Arquitetura Harvard

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10/10/2016 Arquitetura Harvard – Wikipédia, a enciclopédia livre
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Diagrama representando a Arquitetura de Harvard
Arquitetura Harvard
Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
A Arquitetura de Harvard (AO 1945:
Arquitectura de Harvard) baseia­se em um
conceito mais recente que a de Von Neumann,
tendo surgido da necessidade de se pôr o
microcontrolador para trabalhar mais rápido. É
uma arquitetura de computador que se distingue
das outras por possuir duas memórias diferentes e
independentes em termos de barramento e ligação
ao processador. É utilizada nos
microcontroladores PIC. Tem, como principal
característica, o acesso à memória de dados de
modo separado em relação à memória de
programa.[1][2][3][4]
Baseada também na separação de barramentos de
dados das memórias onde estão as instruções de programa e das memórias de dados, permite que um
processador possa acessar as duas simultaneamente, obtendo um desempenho melhor do que a da Arquitetura
de von Neumann, pois pode buscar uma nova instrução enquanto executa outra.[5][6]
A principal vantagem dessa arquitetura é que a leitura de instruções e de alguns tipos de operandos pode ser
feita ao mesmo tempo em que a execução das instruções (tempo Tcy). Isso significa que o sistema fica todo o
tempo executando instruções, o que acarreta um significativo ganho de velocidade. Enquanto uma instrução
está sendo executada, a seguinte está sendo lida. Esse processo é conhecido como pipelining (canalização).
A arquitetura Havard também possui um repertório com menos instruções que a de von Neumann, e essas são
executadas apenas num único ciclo de relógio.
Arquiteturas de Harvard são normalmente utilizadas em qualquer sistemas especializados ou para usos
específicos. É utilizado em processamento de sinal digital especializados (DSP), normalmente por produtos de
áudio e vídeo de transformação. Ele também é usado em muitos pequenos microcontroladores utilizados em
aplicações eletrônicas, tais como máquinas RISCO Advanced (ARM) para produtos à base de muitos
vendedores.
Os microcontroladores com arquitetura Havard são também conhecidos como "microcontroladores RISC"
(Computador com Conjunto Reduzido de Instruções), e os microcontroladores com uma arquitetura Von­
Neumann, de "microcontroladores CISC" (Computador com um Conjunto Complexo de Instruções). Porém,
atualmente as linhas CISC e RISC é muito tênue, não existindo mais essa diferenciação, visto que os
processadores atuais tem instruções complexas ao mesmo tempo que buscam minimizar o tempo de execução.
Índice
1 RISC
2 CISC
3 História
4 Arquitetura de Harvard modificada
5 Detalhes da memória
6 Comparando a Arquitetura de Harvard com a Arquitetura de Von Neumann
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Harvard_architecture.svg
https://pt.wikipedia.org/wiki/Diagrama
https://pt.wikipedia.org/wiki/Acordo_Ortogr%C3%A1fico_de_1945
https://pt.wikipedia.org/wiki/Arquitetura_de_von_Neumann
https://pt.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador
https://pt.wikipedia.org/wiki/Arquitetura_de_computador
https://pt.wikipedia.org/wiki/Barramento
https://pt.wikipedia.org/wiki/Processador
https://pt.wikipedia.org/wiki/Arquitetura_de_von_Neumann
https://pt.wikipedia.org/wiki/Pipeline_(hardware)
https://pt.wikipedia.org/wiki/CISC
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https://pt.wikipedia.org/wiki/Arquitetura_Harvard 2/5
7 Ver também
8 Referências
RISC
Reduced Instruction Set Computer ou Computador com um Conjunto Reduzido de Instruções (RISC) é uma
linha de arquitetura de processadores que favorece um conjunto simples e pequeno de instruções que levam,
aproximadamente, a mesma quantidade de tempo para serem executadas. A maioria dos microprocessadores
modernos são RISCs, por exemplo DEC Alpha, SPARC, MIPS, e PowerPC. O tipo de microprocessador mais
largamente usado em desktops, o x86, é mais CISC do que RISC, embora chips mais novos traduzam instruções
x86 baseadas em arquitetura CISC em formas baseadas em arquitetura RISC mais simples, utilizando
prioridade de execução.
