フォン・ノイマン型アーキテクチャとは？

フォン・ノイマン型アーキテクチャ（Von Neumann architecture）とは、1945年に数学者ジョン・フォン・ノイマンが報告書「EDVACに関する報告書の第一草稿」で提唱した、コンピュータの基本的な設計思想です。それ以前のコンピュータはプログラムをハードウェア配線で表現していましたが、この方式ではプログラム（命令）とデータを同一のメモリ空間に格納することで、ソフトウェアの変更だけで異なるタスクを実行できる「プログラム内蔵型コンピュータ」を実現しました。

この設計の主要な構成要素は次のとおりです。

• 演算装置（ALU）：四則演算や論理演算を実行する
• 制御装置：命令を解釈し各部に指示を出す
• メモリ（主記憶）：プログラムとデータを格納する
• 入出力装置：外部との情報やり取りを担う

CPUはメモリから命令を1つ取り出し（フェッチ）、解読し（デコード）、実行する（エグゼキュート）というサイクルを繰り返します。この単純な繰り返しがコンピュータのあらゆる処理を実現しています。

一方、プログラムとデータが同じバスを共有するため、データと命令の転送が競合する「フォン・ノイマンボトルネック」と呼ばれる速度制約が生じます。現代のCPUはキャッシュや並列実行、パイプライン処理などでこの制約を緩和しています。スマートフォンから大型コンピュータまで、現在ほぼすべての汎用コンピュータがこのアーキテクチャに基づいています。