ARSITEKTUR HARVARD: ASAL, MODEL, CARA KERJANYA - TEKNOLOGI - 2025

The arsitektur Harvard adalah konfigurasi dari komputer di mana data dan instruksi dari program yang terletak di sel-sel yang terpisah dari memori, yang dapat diatasi secara independen.

Artinya, ini adalah istilah yang digunakan untuk sistem komputer yang berisi dua area terpisah: untuk perintah atau instruksi dan untuk data. Oleh karena itu, fungsi utama dari arsitektur ini adalah untuk menyimpan data secara terpisah, menyediakan jalur sinyal yang berbeda untuk instruksi dan data.

Sumber: Dari Nessa los - Karya sendiri, CC BY-SA 3.0, commons.wikimedia

Dalam arsitektur ini, format dan media dari kedua segmen sistem ini bisa jadi tidak sama, karena kedua bagian tersebut terdiri dari dua struktur yang terpisah.

Beberapa contoh arsitektur Harvard melibatkan sistem komputer awal, di mana instruksi program dapat berada pada satu media, misalnya, pada kartu berlubang, dan data yang disimpan dapat berada pada media lain, misalnya, pada pita magnetik.

Aplikasi

Jenis arsitektur ini memiliki aplikasi yang luas dalam produk pemrosesan video dan audio. Dengan setiap alat untuk mengolah video dan audio, sosok arsitektur Harvard dapat dilihat.

Perangkat Analog Prosesor Blackfin adalah perangkat khusus yang digunakan utamanya. Pada produk berbasis chip elektronik lainnya, arsitektur Harvard juga banyak digunakan.

Namun, kebanyakan komputer menggunakan arsitektur von Neumann dan menggunakan cache CPU untuk mencapai tumpang tindih.

Asal

Pekerjaan yang dilakukan di Universitas Harvard pada tahun 1940-an di bawah kepemimpinan Howard Aiken menciptakan komputer berbasis relai asli, yang disebut Harvard Mark I, yang merupakan istilah dari mana konsep arsitektur Harvard muncul.

Komputer ini menggunakan unit memori terpisah untuk menyimpan data dan instruksi. Kemudian ada perkembangan yang signifikan dengan arsitektur ini.

Aiken mendorong penggunaan memori terpisah untuk data dan instruksi program, dengan bus terpisah untuk masing-masing.

Arsitektur Harvard asli biasanya menyimpan instruksi pada pita berlubang dan data pada penghitung elektromekanis.

Penyimpanan data mesin awal ini sepenuhnya berada di dalam unit pemrosesan pusat. Di sisi lain, mereka tidak memberikan akses atas instruksi untuk disimpan sebagai data. Seorang operator harus memuat program.

Arsitektur Harvard dapat memproses data dan menjalankan instruksi pada saat yang sama, karena masing-masing memiliki bus alamatnya sendiri.

Model

Model ini dicirikan bahwa bus informasi dan penyimpanan secara fisik dipisahkan untuk data dan kode program.

Karena bus beroperasi secara otonom, data dan instruksi program dapat diperoleh pada saat yang sama, sehingga meningkatkan kecepatan pada desain bus tunggal.

Oleh karena itu, model Harvard ternyata lebih kompleks. Namun, memiliki bus secara mandiri menghindari kemacetan yang dihasilkan oleh arsitektur von Neumann.

Komputer bisa lebih cepat untuk rangkaian dengan kompleksitas tertentu, karena mencari instruksi dan mengakses data tidak harus berjuang untuk bus memori tunggal.

Untuk bekerja ada dua alamat memori. Oleh karena itu, ada register memori untuk instruksi mesin dan register memori lain untuk data.

Berbeda dengan arsitektur von Neumann, yang menggunakan bus untuk memindahkan instruksi dan data dalam memori, arsitektur Harvard menggunakan satu area memori untuk data dan satu lagi untuk instruksi.

Arsitektur Harvard yang Dimodifikasi

Di komputer saat ini tidak ada pemilahan fisik dari area memori yang digunakan oleh program dan data. Untuk alasan ini, dapat dikatakan bahwa secara teknologi mereka memiliki arsitektur Von Neumann.

Namun, arsitektur Harvard yang dimodifikasi berfungsi untuk mewakili komputer masa kini.

Meskipun unit pemrosesan saat ini berbagi memori, mereka memiliki elemen tertentu, seperti instruksi unik, yang mencegah data tersangkut dengan instruksi. Ini disebut arsitektur Harvard yang dimodifikasi.

Dengan demikian, arsitektur Harvard yang dimodifikasi memiliki dua bus terpisah, satu untuk kode dan satu lagi untuk data, tetapi memori itu sendiri adalah elemen yang digunakan bersama secara fisik.

Pengontrol memori adalah tempat perubahan itu berada, karena perangkat inilah yang menangani memori dan bagaimana ia harus digunakan.

Desain komputer modern didukung oleh arsitektur Harvard yang dimodifikasi. Mereka digunakan dalam mikrokontroler dan pemrosesan sinyal digital.

Bagaimana arsitektur Harvard bekerja?

Arsitektur Harvard memiliki area alamat memori yang berbeda untuk program dan data.

Hal ini menghasilkan kemampuan untuk mendesain rangkaian sedemikian rupa sehingga bus dan rangkaian kontrol dapat digunakan untuk menangani aliran informasi dari memori program dan yang terpisah untuk menangani aliran informasi ke memori data.

Penggunaan bus terpisah berarti memungkinkan program untuk diambil dan dijalankan tanpa terganggu oleh transfer data sesekali ke memori data.

