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ノイマン型

ノイマン型 (von Neumann architecture) は、コンピュータの実装方式のひとつで、主記憶装置(メモリ)上に命令データを区別することなく格納し、データを命令として解釈実行する方式である(命令とデータを区別して配置するアーキテクチャについてはハーバード・アーキテクチャを見よ)。

この方式は、ジョン・モークリージョン・エッカートEDVAC設計時に考案し、発表したが、EDVAC開発に加わっていた著名な数学者のジョン・フォン・ノイマンが自分の名義で発表したため、今日では、ノイマンの功績として広く知られている。

ただし、このアーキテクチャの最初のコンピュータは、EDVACではなくEDSACである。これは、EDVACの開発が非常に遅れたため、EDSACに先を越されたからである。

Table of contents
1 アーキテクチャ
2 実行
3 プログラム内蔵方式

アーキテクチャ

ノイマン型アーキテクチャの計算機は5つの部分からなる。演算論理装置(ALU)、制御装置、メモリ、入出力と、 これらを接続するバスである。

メモリに命令を格納するので、命令を実行するにはアクセス速度の遅いメモリに必ず触れなければならず、これがコンピュータのパフォーマンスを低下させている最大の原因であるとする、ノイマンズ・ボトルネックという考えも生まれた。

実行

ノイマン型アーキテクチャの計算機は以下のようなステップを繰り返し行うことで計算を行う。

  1. プログラムカウンタのさすアドレスから次の命令を読み込む
  2. 命令長さの分だけプログラムカウンタを増やす
  3. 制御装置で命令をデコードする。制御装置は計算機の他の部分に対して命令を出したり、繰り返しを行うためにプログラムカウンタの値を替えたり、条件分岐のためにALUの状態によってプログラムカウンタの値を替えたりすることができる。
  4. ステップ1へ戻る

プログラム内蔵方式

プログラム内蔵方式はメモリ上にプログラムを配置し(ほとんどの場合それをキャッシュなどに移動してから)読み込んで実行する 方式である。ノイマン型はこの一部であるが、同義ではない。

プログラム内蔵方式以前の計算機では、プログラムは配線によって行われていたが、プログラム内蔵方式の計算機では、プログラムの変更は、記憶装置上に保存されている命令情報の書き換えに過ぎない。つまり、ハードウェアの改変をすることなくコンピュータにさまざまな機能をもたせることが可能となった。それは即ち、コンピュータは、ソフトウェアという概念なしには語れなくなったということでもある。

1970年代以降のほとんど全ての計算機はプログラム内蔵方式である。





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