ノイマン型コンピュータとは？

詳細解説

ノイマン型コンピュータは、数学者ジョン・フォン・ノイマンが1945年に提唱したプログラム内蔵方式（ストアドプログラム方式）を採用した現代コンピュータの基本アーキテクチャです。それ以前のコンピュータはプログラムを配線で表現していたため変更のたびに物理的な配線変更が必要でしたが、ノイマン型ではプログラム（命令）をデータと同じメモリに格納して順次読み出しながら実行するため、プログラムの変更が容易になりました。ノイマン型の5大装置は演算装置・制御装置・記憶装置・入力装置・出力装置で構成されます。制御装置はメモリから命令をフェッチ（取得）して解釈し、演算装置に実行させます。このフェッチ→デコード→実行→ライトバックの繰り返しが命令サイクル（マシンサイクル）です。ノイマン型の課題として「ノイマンボトルネック」があります。CPUとメモリがバスで接続されているため、メモリからの命令・データ転送がCPUの処理速度に追いつかず性能の律速となる問題です。この課題への対策としてキャッシュメモリ（高速な中間記憶）・パイプライン処理（命令を重ね合わせて並列実行）・マルチコアCPU・メモリバスの広帯域化などが発展してきました。非ノイマン型アーキテクチャ（データフローマシン・ニューロモーフィックチップ等）の研究も進んでいますが、現在の汎用コンピュータはほぼすべてノイマン型です。ITパスポートでは「プログラム内蔵方式の意義」「5大装置の役割」「ノイマンボトルネックの概念」が出題されます。

ITパスポートでの出題ポイント

• 1プログラム内蔵方式（ストアドプログラム）：命令をメモリに格納して順次実行
• 25大装置：演算・制御・記憶・入力・出力装置で構成
• 3ノイマンボトルネック：CPUとメモリ間のバス転送が性能の律速になる問題
• 4フェッチ→デコード→実行→ライトバックの命令サイクルを繰り返す

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