ארכיטקטורת פון נוימן

ארכיטקטורת פון נוימן (לעיתים גם מכונת פון נוימן, ובאנגלית: von Neumann architecture) היא מודל שהציע בשנות הארבעים המתמטיקאי ג'ון פון נוימן למבנהו של המחשב. במודל זה, זיכרון המחשב משמש הן לאחסון התוכנית שהמחשב מבצע והן לאחסון הנתונים שתוכנית זו קוראת או כותבת. התוכנית מבוצעת על ידי יחידה אריתמטית לוגית ויחידת בקרה. המחשב הראשון שנבנה על־פי מודל זה הוא מכונת IAS שנבנתה במכון למחקר מתקדם שבפרינסטון בהנחייתו של פון נוימן.

אריכטקטורה זו היוותה השראה לארכיטקטורת הרווארד (המתקדמת יותר) הנפוצה ביותר כיום, כאשר היחידה האריתמטית לוגית ויחידת הבקרה מאוחדים לכדי יחידת העיבוד המרכזית.

צוואר בקבוק פון־נוימן
צוואר בקבוק פון־נוימן (מכונה גם "חומת הזיכרון"), מתייחס לקצב המוגבל של העברת הנתונים בין המעבד לבין הזיכרון, בשל הפרדתם לרכיבים שונים ואופי פעולתם. את המונח טבע ג'ון באקוס בשנת 1977 בעת קבלת פרס טיורינג.

מעבדים מודרניים פועלים בקצב הגבוה באופן משמעותי מקצב העבודה של הזיכרון, והדבר מגביל מאוד את יכולת הגידול של ארכיטקטורת פון־נוימן. במקרים בהם תוכנית מבצעת עיבוד מינימלי על כמויות גדולות של נתונים, המעבד נאלץ להמתין ללא הרף לזיכרון, עד שזה יכתוב או יקרא את הנתונים. בשנים 1980–2010 מהירות המעבדים גדלה ב־25% עד 50% לשנה, בשעה שמהירות הזיכרון גדלה רק ב־7% לשנה. בהתחשב במגמות אלה, נראה שמהירות הזיכרון תהיה צוואר הבקבוק המכריע בביצועי המחשב.

דרך להתמודדות עם בעיה זו היא באמצעות הוספת זיכרון מטמון על גבי המעבד עצמו (או בקרבתו) וניהול מדרגי של הזיכרון. עם זאת, בשיטה זו יש להתמודד עם בעיית עקביות הנתונים במערכות מרובות מעבדים.

בעיה זו נפתרה חלקית על ידי ארכיטקטורת הרווארד.

ראו גם
 מדרג זיכרון
 ארכיטקטורת הרווארד
 שכפול עצמי
 תוכנית מאוחסנת – עיקרון שיושם בארכיטקטורת פון נוימן

לקריאה נוספת
 Pfister, Gregory (1997), In Search of Clusters, Prentice Hall,

קישורים חיצוניים

 Hitting the Memory Wall: Implications of the Obvious

הערות שוליים

מחשבים
בית הספר למדעי המחשב, אוניברסיטת מנצ'סטר