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Das Prozessorarchitektur bestimmt, wie die Zentraleinheit innerhalb von a Prozessor mit seinem Arbeitsspeicher und Peripheriegeräte in einem Rechnerarchitektur kommunizieren kann. Es gibt drei grundlegende Architekturen, und ob es ein digitaler Signalprozessor (DSP), und Mikrocontroller (MCU) oder Mikroprozessor (MPU) verwendet wird, sind sie alle nach einer dieser drei Grundarchitekturen konzipiert.

Die Architekturen

1. Die Von Neumann Architektur.

• Entwickelt von John von Neumann.
• Oft verwendet in MCU und MPU.

2. Die Harvard-Architektur.

• Entwickelt am Harvard Universität.
• Wird immer noch in Maßen in DSPs verwendet.

3. Die modifizierte Harvard-Architektur.

• Entwickelt auf dem Harvard Universität.
• Wird häufig in DSP und Hybrid verwendet.

Architekturvergleich

Der markante Unterschied zwischen den von Neumann- und der Harvard-Architektur ist, dass die Harvard-Variante einen komplett getrennten Befehls- und Datenspeicher hat. Genauer gesagt werden alle Anweisungen vollständig getrennt von den Daten gehalten, auf denen diese Anweisungen ausgeführt werden. Dadurch kann der Inhalt des Datenspeichers nie als Anweisung ausgeführt werden, wenn Fehler ('Bugs') im Programm auftreten. Die Harvard-Architektur bietet somit eine weitreichende Sicherheit für die Anwendung, die beispielsweise in Militär-, Luft- und Raumfahrt- und medizinischen Anwendungen erforderlich ist.

Diese tief verwurzelte Sicherheit hat jedoch auch ihre Kehrseite. Da Anweisungen und Daten so streng getrennt sind, können bestimmte Computeralgorithmen einfach nicht implementiert werden. EIN selbstmodifizierender-code ist beispielsweise in einer Harvard-Architektur unmöglich. Solche spezifischen Algorithmen können nur auf einer Von-Neumann-Architektur funktionieren. Dieser selbstmodifizierende Code wird häufig in Sicherheits- und/oder Verschlüsselungsalgorithmen verwendet, hat aber auch andere Anwendungsgebiete.

Aufgrund der festgestellten Tatsache, dass sowohl die Harvard- als auch die Von-Neumann-Architektur bestimmte charakteristische Vorteile gegenüber einander aufweisen, ist die modifizierte Harvard-Architektur entworfen. Diese Architektur ist eine logische Kombination aus beiden. Grundsätzlich ähnelt das modifizierte Modell einer Harvard-Architektur, jedoch sind in beiden sehr begrenzte Speicherbereiche vorhanden Anweisung- wenn Datenspeicher bestimmte Bereiche werden definiert und innerhalb des Prozessors werden diese speziellen Speicherblöcke aufeinander gespiegelt. Das Einschreiben in den speziellen Datenspeicherblock hat also zur Folge, dass diese Daten nicht nur an dieser Stelle im Datenspeicher zu finden sind, sondern auch direkt im Befehlsspeicher, wo sie dann als Prozessorbefehl ausgeführt werden können. Diese gespiegelten Blöcke können als effiziente Leitung von den Daten zum Befehlsspeicher und umgekehrt angesehen werden.

Ob eine Architektur besser ist als eine andere, lässt sich nicht sagen. Jede Architektur hat ihre eigenen charakteristischen Stärken und Schwächen und damit spezifische Anwendungsgebiete. Und obwohl nicht alle Architekturen gleichermaßen unter den Prozessoren auf dem Markt vertreten sind, hat jede dieser Architekturen ihre volle Daseinsberechtigung.

Architekturbeispiele

Weil in MPU und MCU die Flexibilität der Architektur zusammen mit der Benutzerfreundlichkeit sind die wichtigsten Parameter, die Von Neumann Architektur das am häufigsten verwendete Modell. Das Fehlen der maximal erreichbaren Sicherheit durch die Kombination von Befehlen und Daten wird oft durch andere Hardware-Einrichtungen wie die Speicherverwaltung (MMU) und Aufpasser (Hardware-- und Software). Darüber hinaus ist auch der Aspekt der geringeren Kosten einer vereinheitlichten externen Speicherarchitektur wichtig.

Nur wenn die Prozessor was anwendungsspezifischer wird, wie z. B. ein DSP, dann die modifizierte Harvard-Architektur oft die besten Ergebnisse. Seltsamerweise ist nicht einmal der Sicherheitsaspekt der getrennten Daten und Instruktionen entscheidend, sondern die Tatsache, dass durch diese Trennung Parallelität beim Laden von Instruktionen und Daten realisiert werden kann. Hier bekommt der DSP seine große Geschwindigkeit. Die Architektur ermöglicht das gleichzeitige Arbeiten an verschiedenen Bussen.

Es gibt jetzt auch hybrid Prozessoren, in denen DSP und MCUFunktionen wurden zusammengeführt. Allerdings hat jeder Prozessorhersteller seine eigene Definition, wie der Hybrid eigentlich zusammengebaut werden soll. Die Bildung eines Hybrids könnte als Bündelung verschiedener Prozessorarchitekturen gesehen werden, viele Jahre nachdem sich alle aus einer Basisarchitektur entwickelt haben. Die Hybriden sind oft die modifizierte Harvard-ArchitekturModell treu.