폰노이만 구조

폰 노이만 구조 (Von Neumann architecture)는 1940년대 존 폰 노이만이 제안한 컴퓨터 구조로, 현재 대부분의 컴퓨터가 이 구조를 따르고 있다. 폰 노이만 구조의 핵심은 다음과 같다.

• 중앙 처리 장치 (CPU): 명령어 해독 및 실행을 담당한다. 산술 논리 연산 장치 (ALU), 제어 장치, 레지스터 등으로 구성된다.
• 주기억 장치 (메모리): 데이터와 명령어를 모두 저장한다. 폰 노이만 구조의 가장 큰 특징 중 하나는 데이터와 명령어를 동일한 메모리 공간에 저장한다는 점이다. 이러한 특징은 프로그램의 유연성을 높이지만, 보안 취약점을 야기할 수도 있다.
• 입력 장치: 외부에서 데이터를 입력받는 장치 (키보드, 마우스 등).
• 출력 장치: 연산 결과를 외부로 출력하는 장치 (모니터, 프린터 등).
• 버스: CPU, 메모리, 입출력 장치 간의 데이터 전송 통로이다.

폰 노이만 구조의 작동 원리는 다음과 같다.

1. CPU는 메모리에서 명령어를 읽어온다.
2. CPU는 명령어를 해독한다.
3. CPU는 해독된 명령어를 실행하기 위해 필요한 데이터를 메모리에서 읽어온다.
4. CPU는 데이터를 사용하여 연산을 수행한다.
5. CPU는 연산 결과를 메모리에 저장하거나 출력 장치로 보낸다.
6. 다음 명령어를 읽어와 1~5 단계를 반복한다.

폰 노이만 구조는 간단하고 효율적인 구조이지만, "폰 노이만 병목 현상"이라는 단점도 가지고 있다. 폰 노이만 병목 현상은 CPU와 메모리 간의 데이터 전송 속도 차이로 인해 발생하는 성능 저하 현상을 의미한다. 이를 해결하기 위해 캐시 메모리, 병렬 처리 등 다양한 기술이 사용되고 있다. 폰 노이만 구조와 대조되는 구조로는 하버드 구조가 있으며, 하버드 구조는 데이터와 명령어를 서로 다른 메모리에 저장하여 폰 노이만 병목 현상을 완화한다.