيل يمكن أن تؤخذ من البرنامج المخزن أو التعليمات المعطاة. وبالتالي ، لا يمكن أخذ كلاهما معًا.	تعليمات التشغيل معقدة وبطيئة بعض الشيء حيث يتم أخذ المدخلات وتعليمات البرنامج المخزنة في البرنامج في وقت واحد.

ما هي الهندسة المعمارية فون نيومان؟

Von Neumann هو تصميم آلة الكمبيوتر المستخدمة في العصور القديمة. لا تزال العديد من أجهزة الكمبيوتر البسيطة تستخدم تصميم Von Neumann لتصنيع أجهزة الكمبيوتر المستخدمة للبساطة أو لتدريب الآخرين.

كان الإصدار الأقدم من البرنامج ضخمًا للغاية ، وفي حالة وجود أي خلل ، كان يجب إعادة توصيل النظام بأكمله ويجب أن يمر عبر التصميم مرة أخرى. كان هذا مستهلكًا للوقت ومكلفًا للغاية. بعد مرور بعض الوقت ، تطورت النسخة.

إن بنية Von Neumann هي جهاز كمبيوتر لا يمكنه معالجة البيانات المخزنة والتعليمات في نفس الوقت. كان هذا العيب لأن البيانات والتعليمات المخزنة لهما نفس مسار الدخول.

يؤدي هذا أيضًا إلى إبطاء سرعة الكمبيوتر ، حيث تمت الإشارة إلى الهندسة المعمارية على أنها العديد من الاختناقات.

يعد Von Neumann بسيطًا مقارنةً بهندسة Harvard ولديه مسار واحد فقط لجلب المعلومات والتعليمات داخل الكمبيوتر. مثال على معمارية Von Neumann هي آلة حاسبة مكتبية تُستخدم للقيام بالرياضيات الأساسية.

ما هي الهندسة المعمارية بجامعة هارفارد؟

إن بنية هارفارد هي الكمبيوتر الذي يتطلب معالجين منفصلين من ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة القراءة فقط. نظرًا لأن ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة القراءة فقط منفصلتان ، زادت الحاجة إلى الأجهزة أيضًا في هذه الأنواع من الهندسة المعمارية.

تم تثبيت البرامج بالفعل في هذه الأنظمة ، وبالتالي عندما يكون هناك مدخلات من المستخدمين. يمكنهم الوصول إلى التعليمات وإدخالها في نفس الوقت. هذا يعيق سرعة النظام.

تم تطوير وحدة المعالجة المركزية Harvard Architecture كثيرًا في السنوات القليلة الماضية. يجب مراقبة استخدام الذاكرة الرئيسية لأنها تؤثر على أداء الكمبيوتر.

كلما زادت الذاكرة الرئيسية المستخدمة ، زادت سرعة النظام. يمكن الوصول إلى الذاكرة بشكل أسرع ، ومع ذلك يمكن أن تكون مفيدة لمقدار صغير فقط بسبب توجيه الإشارة.

تخزن بنية هارفارد أيضًا البيانات المستخدمة بشكل متكرر في ذاكرة التخزين المؤقت.

تتمتع الهندسة المعمارية بميزة تخزين ذاكرة التخزين المؤقت وهي أيضًا صديقة للطاقة. تظهر تطبيقات هذه البنية أنه يتم استخدامها في معالجات الإشارات الرقمية. يتم استخدامها للكشف عن الموجات الصوتية في الصوت والفيديو.

تُعد Harvard Architecture مفيدة أيضًا في المتحكمات الدقيقة لمعالجة البيانات. يحتوي المتحكم الدقيق على ذاكرة بيانات وذاكرة فلاش.

الاختلافات الرئيسية بين الهندسة المعمارية فون نيومان وهارفارد

1. يعد Von Neumann تصميمًا بسيطًا مقارنة بهندسة هارفارد. 
2. يمتلك Von Neumann نفس المسار للتعليمات والبرامج المثبتة ، بينما تمتلك Harvard وحدات منفصلة لها. 
3. يمكن لـ Von Neumann أن يأخذ التعليمات من المستخدم أو البرنامج ، بينما يمكن أن تأخذ Harvard كلاهما في نفس الوقت. 
4. كانت المساحة المادية مطلوبة أكثر في هندسة هارفارد مقارنةً بفون نيومان. 
5. تُهدر الذاكرة الداخلية في Harvard Architecture حيث يتم تخزين ذاكرة البيانات وذاكرة البرنامج بشكل مختلف ، بينما يمتلك Von Neumann نفس المساحة لكليهما. 
6. سرعة Von Neumann أكثر بالمقارنة مع Harvard Neumann.

مراجع حسابات

1. https://dl.acm.org/doi/abs/10.5555/1059888.1059898
2. https://science.sciencemag.org/content/334/6052/61.abstract

آخر تحديث: 14 أكتوبر 2023