ノイマン型コンピューターの設計哲学とは何ですか?

フォン・ノイマン型コンピュータの設計思想は、 1.「プログラムとデータはバイナリで表現される」 プログラムを格納するコンピュータでは、データと命令はバイナリ形式でメモリに格納されます。 2.「ストアドプログラム制御」：プログラムをコンピュータに入力し、内部メモリに格納し（格納原理）、コントローラは動作中に内部メモリに格納された命令をアドレス順にフェッチし（命令はアドレス順にアクセス）、命令を解析し、命令の機能を実行し、転送命令があれば転送アドレスに転送し、アドレス順に命令にアクセスします（プログラム制御）。

このチュートリアルの動作環境: Windows 7 システム、Dell G3 コンピューター。

フォン・ノイマンコンピュータ（フォン・ノイマンシステム機構を用いた電子デジタルコンピュータ）とは、一般にフォン・ノイマンマシンを指し、フォン・ノイマンが提唱したストアドプログラムの概念に基づいて設計されたコンピュータを指します。主な特徴は、命令とデータがバイナリ形式でメモリに保存され、命令は保存された順序に従って実行されることです。

フォン ノイマン アーキテクチャは、フォン ノイマン モデルまたはプリンストン アーキテクチャとも呼ばれ、プログラム命令メモリとデータ メモリのコンピュータ設計概念構造を結合したものです。フォン・ノイマン構造に基づいて設計されたコンピュータはフォン・ノイマンコンピュータと呼ばれ、ストアドプログラムコンピュータとしても知られています。

ノイマン型コンピュータの設計思想

ノイマン型コンピュータの主な設計思想は次のとおりです: デジタル数値システムコンピューター バイナリ; コンピューターはプログラムを順番に実行することになっています。コンピュータでは、プログラム（命令やデータを含む）は主記憶装置にあらかじめ格納されており、コンピュータがプログラムを実行する際には、自動的かつ継続的に主記憶装置から命令を取り出して実行することができ、データや命令は主記憶装置に格納されます。バイナリ形式でメモリ内にあります。

プログラムとデータはバイナリで表現されます

プログラムを格納するコンピュータでは、データと命令はメモリにバイナリ形式で格納されます。メモリに格納されている内容から判断すると、両者に違いはなく、どちらも0と1からなる符号列ですが、それぞれの合意された意味が異なります。

コンピュータは命令を読み取るときはコンピュータから読み取った情報を命令として扱い、データを読み取るときはコンピュータから読み取った情報をオペランドとして扱います。データと命令はソフトウェアのコンパイル時に区別されているため、通常の状況ではこの 2 つが混同されることはありません。プログラム情報自体も処理の対象となるため、メモリ上に格納されているデータや命令をデータと呼ぶこともあります。たとえば、プログラムに対してコンパイルする場合、ソースプログラムは処理されるオブジェクト。

ストアドプログラム制御

ストアドプログラム制御とは、ストアドプログラムおよびプログラム制御のことで、プログラムはコンピュータに入力され、内部メモリに保存されます（記憶原理）。コントローラは、内部メモリに格納されている命令をアドレス順にフェッチし（アドレス順にアクセス命令）、命令を解析して命令の機能を実行し、転送命令が来ると転送アドレスに転送し、アドレス順に命令にアクセスします (プログラム制御)。

知識を広げる:

ノイマン型コンピュータには、一般に次の 5 つの機能があります。プログラム、データ、中間結果、および最終演算結果を長期記憶する能力、さまざまな算術演算、論理演算、データ送信およびその他のデータ処理能力を完了できること、必要に応じてプログラムの方向を制御できること、および命令に従って機械のさまざまな側面を制御する コンポーネントが動作を調整し、必要に応じて処理結果をユーザーに出力することができます。

ノイマン型コンピュータは基本的に逐次処理の仕組みを採用しており、たとえデータが用意されていても命令列を一つ一つ実行しなければなりません。コンピューターのパフォーマンスを向上させるための基本的な方向性の 1 つは、並列処理です。そこで近年、伝統的なフォン・ノイマン体系の制約を打破する試みがなされており、この努力は非ノイマン化と呼ばれています。いわゆる非ノイマン化についての議論は依然として議論の余地があり、一般に、それは次の 3 つの側面で現れると考えられています。

(1) ノイマン システムの範囲内で、フロー処理を形成するために複数の処理コンポーネントを使用したり、処理効率を向上させるために時間の重複に依存したりするなど、従来のノイマン マシンが修正されます。アレイ マシン構造を形成して単一の命令ストリームと複数のデータ ストリームを形成し、処理速度を向上させることができます。これらの方向性は比較的成熟しており、標準的な構造になっています;

(2) 複数のノイマン マシンを使用してマルチマシン システムを形成し、並列アルゴリズム構造をサポートします。この分野の研究は現在比較的活発です;

(3) ノイマンマシンの制御フローの駆動方法を根本的に変更します。たとえば、データ フロー駆動型の作業モードを採用するデータ フロー コンピューターでは、データの準備ができている限り、関連する命令を並行して実行できます。これは、並列処理の新しい展望を開く真の非ノイマン化コンピュータですが、制御の複雑さのため、まだ実験段階にあります。

関連知識の詳細については、FAQ 列をご覧ください。

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