Bilgisayarların önemli bileşenlerinin başında merkezi işlem ünitesi(CPU), bellek birimleri ve giriş/çıkış birimleri bulunur. Bilgisayarların çalışma prensibine göre de farklı mimari tasarımları meydana çıkmıştır. Von Neumann ve Harvard mimarisi, program komutları ve verilerin saklanma ve erişme yapısı ile birbirinden ayrılır.
Merkezi İşlem Birimi
Bilgisayarın beyni olan CPU’ lar, her türlü komutun işlenmesi, gerekli adreslemelerin yapılması, birimler arası senkronizasyonun sağlanması gibi temel işlemlerin hepsinden sorumlu. Bünyelerinde bulunan ön bellekler ve sistem bellekleri komutların tutulduğu kısım iken ALU ile temel matematiksel ve mantıksal işlemleri yerine getirip komutları istenen formata getirir. İletişim yolları vasıtası ile de diğer birimler ile sürekli iletişim halinde kalıp gerekli veri alışverişini sağlar. ( CPU hakkında detaylı incelemeyi “ Bilgisayarların Beyni: İşlemci ” yazımızda bulabilirsiniz.)
Bellek
Bellek yapılarını, bilgisayarların çalışması için gerekli olan program kodlarının ve çalışma anında programların yürütülmesi için kullanılan geçici verileri tutan yapılar olarak tanımlayabiliriz. Von Nuemann ve Harvard mimarileri, bellek durumlarına göre birbirinden ayrılır.
Von Neumann Mimarisi
Von Neumann mimarisinde bilgisayarın çalışması için gerekli olan komut setleri ile veriler için aynı fiziksel bellek kullanılır. Aşağıdaki görselde anlaşılacağı üzere sistem mimarisinde tek bir bellek bulunur. Bu bellek içerisinde hem bilgisayarın temel işlevlerini yerine getirebilmesi için gerekli olan komutlar, hem de veriler bu bellek içerisinde yer alır. Görselde dikkat çeken şey “Von Neumann BottleNeck” olarak belirtilen ve Türkçe’ye “Von Neumann Darboğazı” olarak çevirebileceğimiz bir fenomen. Nedir bu kavram?
Bu mimaride belleğe tek bir veri yolundan erişim sağlandığı için darboğaz oluşumu söz konusu. Bir veri yolu üzerinden sadece bir bellek sınıfına erişilebildiği için, işlem kapasitesi CPU hızının çok altında kalır. Çünkü CPU, bellekten gelen veriyi beklemek zorundadır. Aynı anda paralel bir şekilde komut değerlendirilip veri işlenemez. Bu sebeple sistem performansı üzerinde büyük düşüşler gözlenir. Bu duruma gelişen teknoloji ile beraber çok hızlanan CPU performansına, bellek yapılarının yetişememe durumu sebep oluyor denilebilir. Bu durumun üzerinden gelinmesi için önbellek kullanımı gerekli hale gelmiştir.
Harvard Mimarisi
Harvard mimarisinde, komutlar ile verilere giden kanallar ayrılmıştır. Harvard Üniversitesi tarafından geliştirilen bu mimari, ilk defa Harvard Mark-1 bilgisayarında kullanıldı. Bu mimariyi kullanan makinalar, veriler ile komutlar arasında herhangi bir köprü bulundurmaz. Veri adresi 8 bit iken program adresi genellikle 14 bit uzunluğu sahiptir. Von Neumann mimarisinin aksine aynı anda hem komut alıp hem de veri işleyebilir.
Mimariler Arasındaki Farklar
.Harvard mimarisinde program belleği ile veri belleğine erişim ayrı iken, Von Neumann mimarisinde tek bir bellek kullanılır.
.Harvard mimarisi, ayrı bellek erişimi sebebiyle tasarımında daha fazla donanım gereksinime sahiptir.
.Von Neumann mimarisinin daha az alan ihtiyacı vardır.
.Aynı anda hem komut dinleyip hem veri işleyebildiği için Harvard mimarisi daha hızlıdır.
KAYNAKÇA
sciencedirect.com
wikipedi.org