Os processadores baseados na computação de conjunto de instruções reduzido não tem micro­programação, as
instruções são executadas diretamente pelo hardware. Como característica, esta arquitetura, além de não ter
microcódigo, tem o conjunto de instruções reduzido, bem como baixo nível de complexidade. A ideia foi
inspirada pela descoberta de que muitas das características incluídas na arquitetura tradicional de processadores
para ganho de desempenho foram ignoradas pelos programas que foram executados neles. Mas o desempenho
do processador em relação à memória que ele acessava era crescente. Isto resultou num número de técnicas para
otimização do processo dentro do processador, enquanto ao mesmo tempo tentando reduzir o número total de
acessos à memória. RISC é, também, a arquitetura adotada para os processadores dos jogos de vídeo modernos,
que proporcionam um hardware extremamente dedicado somente à execução do jogo, tornando­o muito mais
rápido em relação a micro computadores com mais recursos, embora com processador x86.
CISC
CISC (sigla para Complex Instruction Set Computer, ou, em uma tradução literal, "Computador com um
Conjunto Complexo de Instruções") é uma linha de arquitetura de processadores capaz de executar centenas de
instruções complexas diferentes sendo, assim, extremamente versátil. Exemplos de processadores CISC são os
386 e os 486 da Intel.
Os processadores baseados na computação de conjunto de instruções complexas contêm uma
microprogramação, ou seja, um conjunto de códigos de instruções que são gravados no processador,
permitindo­lhe receber as instruções dos programas e executá­las, utilizando as instruções contidas na sua
microprogramação. Seria como quebrar estas instruções, já em baixo nível, em diversas instruções mais
próximas do hardware (as instruções contidas no microcódigo do processador). Como característica marcante
esta arquitetura contém um conjunto grande de instruções, a maioria deles em um elevado grau de
complexidade.
Examinando do ponto de vista um pouco mais prático, a vantagem da arquitetura CISC é que já temos muitas
das instruções guardadas no próprio processador, o que facilita o trabalho dos programadores de linguagem de
máquina; disponibilizando, assim, praticamente todas as instruções que serão usadas em seus programas. Os
processadores CISC têm a vantagem de reduzir o tamanho do código executável por já possuirem muito do
código comum em vários programas, em forma de uma única instrução. Porém, do ponto de vista da
performance, os CISC's têm algumas desvantagens em relação aos RISC's, entre elas a impossibilidade de se
alterar alguma instrução composta para se melhorar a performance. O código equivalente às instruções
compostas do CISC pode ser escrito nos RISC's da forma desejada, usando um conjunto de instruções simples,
da maneira que mais se adequar. Sendo assim, existe uma disputa entre tamanho do código X desempenho.
História
https://pt.wikipedia.org/wiki/RISC
https://pt.wikipedia.org/wiki/DEC_Alpha
https://pt.wikipedia.org/wiki/SPARC
https://pt.wikipedia.org/wiki/MIPS
https://pt.wikipedia.org/wiki/PowerPC
https://pt.wikipedia.org/wiki/X86
https://pt.wikipedia.org/wiki/Complex_Instruction_Set_Computer
https://pt.wikipedia.org/wiki/386
https://pt.wikipedia.org/wiki/486
10/10/2016 Arquitetura Harvard – Wikipédia, a enciclopédia livre
https://pt.wikipedia.org/wiki/Arquitetura_Harvard 3/5
As raízes da arquitetura Harvard se originam na Universidade de Harvard com o projeto do computador
Harvard Mark I que foi criado entre 1937 a 1944, durante a II Guerra Mundial, idealizado por Howard Aiken
com o apoio da IBM e da marinha norte americana foi considerado o primeiro projeto de computador. Utilizava
muitas válvulas, as operações internas eram controladas por relés e os cálculos eram realizados mecanicamente.
Integrava conceitos de computadores digitais e analógicos, pois tinha sistema eletrônico e mecânico na mesmamáquina.[7]
H. Aiken, o pesquisador que desenvolveu Mark I, construiu outras versões deste computador. Apesar de ter se
originado do Mark I, a arquitetura Harvard só foi novamente impulsionada a partir da década de 70 com a
criação de circuitos integrados por diversas empresas do segmento como a Signetics, que criou o dispositivo
8x300, a intel com o 8048, a General Instruments para uso como interface controladora de periféricos (PIC) que
foi projetada para compensar o fraco barramento de I/O da sua CPU CP1600 de 16 bits. A divisão de
microeletrônica foi, depois, transformada na Arizona Microchip Technology (por volta de 1985), com os PICs
como seu produto principal etc... Antes disso, a arquitetura Harvard tinha sido apenas uma curiosidade
científica desde a sua invenção pela Universidade de Harvard.
