Sistemas integrados: tipos de arquitectura

Los microcontroladores 8051 funcionan con bus de datos de 8 bits. Por lo tanto, pueden admitir una memoria de datos externa de hasta 64K y una memoria de programa externa de 64k como máximo. En conjunto, los microcontroladores 8051 pueden direccionar 128k de memoria externa.

Cuando los datos y el código se encuentran en diferentes bloques de memoria, la arquitectura se denomina Harvard architecture. En caso de que los datos y el código se encuentren en el mismo bloque de memoria, la arquitectura se denominaVon Neumann architecture.

Arquitectura de Von Neumann

La arquitectura de Von Neumann fue propuesta por primera vez por un informático John von Neumann. En esta arquitectura, existe una ruta de datos o bus tanto para la instrucción como para los datos. Como resultado, la CPU realiza una operación a la vez. Obtiene una instrucción de la memoria o realiza una operación de lectura / escritura en los datos. Por lo tanto, una búsqueda de instrucciones y una operación de datos no pueden ocurrir simultáneamente, compartiendo un bus común.

La arquitectura de Von-Neumann admite hardware simple. Permite el uso de una única memoria secuencial. Las velocidades de procesamiento actuales superan ampliamente los tiempos de acceso a la memoria, y empleamos una cantidad muy rápida pero pequeña de memoria (caché) local en el procesador.

Arquitectura de Harvard

La arquitectura de Harvard ofrece buses de señal y almacenamiento separados para instrucciones y datos. Esta arquitectura tiene un almacenamiento de datos completamente contenido dentro de la CPU y no hay acceso al almacenamiento de instrucciones como datos. Las computadoras tienen áreas de memoria separadas para las instrucciones del programa y los datos que utilizan buses de datos internos, lo que permite el acceso simultáneo a las instrucciones y los datos.

Los programas debían ser cargados por un operador; el procesador no pudo iniciarse solo. En una arquitectura de Harvard, no es necesario que los dos recuerdos compartan propiedades.

Arquitectura Von-Neumann vs Arquitectura de Harvard

Los siguientes puntos distinguen la arquitectura de Von Neumann de la arquitectura de Harvard.

Arquitectura de Von-Neumann Arquitectura de Harvard
Memoria única para compartir tanto por código como por datos. Memorias separadas para código y datos.
El procesador necesita buscar código en un ciclo de reloj separado y datos en otro ciclo de reloj. Por lo que requiere dos ciclos de reloj. Un ciclo de reloj es suficiente, ya que se utilizan buses separados para acceder al código y a los datos.
Mayor velocidad, por lo tanto, menos tiempo. Más lento en velocidad, por lo tanto, más tiempo.
Diseño simple. Complejo en diseño.

CISC y RISC

CISC es una computadora de conjunto de instrucciones complejas. Es una computadora que puede abordar una gran cantidad de instrucciones.

A principios de la década de 1980, los diseñadores de computadoras recomendaron que las computadoras usaran menos instrucciones con construcciones simples para que puedan ejecutarse mucho más rápido dentro de la CPU sin tener que usar memoria. Dichas computadoras se clasifican como Computadora con conjunto de instrucciones reducido o RISC.

CISC vs RISC

Los siguientes puntos diferencian un CISC de un RISC:

CISC RISC
Conjunto de instrucciones más amplio. Fácil de programar Conjunto de instrucciones más pequeño. Difícil de programar.
Diseño más simple del compilador, considerando un conjunto de instrucciones más grande. Diseño complejo de compilador.
Muchos modos de direccionamiento provocan formatos de instrucción complejos. Pocos modos de direccionamiento, formato de instrucción fijo.
La duración de la instrucción es variable. La duración de la instrucción varía.
Ciclos de reloj más altos por segundo. Ciclo de reloj bajo por segundo.
El énfasis está en el hardware. El énfasis está en el software.
La unidad de control implementa un gran conjunto de instrucciones mediante la unidad de microprograma. Cada instrucción debe ser ejecutada por hardware.
Ejecución más lenta, ya que las instrucciones deben ser leídas desde la memoria y decodificadas por la unidad decodificadora. Ejecución más rápida, ya que cada instrucción debe ser ejecutada por hardware.
La canalización no es posible. La canalización de instrucciones es posible, considerando un ciclo de reloj único.