Неймана, названа так по імені розробника, першою надала звіт про архітектуру), так як вона була простіше в реалізації. Гарвардська архітектура використовувалася радянським ученим А.І. Китовим у ВЦ - 1 МО СРСР.
Класична Гарвардська архітектура
Типові операції (додавання і множення) вимагають від будь-якого обчислювального пристрою кількох дій:
вибірку двох операндів,
вибір інструкції та її виконання,
збереження результату.
Ідея, реалізована Ейкен, полягала у фізичному поділі ліній передачі команд і даних. У першому комп'ютері Ейкена «Марк I» для зберігання інструкцій іспользоваласьперфорірованная стрічка, а для роботи з даними - електромеханічні регістри. Це дозволяло одночасно пересилати й обробляти команди і дані, завдяки чому значно підвищувалася загальну швидкодію комп'ютера.
У гарвардській архітектурі характеристики пристроїв пам'яті для інструкцій і пам'яті для даних не обов'язково повинні бути однаковими. Зокрема, ширина слова, тактирование, технологія реалізації та структура адрес пам'яті можуть розрізнятися. У деяких системах інструкції можуть зберігатися в пам'яті тільки для читання, в той час як для збереження даних зазвичай потрібно пам'ять з можливістю читання і запису. У деяких системах потрібно значно більше пам'яті для інструкцій, ніж пам'яті для даних, оскільки дані зазвичай можуть довантажуватися з зовнішньої або більш повільної пам'яті. Така потреба збільшує?? ітность (ширину) шини адреси пам'яті інструкцій в порівнянні з шиною адреси пам'яті даних.
Відмінність від архітектури фон Неймана
У чистій архітектурі фон Неймана процесор одномоментно може або читати інструкцію, або читати/записувати одиницю даних з/в пам'яті. Те й інше не може відбуватися одночасно, оскільки інструкції і дані використовують одну і ту ж системну шину.
А в комп'ютері з використанням гарвардської архітектури процесор може читати інструкції і виконувати доступ до пам'яті даних в той же самий час, навіть без кеш-пам'яті. Таким чином, комп'ютер з гарвардської архітектурою може бути швидше (при певної складності схеми), оскільки доставка інструкцій і доступ до даних не претендують на один і той же канал пам'яті.
Також машина гарвардської архітектури має різні адресні простори для команд і даних. Так, нульова адреса інструкцій - це не те ж саме, що і нульова адреса даних. Нульовий адреса інструкцій може визначатися двадцатічетирехбітним значенням, в той час як нульова адреса даних може виглядати як восьмібітних байт, який не є частиною цього двадцатічетирехбітного значення.
Модифікована Гарвардська архітектура
Відповідна схема реалізації доступу до пам'яті має один очевидний недолік - високу вартість. При поділі каналів передачі команд і даних на крісталлепроцессора останній повинен мати майже вдвічі більше висновків, оскільки шина адреси і шина даних складають основну частину висновків мікропроцесора. Способом вирішення цієї проблеми стала ідея використовувати загальні шину даних і шину адреси для всіх зовнішніх даних, а всередині процесора використовувати шину даних, шину команд і дві шини адреси. Таку концепцію стали називати модифікованої гарвардської архітектурою .
Такий підхід застосовується в сучасних сигнальних процесорах. Ще далі по шляху зменшення вартості пішли при створенні однокрісталльних ЕОМ - мікроконтролерів. У них одна шина команд і даних застосовується і усередині кристала.
Поділ шин в модифікованої гарвардської структурі здійснюється за допомогою роздільних керуючих сигналів: читання, запису або вибору області пам'яті.
Розширена Гарвардська архітектура
Часто потрібно вибрати три складові: два операнди та інструкцію (в алгоритмах цифрової обробки сигналів це найбільш поширена задача в ШПФ і КИХ, БИХ фільтрах). Для цього існує кеш-пам'ять. У ній може зберігатися інструкція - отже, обидві шини залишаються вільними і з'являється можливість передати два операнда одночасно. Використання кеш-пам'яті разом з розділеними шинами отримало назву «Super Harvard Architecture» («SHARC») - розширена Гарвардська архітектура.
Прикладом можуть служити процесори «Analog Devices»: ADSP - 21xx - модифікована Гарвардська архітектура, ADSP - 21xxx (SHARC) - розширена Гарвардська архітектура.
Гібридні модифікації з архітектурою фон Неймана
Існують гібридні архітектури, що поєднують переваги як гарвардської так і фон-неймановской архітектур. Сучасні CISC-процесори мають роздільної кеш-пам'яттю 1-го рівня для інструкцій і даних, ...
