AS ARQUITETURAS VONN NEWMAN E HAVARD / RISC E CISC ARQUITETURA DE VON NEUMANN

Luis Claudio Pacheco Seixas / 2021543

03/05/2021

AS ARQUITETURAS VONN NEWMAN E HAVARD / RISC E CISC

ARQUITETURA DE VON NEUMANN

A arquitetura de von Neumann é a mais conhecida e tomada como base para modificações em outras arquiteturas computacionais. É composta de: memória, ULA (Unidade Lógica e Aritmética), UC (Unidade de Controle) e CPU. O modelo arquitetural que foge a este padrão e é o mais conhecido/usado é o de Harvard. Neste modelo, o que difere com relação ao de von Neumann é a presença de duas memórias independentes: uma exclusiva para instruções e outra exclusiva para dados, permitindo, assim, que o computador possa executar uma instrução mesmo enquanto lê dados. Tal característica não está presente na arquitetura von Neumann pois esta possui uma única região de memória para dados e instruções. Faz-se necessário ressaltar que aqui, neste artigo, são tratadas considerações acerca de arquiteturas de computadores e não de Computadores Pessoais (PC’s), visto que tais termos são comumente referidos como um só. A arquitetura de um PC é um exemplo de arquitetura, e não um modelo geral.

A arquitetura von Neumann (ou Arquitetura Princeton) trata-se de um padrão organizacional de computadores composto por:

 ∙ Uma memória

∙ Uma CPU (composta por diversos registradores, alguns dos quais são dedicados ao armazenamento dos operandos e dos resultados das operações) e que inclui a Unidade Lógica e Aritmética (ULA) e uma Unidade de Controle que determina o sequenciamento das instruções a serem executadas por meio de sinais de controle.

Sua característica principal, que a difere de outras arquiteturas, é a presença de um único barramento de memória compartilhado para dados e instruções do programa. Devido a isto, a transferência de bits de dados e instruções entre a memória e a CPU obedece a um único padrão de endereçamento e tamanho de bits.

O maior problema dessa arquitetura se dá na característica que a difere das demais: a presença de apenas uma memória compartilhada entre instruções e dados. O chamado “gargalo” se refere à limitação da largura de banda de transferência entre a CPU e a memória.

Uma solução parcial para este aspecto é a inclusão de memórias cache (memórias de acesso rápido e que possuem regiões distintas para dados e instruções) no sistema entre o processador e a memória principal

Outro ponto surge das instruções complexas e do uso de uma única memória é o uso de dois ciclos de clock pelo processador para completar a execução de uma instrução (no primeiro ciclo de clock o processador busca a instrução damemória e a decodifica; no segundo ciclo os dados necessários são resgatados da memória)

ARQUITETURA DE HAVARD

A Arquitetura de Harvard baseia-se em um conceito mais recente que a de Von-Neumann, tendo vindo a necessidade de ter o microcontrolador trabalhando mais rápido. Esse tipo de organização dos componentes possui barramentos independentes para comunicação com memória de instrução e memória de dados.

Outro aspecto que diferencia a arquitetura Harvard da proposta por von Neumann é a execução da instrução em um único ciclo de clock aumentando, assim, a performance do sistema em termos de velocidade; além disto, a arquitetura Harvard está, geralmente, incluída na categoria de computadores RISC (Computador com Conjunto Reduzido de Instruções) , o que a torna perfeita para uso em sistemas embarcados que não requerem muitas (e complexas) instruções. Estas, aqui, são compactas e uniformes, possibilitando uma efetiva otimização pelo compilador. Diante da necessidade de diminuir a estrita separação entre dados e instruções, foi importante fazer uso de uma arquitetura Harvard modificada que consiste da arquitetura Harvard usual com o porém de ser permitido que a memória de instruções do programa seja acessada também como memória de dados podendo fazer alterações nos bits de instrução.[pic 1]