ノイマン型電子計算機

この電子計算機は、メモリ上に格納された命令(プログラム)を順次呼び出して、一つずつ実行(逐次処理)する方式であり、チューリングマシンの原理に準じて設計されている。

ノイマンは、この研究によって1952(昭和27)年にEDVACを完成させた。

但し、世界初のノイマン型電子計算機は実際は研究途中で離反したモークリー(John W. Mauchly)とエッカート(John Presper Eckert)(共にENIACの開発者)による1949(昭和24)年完成のEDSACである。

ノイマン型計算機には、次のような特徴がある。

• プログラム内蔵方式
• 決定性論理
• コントロール駆動(制御信号の到達による命令の実行)
• 線形アドレス (主記憶装置は0から始まる整数によってアドレスが表わされる)
• 固定命令セット
• 逐次実行
• 命令部によってデータ部が解釈される

CPU(処理装置)とメモリ間の、命令やデータの転送を行なうバス部分の性能が処理性能全体に影響を及ぼすという構造上避けられない問題が常に存在し、これを「フォン・ノイマン・ボトルネック」と呼ぶ。

ノイマン型電子計算機の発展は常にこの限界との戦いであり、これを避けるために命令キャッシュやパイプライン式並列処理などの様々な技術が考案された。

全ての処理を逐次命令によって実現するため、演算速度(演算素子の動作クロック数で示される)が向上するほど、処理速度を向上させられる。

それまでのENIACなどの固定プログラム方式(演算素子自体が特定の処理を行なうようにあらかじめ配列されている)に比べて、単純な構造ながらも柔軟で多様な処理を実現できるという特徴がある。

逆に、逐次でしか命令を実行できないため、処理内容によっては膨大な計算時間を必要としたり複雑な問題のアルゴリズム(解法手順)の開発に大変な手間を要したり、人間が行なうような画像や音声の不完全な認識に対する探索等には向かないという弱点もある。

これらを解決するための方法として、様々な考え方による次世代の「非ノイマン型」のアーキテクチャが研究されている。