ארכיטקטורת פון נוימן

ארכיטקטורת פון נוימן הוצעה בשנות הארבעים על־ידי ג'ון פון נוימן. הזיכרון (מקום שבו מאוחסנים נתונים ותוכניות) משמש גם לאחסון התוכנית וגם לנתונים שהמחשב קורא וכותב. ההרצה נעשית על ידי יחידה אריתמטית־לוגית (ALU, יחידה שמבצעת חישובים והחלטות לוגיות) ויחידת בקרה (שמשליטה על רצף ההוראות).

המחשב הראשון שבנה לפי רעיון זה היה מכונת IAS במכון למחקר מתקדם בפרינסטון, בהדרכת פון נוימן. ארכיטקטורה זו השפיעה על ארכיטקטורת הרווארד, שבה מיישמים שילובים שונים של יחידות העיבוד והזיכרון.

צוואר בקבוק פון־נוימן מכוון למגבלות בקצב העברת הנתונים בין המעבד לזיכרון. המונח הוטבע על־ידי ג'ון באקוס בשנת 1977. מעבדים מודרניים עובדים מהר יותר משמעותית מן הזיכרון, וההפרש הזה מגביל את ביצועי המערכת. כאשר תוכנית מעבדת מעט נתונים בכל פעולה, המעבד נאלץ להמתין שהזיכרון ישלח או יקבל מידע.

בין 1980 ל־2010 מהירות המעבדים גדלה הרבה יותר מאשר מהירות הזיכרון. אחת הדרכים להתמודד עם הבעיה היא הוספת זיכרון מטמון (cache, זיכרון קטן ומהיר על המעבד) וניהול זיכרון בדרגות. פתרון זה מעלה את היעילות, אבל יוצר אתגר של עקביות נתונים (שימור התאימות בין עותקים של מידע) במערכות עם מעבדים רבים. ארכיטקטורת הרווארד פתרה חלק מהבעיה.

ארכיטקטורת פון נוימן היא רעיון למבנה מחשב. בזיכרון (מקום שמאחסן מידע) שומרים גם את התוכנית וגם את הנתונים. יש יחידה שעושה חישובים ויחידה שמכוונת את הפעולות.

המחשב הראשון לפי הרעיון נקרא IAS. הוא נבנה בפרינסטון על־ידי פון נוימן.

צוואר בקבוק הוא כשהמעבד מהר והזיכרון איטי. אז המעבד צריך לחכות. זה קורה הרבה כי המעבדים הפכו מהר יותר מהזיכרון.

כדי לעזור שמים זיכרון מטמון (cache) קטן ומהיר על המעבד. זה מקצר המתנה. לפעמים זה יוצר בעיות כשיש כמה מעבדים. ארכיטקטורת הרווארד עזרה בפתרון חלק מהבעיות.