§6.2. Гарвардская архитектура

Гарвардская архитектура была разработана Говардом Эйкеном в конце 1930-х годов в Гарвардском университете с целью увеличить скорость выполнения вычислительных операций и оптимизировать работу памяти.

Классическая гарвардская архитектура

Типичные операции (сложение и умножение) требуют от любого вычислительного устройства нескольких действий: выборку двух операндов, выбор инструкции и её выполнение, и, наконец, сохранение результата. Идея, реализованная Эйкеном, заключалась в физическом разделении линий передачи команд и данных. В первом компьютере Эйкена Марк I, для хранения данных использовалась перфорированная лента, а для работы с инструкциями – электро-механические регистры. Это позволяло одновременно пересылать и обрабатывать команды и данные, благодаря чему значительно повышалось общее быстродействие.

Модифицированая гарвардская архитектура

Соответствующая схема реализации доступа к памяти имеет один очевидный недостаток – высокую стоимость. При разделении каналов передачи адреса и данных на кристалле процессора, последний должен иметь в два раза больше выводов. Способом решения этой проблемы стала идея использовать общую шину данных и шину адреса для всех внешних данных, а внутри процессора использовать шину данных, шину команд и две шины адреса. Такую концепцию стали называть модифицированной Гарвардской архитектурой.

Расширенная гарвардская архитектура

Часто требуется выбрать три составляющие – два операнда и инструкцию (в алгоритмах цифровой обработки сигналов это наиболее встречаемая задача в БПФ и КИХ, БИХ фильтрах). Для этого существует кэш-память. В ней может храниться инструкция – обе шины остаются свободными, и появляется возможность передать два операнда одновременно. Использование кэш-памяти вместе с разделёнными шинами получило название «Super Harvard Architecture» («SHARC») – расширенная Гарвардская архитектура.

Примером могут послужить процессоры «Analog Devices»: ADSP-21xx – модифицированная Гарвардская Архитектура, ADSP-21xxx(SHARC) – расширенная Гарвардская Архитектура.

§6.3. Архитектура персонального компьютера

Архитектура современного персонального компьютера – это схема его чипсета, которую можно найти на сайтах производителей – Intel и AMD.

Раньше компьютер имел до 2-х сотен микросхем на материнской плате. Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета:

• контроллер-концентратор памяти (MCH) или Северный мост (англ. North Bridge), который обеспечивает работу процессора с памятью и с видеоподсистемой;

• контроллер-концентратор ввода-вывода (ICH) или Южный мост (англ. South Bridge), обеспечивающий работу с внешними устройствами.

Выбор типа чипсета зависит от процессора, с которым он работает, и определяет разновидности внешних устройств (видеокарты, винчестера и др.).

В характеристиках каждого процессора можно найти, с какими чипсетами он может работать.

Например, для процессоров Core 2 Duo рекомендуется использовать чипсет Intel® P965 Express и материнские платы, созданные на его основе.

Однако не так давно были разработаны и появились в продаже чипсеты нового поколения Intel 3 Series (G31, G33, G35, P35, X35) и материнские платы на их основе. Помимо поддержки двух- и четырёхъядерных процессоров Intel Core 2 Duo и Core 2 Quad новые чипсеты поддерживают совершенно новый тип памяти DDR3 (наряду с традиционной DDR2-800), а также новое поколение интерфейса PCI Express 2.0 с удвоенной пропускной способностью графики, а также работают с новой технологией Intel Turbo Memory для ускорения загрузки приложений. G33 и G35 имеют интегрированную графику с полноценной аппаратной поддержкой DirectX 10.

Первыми из этой серии в продаже появились материнские платы на чипсетах Intel G33 Express и Intel P35 Express.