Гарвардская ва (гва)
Является общим случаем фон Неймановской ВА, т.к. тоже имеет общую шину. В отличии от классической фон Неймановской ВА, которая используется в таких фирмах как Intel , AMD, ГВА используется в цифровых сигнальных процессорах (ЦСП).
Принципы построения ЦСП на основе ГВА:
Выполнение всех команд за один рабочий такт
Использование RISC архитектуры процессора
Применение различных ОЗУ, а также раздельных шин адреса, команд и данных для связи изолированных памятей с устройствами ЦП.
Введение аппаратного умножителя в устройство ЦП или в процессорное ядро (ПЯ
)Введение в систему команд составных команд (умножение с накоплением c=a*b+c), которое также выполняется за один рабочий такт
Умножение с накоплением может быть выполнено с помощью большего количества команд (умножение, сложение, загрузка данных из памяти в регистры и из регистров в память), каждая из которых выполняется за один такт. Использование команды умножения с накоплением повышает производительность и сокращает объем памяти, использующейся программой.
Рассмотрим три возможные ГВА:
Классическая ГВА
Модифицированная ГВА (МГВА)
Супер ГВА (СГВА)
Классическая гва
рис. структура классической ГВА
Является дальнейшим развитием ОШ, фактически предложенной Джоном фон Нейманом.
Особенностью классической ГВА является наличие двух ОЗУ, каждое из которых имеет свое адресное пространство и соответствующее им количество ША и ШД.
ОЗУ1 используется для хранения команд и исполнения программных кодов.
ОЗУ2 содержит данные, среди которых находятся операнды и результаты.
Увеличение скорости обработки команд и данных обеспечивается за счет возможности одновременного доступа к памяти команд и памяти данных за один рабочий такт ЦП.
ЦСП имеет важный недостаток – значительная область на кристалле отводится под ОШ. Другим недостатком является разделение двух изолированных памятей на память команд и память данных.
Модифицированная гва (мгва)
В МГВА введен ряд усовершенствований по сравнению с классической ГВА:
ЦП трансформируется в процессорное ядро (ПЯ)
Ряд фирм использует на кристалле не две, а три ОЗУ.
ОЗУ1 - для хранения команд.
ОЗУ2 и ОЗУ3 – для хранения данных.
Появляются ЦСП, в которых ОЗУ1 используется для хранения команд и данных, а ОЗУ2 только для хранения данных. Такой подход позволяет перемещать одновременно одну команду и одно данное, либо двое данных размещенных в разных ОЗУ. При использовании трех ОЗУ можно одновременно перемещать одну команду и двое данных в разных направлениях.
Появляется возможность прямо переписывать данные из одной памяти в другую без использования регистров ЦП и, соответственно, использования двух команд (загрузки регистра и записи из регистра в память). Для этих целей введены специальные команды, обеспечивающие прямой обмен данными между изолированными ОЗУ. В связи с появлением третьей изолированной памяти повышается актуальность таких команд для перезаписи операндов из ОЗУ 2 в ОЗУ3 и наоборот, а также для копирования и перемещения результатов из ОЗУ2 в ОЗУ3.
Модифицированная гарвардская вычислительная архитектура активно используется в ЦСП четвертого поколения.
Особенностью ЦСП на ГВА является возможность эффективной обработки электротехнических сигналов без дополнительной БИС, или с дополнительными БИС для ввода/вывода сигналов.
Устройство ввода/вывода электротехнических сигналов на кристалле называется кодек (аналоговоцифровой преобразователь (АЦП) и цифровой аналоговый преобразователь (ЦАП)). К моделям ЦСП, не имеющим кодека на кристалле, устройства АЦП и ЦАП подключаются в качестве внешнего устройства (ВУ).
По мере усложнения ЦП в ЦСП - при добавлении в него новых устройств, повышающих его интенсивность, ЦП стал называться ПЯ. В нем размещается:
Несколько генераторов адреса по числу ОЗУ
Буфер последовательности команд, в котором хранятся заранее считанные из ОЗУ1 команды программного кода
Большое количество регистров, встроенных в аппаратный умножитель
Устройство барабанного сдвига, позволяющее быстро осуществлять умножение или деление на два (2n) за один рабочий такт процессора.
рис. структура модифицированной ГВА