Numa competição criada pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos que colocou Princeton contra
Harvard, Princeton ganhou a competição porque o tempo médio entre falhas (MTBF) da sua arquitetura de
memória mais simples era muito melhor, embora mais lenta que a proposta de Harvard. Com o
desenvolvimento dos transistores e dos circuitos integrados, a arquitetura Harvard finalmente foi reconhecida.
A Microchip fez melhoramentos na arquitetura original, e atualizou os blocos funcionais do projeto original
com avanços modernos que estão em compasso com os processos arquitetônicos existentes e capacitados pelo
baixo custo dos semicondutores.
Arquitetura de Harvard modificada
A Arquitetura de Harvard Modificada é uma variação da Arquitetura de Harvard que permite que o conteúdo da
memória de programa seja acedido como se fosse memória de dados. Esta é a principal diferença entre as duas
arquiteturas. Quase todos os computadores pessoais modernos possuem Arquitetura de Harvard Modificada.
Exemplos da Arquitetura de Harvard Modificada:
Acesso de leitura ­ os valores dados iniciais podem ser copiados da memória de instruções para a
memória de dados quando um programa é iniciado.
Acesso de gravação ­ a capacidade de reprogramar é geralmente exigida; muito poucos computadores são
meramente memória apenas para leitura (ROM) com base. Por exemplo: um microcontrolador,
normalmente,tem a capacidade de gravar a memória flash, que é usada para manter as suas instruções.
Detalhes da memória
Na Arquitetura de Harvard, não é necessário usar as duas memórias, pois elas possuem características em
comum. Em especial, a largura da palavra, o tempo, tecnologia, implementação e estrutura de endereço de
memória pode ser diferente. Em alguns sistemas, as instruções podem ser armazenadas na memória somente
como leitura, enquanto a memória de dados, geralmente, requer leitura e escrita de memória. Em alguns
sistemas, há mais memórias de dados para endereços de instrução do que memórias de instruções, pois são mais
amplas do que os endereços de dados.[8]
Comparando a Arquitetura de Harvard com a Arquitetura de Von
Neumann
https://pt.wikipedia.org/wiki/Universidade_de_Harvard
https://pt.wikipedia.org/wiki/Harvard_Mark_I
https://pt.wikipedia.org/wiki/II_Guerra_Mundial
https://pt.wikipedia.org/wiki/Howard_Aiken
https://pt.wikipedia.org/wiki/IBM
https://pt.wikipedia.org/wiki/Marinha_dos_Estados_Unidos
https://pt.wikipedia.org/wiki/Computador_digital
https://pt.wikipedia.org/wiki/Computador_anal%C3%B3gico
https://pt.wikipedia.org/wiki/Eletr%C3%B4nico
https://pt.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A2nico
https://pt.wikipedia.org/wiki/Interface
https://pt.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Defesa_dos_Estados_Unidos
https://pt.wikipedia.org/wiki/Universidade_de_Princeton
https://pt.wikipedia.org/wiki/Universidade_de_Harvard
https://pt.wikipedia.org/wiki/Toler%C3%A2ncia_a_falhas_(hardware)
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transistor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado
https://pt.wikipedia.org/wiki/Computador_pessoal
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https://pt.wikipedia.org/wiki/Arquitetura_Harvard 4/5
A Wikipédia possui o portal:
Tecnologias de
informação
A diferença entre a arquitetura de Von Neumann e a Harvard é que a última separa o armazenamento e o
comportamento das instruções do CPU e os dados, enquanto a anterior utiliza o mesmo espaço de memória para
ambos. Nos CPUs atuais, é mais comum encontrar a arquitetura Von Neumann, mas algumas coisas da
arquitetura Harvard também são vistas. Nessas distintas arquiteturas, temos vantagens e desvantagens. Na
Arquitetura de Harvard, os caminhos de dados e de instrução são distintos. Já na arquitetura Von­Neumann, é
processada uma única informação por vez, visto que, nessa tecnologia, execução e dados percorrem o mesmo
barramento, o que torna o processo lento em relação à arquitetura Harvard. A arquitetura Harvard é mais
utilizada nos microcontroladores, pois proporcionam maior velocidade de processamento, pois, enquanto a
CPU processa uma informação, outra nova informação está sendo buscada, de forma sucessiva.
