En una computadora normal que sigue la arquitectura de von Neumann, las instrucciones y los datos se almacenan en la misma memoria. Entonces, los mismos buses se usan para obtener instrucciones y datos. Esto significa que la CPU no puede hacer ambas cosas juntas (leer la instrucción y leer/escribir datos). Harvard Architecture es la arquitectura de computadora que contiene almacenamiento separado y buses separados (ruta de señal) para instrucción y datos. Fue desarrollado básicamente para superar el cuello de botella de la Arquitectura Von Neumann. La principal ventaja de tener buses separados para instrucciones y datos es que la CPU puede acceder a las instrucciones y leer/escribir datos al mismo tiempo.
Estructura de la arquitectura de Harvard:
Estructura de la arquitectura de Harvard
Autobuses
Los autobuses se utilizan como vías de señalización. En la arquitectura de Harvard, hay buses separados para instrucción y datos. Tipos de Autobuses:
- Bus de datos: transporta datos entre el sistema de memoria principal, el procesador y los dispositivos de E/S.
- Bus de dirección de datos: transporta la dirección de los datos desde el procesador hasta el sistema de memoria principal.
- Bus de instrucciones: transporta instrucciones entre el sistema de memoria principal, el procesador y los dispositivos de E/S.
- Bus de direcciones de instrucciones: lleva la dirección de las instrucciones desde el procesador hasta el sistema de memoria principal.
Registros Operativos
Hay diferentes tipos de registros involucrados que se utilizan para almacenar direcciones de diferentes tipos de instrucciones.
Por ejemplo , el registro de direcciones de memoria y el registro de datos de memoria son registros operativos.
Contador de programa
Tiene la ubicación de la siguiente instrucción a ejecutar. El contador del programa luego pasa esta siguiente dirección al registro de direcciones de memoria.
Unidad aritmética lógica
La unidad lógica aritmética es la parte de la CPU que realiza todos los cálculos necesarios. Realiza sumas, restas, comparaciones, operaciones lógicas, operaciones de cambio de bits y varias operaciones aritméticas.
Unidad de control
La Unidad de Control es la parte de la CPU que opera todas las señales de control del procesador. Controla los dispositivos de entrada y salida y también controla el movimiento de instrucciones y datos dentro del sistema.
Sistema de Entrada/Salida
Los dispositivos de entrada se utilizan para leer datos en la memoria principal con la ayuda de las instrucciones de entrada de la CPU. La información de una computadora como salida se da a través de dispositivos de salida. La computadora da los resultados del cálculo con la ayuda de dispositivos de salida.
Ventaja de la arquitectura de Harvard:
La arquitectura de Harvard tiene dos buses separados para instrucción y datos. Por lo tanto, la CPU puede acceder a instrucciones y leer/escribir datos al mismo tiempo. Esta es la principal ventaja de la arquitectura de Harvard.
En la práctica, se usa la Arquitectura Harvard Modificada donde tenemos dos cachés separados (datos e instrucciones). Esto es común y se usa en procesadores X86 y ARM.