Arquitetura Von Neumann e Harvard

Arquitetura Von Neumann e Harvard

INTRODUO: Este trabalho tem como objetivo ampliar os conhecimentos na disciplina de Organizao de Computadores. Tendo como nfase principal contribuies diretamente ligadas arquitetura de computadores digitais. Da seguinte forma: foi pedido para realizar uma pesquisa, para responder a seguinte questo; (Faa um paralelo entre a Arquiteturas de Harvard RISC e a arquitetura de Von Neumann caracterizando os Microcontroladores PIC).

DESENVOLVIMENTO:Arquitetura do microcontrolador: A arquitetura de um sistema computacional define os mdulos do sistema que so visveis ao projetista, analista ou programador. A descrio desses mdulos importante, pois exerce impacto sobre a lgica do programa que ser executado. Um modelo simplificado para o microcontrolador apresentado na abaixo. Os mdulos que o compe so CPU (Central Processing Unit - Unidade Central de Processamento), UC (Control Unit Unidade de Controle), memria e interface de entrada e sada. A CPU responsvel por realizar todas as operaes aritmticas e lgicas. A UC realiza o controle das operaes internas no microprocessador e envia sinais de controle para os outros mdulos do microcontrolador.

Existem dois tipos de arquiteturas usadas no projeto de microcontroladores: Arquitetura Von Neumann e Arquitetura Harvard.

Arquitetura Von Neumann: A arquitetura Von Neumann utilizada pela grande maioria dos microcontroladores. Sua estrutura est organizada em um espao de memria, que armazena cdigo e dados e est conectado atravs de um nico barramento CPU (Unidade Central de Processamento), conforme apresentado na abaixo.

Os componentes propostos por JoHN Von Neumman so:- Uma memria;- Uma unidade lgica e aritmtica (ALU);- Uma unidade central de processamento (CPU); Composta por diversos registradores.- Uma unidade de controle (CU); Cuja funo buscar um programa na memria, instruo por instruo, e execut-lo sobre os dados de entrada.

Examinando um ponto de vista um pouco mais prtico, a vantagem de uma arquitetura CISC que j temos muitas das instrues guardadas no prprio processador, o que facilita o trabalho dos programadores, que j dispes de praticamente todas as instrues que sero usadas em seus programas. Os processadores CISC tm a vantagem de reduzir o tamanho do cdigo executvel por j possurem muito do cdigo comum em vrios programas, em forma de uma nica instruo.

Arquitetura Harvard: A arquitetura Harvard utilizada pelos microcontroladores da famlia PIC utiliza dois blocos de memria distintos: memria de dados e memria de programa, os quais esto diretamente conectados CPU. Essa estrutura permite um melhor desempenho quando comparado arquitetura Von Neumann, pois permite que ambas a memrias acessem a CPU em um mesmo perodo de tempo. A figura abaixo ilustra a estrutura da arquitetura Harvard.

A principal vantagem desta arquitetura dada pela dupla ligao as memrias de dados e programa, permitindo assim que o processador leia uma instruo ao mesmo tempo que faz um acesso memria de dados.

Uma das diferenas esto nos microcontroladores, que na arquitetura Harvard so RISC (Computador com Conjunto Reduzido de Instrues), enquanto na de Von Neumann so CISC (Computador com Conjunto Complexo de Instrues). Sendo que RISC possui algumas vantagens, j que cada instruo ocupa o mesmo espao na memria de programa e todas tem a mesma durao (exceto as de salto), com isso, menos instrues disponveis resultam em programas mais complexos. O funcionamento do pipeline de instrues da arquitetura Harvard semelhante ao da arquitetura von Neumann. Porm, ao invs da instruo ser divida em 3 partes independentes(execuo, decodificao e busca), ela dividida em 5 partes, sendo elas: IF(Instruction Fetch): busca da instruo na memria; ID(Instruction Decode): leitura dos registradores e decodificao da instruo; EX(Execute): execuo da instruo/clculo do endereo; MEM(Memory Access): acesso a um operando na memria; WB(Register Write Back): escrita de um resultado em um registrador.

Resumindo, a arquitetura Harvard melhora o desempenho do processador graas a sua separao de barramentos, por utilizar o microcontrolador do tipo RISC e por usa pipeline ser dividida em mais partes, tornando-o mais eficiente do que a arquitetura Von Neumann.

Equipamentos que utilizam a arquitetura Harvard: Os PICs (microcontroladores PIC) so uma famlia de microcontroladores fabricados pela Microchip Technology, que processam dados de 8 bits, de 16 bits e mais recentemente 32 bits, com extensa variedade de modelos e perifricos internos, com arquitetura Harvard e conjunto de instrues RISC (componentes que comeam com conjuntos de 35 instrues), com recursos de programao por Memria flash, EEPROM e OTP. Os microcontroladores PIC tm famlias com ncleos de processamento de 12 bits, 14 bits e 16 bits e trabalham em velocidades de 0kHz (ou DC) a 48MHz, usando ciclo de instruo de 4 perodos de clock, o que permite uma velocidade de no mximo 12 MIPS para essas famlias, podendo ser mais rpidos em outras famlias. H o reconhecimento de interrupes tanto externas como de perifricos internos. Funcionam com tenses de alimentao de 2 a 6V e os modelos possuem encapsulamento de 6 a 100 pinos em diversos formatos (SOT23, DIP, SOIC, TQFP, etc.).

Diferenas entre Arquitetura Harvard e Arquitetura Von Neumann:

Concluso: A diferena entre processadores RISC e CISC j no reside no tamanho nem no tipo do conjunto de instrues, mas sim na arquitetura em si. As nomenclaturas RISC e CISC j no descrevem a realidade das arquiteturas atuais. O que conta atualmente a velocidade com que o processador consegue executar as instrues que lhe so passadas e a fiabilidade com que consegue correr o software. Hoje em dia os fabricantes de processadores, sejam eles RISC ou CISC, esto a utilizar todos os truques de modo a melhorarem o desempenho e permitir algum avano em relao aos seus concorrentes. Ambas as arquitecturas tm sobrevivido no mercado por razes diferentes, a arquitectura RISC pela sua performance e a arquitectura CISC pela compatibilidade de software.

Referencias: http://www.hardware.com.br/artigos/risc-cisc/http://www.ebah.com.br/content/ABAAABIpIAF/plataformas-cisc-risc?part=4http://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/Comparativo-Entre-Arquiteturas-Risc-e-Cisc/762160.htmlhttp://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/Risc-e-Cisc/266848.html

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Universidade Federal de Santa MariaColgio Tcnico Industrial de Santa MariaCurso subsequente Eletrnica Turma: 239Disciplina: Organizao de ComputadoresProfessora: Tatiani

Arquitetura de Von Neumann e Harvard

Aluno:Ariel Hennig Neuenfeldt

Santa Maria RS2015