Sobre a arquitetura de von Neumann, a CPU pode ser uma instrução de leitura, escrita de dados de memória, ou
para memória. Ambas as instruções, não podem ocorrer ao mesmo tempo, uma vez que as instruções e os dados
fazem o uso do sistema de barramento. Em um computador que utiliza a arquitetura Harvard, a CPU pode ler
uma instrução e executar um acesso à memória de dados ao mesmo tempo, mesmo sem cache, pode assim ser
mais rápido para um circuito de complexidade dada porque a instrução busca o acesso a dados, sem acontecer
por uma via única de memória.
Além disso, uma máquina que faz o uso da arquitetura de Harvard tem o código e espaços com distintos dados
de endereço: o endereço da instrução zero não é o mesmo que os dados de endereço zero. A instrução do
endereço zero pode identificar um valor de 24 bits, enquanto os dados de endereço zero pode indicar um byte de
oito bitsque não faz parte desse valor do bit 24.[9]
Ver também
Referências
1. Arquiteturas Von Neumann e Harvard (http://www.inf.pucrs.br/~emoreno/undergraduate/CC/orgarqi/class_files/Aula1
7/Aula17b.pdf)
2. Aurélien Francillon , Claude Castelluccia, Code Injection Attacks on Harvard­Architecture Devices (2009)
doi:10.1145/1455770.1455775 (https://dx.doi.org/10.1145/1455770.1455775)
3. Daniel F. McCarthy , Architectures for parallel DSP­based adaptive optics feedback control
{{DOI:10.1117/12.367581}}
4. Sid Katzen, The Essential PIC18® Microcontroller; Springer Science & Business Media, 2010, ISBN 1­849­96229­4
5. Design, Synthesis and FPGA ­ based Implementation of a 32 ­ bit Digital Signal Processor (http://www.ijser.org/resea
rchpaper%5CDesign­Synthesis­and­FPGA­based­Implementation­of­a­32­bit­Digital­Signal­Processor.pdf)
6. SHARC: Fast and Robust Unidirectional Routing , doi:DOI:10.1137/1.9781611972887.2
DOI:10.1137/1.9781611972887.2 (https://dx.doi.org/)
7. Cléuzio Fonseca Filho, História da computação: O Caminho do Pensamento e da Tecnologia; EDIPUCRS, ISBN
8­574­30691­6
8. Kristopher Watts, Paul Oman, Stack­Based Buffer Overflows in Harvard Class Embedded Systems, pp 185­197 2009
doi:10.1007/978­3­642­04798­5_13 (https://dx.doi.org/10.1007/978­3­642­04798­5_13) ISBN 978­3­642­04797­8
Online ISBN 978­3­642­04798­5
9. doi:01.IJEPE.02.02.44 (https://dx.doi.org/01.IJEPE.02.02.44)
Obtida de "https://pt.wikipedia.org/w/index.php?
title=Arquitetura_Harvard&oldid=44854080"
Categorias:  Arquitetura de computadores Tipos de computadores
Conjunto de instruções
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Portal.svg
https://pt.wikipedia.org/wiki/Portal:Tecnologias_de_informa%C3%A7%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/Barramento
https://pt.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador
https://pt.wikipedia.org/wiki/Byte
https://pt.wikipedia.org/wiki/Bit
http://www.inf.pucrs.br/~emoreno/undergraduate/CC/orgarqi/class_files/Aula17/Aula17b.pdf
https://pt.wikipedia.org/wiki/Digital_object_identifier
https://dx.doi.org/10.1145/1455770.1455775
https://pt.wikipedia.org/wiki/Especial:Fontes_de_livros/1849962294
http://www.ijser.org/researchpaper%5CDesign-Synthesis-and-FPGA-based-Implementation-of-a-32-bit-Digital-Signal-Processor.pdfhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Digital_object_identifier
https://dx.doi.org/
https://pt.wikipedia.org/wiki/Especial:Fontes_de_livros/8574306916
https://pt.wikipedia.org/wiki/Digital_object_identifier
https://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-04798-5_13
https://pt.wikipedia.org/wiki/Especial:Fontes_de_livros/9783642047978
https://pt.wikipedia.org/wiki/Especial:Fontes_de_livros/9783642047985
https://pt.wikipedia.org/wiki/Digital_object_identifier
https://dx.doi.org/01.IJEPE.02.02.44
https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Arquitetura_Harvard&oldid=44854080
https://pt.wikipedia.org/wiki/Especial:Categorias
https://pt.wikipedia.org/wiki/Categoria:Arquitetura_de_computadores
https://pt.wikipedia.org/wiki/Categoria:Tipos_de_computadores
https://pt.wikipedia.org/wiki/Conjunto_de_instru%C3%A7%C3%B5es
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