Misalnya, dalam versi sederhana dari arsitektur ini, unit pemulihan program mungkin sibuk mengambil instruksi berikutnya dalam urutan program dan secara paralel melakukan operasi transfer data yang dapat menjadi bagian dari instruksi program sebelumnya. .

Pada level ini, arsitektur Harvard memiliki keterbatasan, karena secara umum tidak mungkin untuk memasukkan kode program ke dalam memori data dan menjalankannya dari sana.

Penambahan dalam arsitektur

Banyak varian yang lebih rumit yang dapat ditambahkan ke dalam bentuk sederhana arsitektur Harvard.

Penambahan umum adalah menambahkan cache instruksi ke bus data program, yang memungkinkan unit eksekusi instruksi mengakses lebih cepat ke langkah berikutnya dalam program, tanpa harus pergi ke memori yang lebih lambat untuk melanjutkan ke langkah tersebut. program setiap kali diperlukan.

Alamat memori

Komputer arsitektur Harvard memiliki area instruksi dan alamat data yang berbeda: alamat instruksi yang satu tidak sama dengan area alamat data.

Alamat instruksi satu bisa berisi nilai dua puluh empat bit, sedangkan alamat data satu bisa menunjukkan byte delapan bit, yang bukan bagian dari nilai dua puluh empat bit itu.

Sistem memori

Karena terdapat area memori terpisah untuk instruksi dan data, yang memisahkan sinyal dan penyimpanan memori dari kode dan data, hal ini memungkinkan untuk mengakses setiap sistem memori secara bersamaan.

Keuntungan

- Kecil kemungkinan terjadinya korupsi dalam transmisi, karena data dan instruksi ditransfer melalui bus yang berbeda.

- Data dan instruksi diakses dengan cara yang sama.

- Memungkinkan media penyimpanan yang berbeda untuk instruksi dan data. Misalnya, Anda dapat meletakkan instruksi ROM murah dan data dalam RAM mahal.

- Dua memori dapat menggunakan ukuran sel yang berbeda, sehingga dapat menggunakan sumber daya secara efektif.

- Memiliki bandwidth memori yang lebih besar, yang lebih dapat diprediksi dengan memiliki memori terpisah untuk instruksi dan data.

Tingkat perlindungan

Dalam sistem yang tidak memiliki unit manajemen memori, ini menawarkan tingkat perlindungan tambahan, karena data tidak dapat dimulai sebagai kode, yang akan membuat sistem terkena banyak masalah, seperti buffer overflow.

Itulah mengapa ini populer dengan sistem tertanam kecil, seperti microwave atau jam.

Kecepatan lebih tinggi

Arsitektur Harvard dapat membaca instruksi dan juga mengakses memori data secara bersamaan dengan kecepatan tinggi.

Ini menawarkan kinerja yang lebih besar, karena memungkinkan perolehan data dan instruksi secara bersamaan untuk disimpan dalam memori terpisah dan melakukan perjalanan melalui bus yang berbeda.

Arsitektur Harvard umumnya akan membantu komputer dengan tingkat kerumitan tertentu untuk berjalan lebih cepat daripada arsitektur Von Neumann, selama tidak perlu berbagi sumber daya antara memori kode dan data.

Jika batasan pin atau faktor lain memaksa penggunaan bus tunggal untuk mengakses kedua ruang memori, manfaat ini kemungkinan besar akan dibatalkan.

Kekurangan

Kompleksitas dan biaya yang lebih besar

Masalah dengan arsitektur Harvard adalah kompleksitas dan biayanya yang besar karena alih-alih satu bus data, sekarang dibutuhkan dua bus data.

Memproduksi komputer dua bus jauh lebih mahal dan waktu pembuatannya lebih lama. Dibutuhkan unit kendali untuk dua bus, yang lebih rumit dan memakan waktu serta mahal untuk dikembangkan.

Ini berarti implementasi yang lebih kompleks untuk produsen. Ini membutuhkan lebih banyak pin pada CPU, motherboard yang lebih kompleks dan harus menggandakan chip RAM, serta desain cache yang lebih kompleks.

Sedikit berguna

Arsitektur Harvard tidak digunakan secara luas, sehingga lebih sulit untuk diterapkan. Inilah sebabnya mengapa jarang digunakan di luar CPU.

Namun, arsitektur ini terkadang digunakan di dalam CPU untuk mengelola cache-nya.

Penyalahgunaan ruang memori

Ketika ada ruang kosong di memori data, itu tidak dapat digunakan untuk menyimpan instruksi dan sebaliknya.

Oleh karena itu, kenangan khusus yang didedikasikan untuk masing-masingnya harus diseimbangkan dengan cermat dalam pembuatannya.

Referensi

1. Daftar Perbedaan (2019). Perbedaan Antara Von Neumann dan Arsitektur Harvard? Diambil dari: listdifferences.com.
2. Majalah PC (2019). Definisi dari: Arsitektur Harvard. Diambil dari: pcmag.com.
3. Techopedia (2019). Arsitektur Harvard. Diambil dari: ceilingpedia.com.
4. Scott Thornton (2018). Apa perbedaan antara arsitektur Von-Neumann dan Harvard? Tip Mikrokontroler. Diambil dari: microcontrollertips.com.
5. Wikipedia, ensiklopedia gratis (2019). Arsitektur Harvard. Diambil dari: en.wikipedia.org.
6. The Crazy Programmer (2019). Perbedaan antara Von Neumann dan Arsitektur Harvard. Diambil dari: thecrazyprogrammer.com.