ノイマン型プログラミング言語

コンピューティングにおけるフォン・ノイマン言語は、フォン・ノイマン・アーキテクチャの高レベル抽象同型コピーであるプログラミング言語です。^[1] 2009年現在、現在のプログラミング言語のほとんどはこの説明に当てはまります^{[引用が必要]}。これはおそらく、過去50年間にわたるフォン・ノイマン・コンピュータ・アーキテクチャの広範な支配の結果としてです。 ^{[アップデート]}

Fortran、C、さらにはJava間の違いはかなり大きいものの、これら 3 つすべてがフォン・ノイマン型コンピュータのプログラミング スタイルに基づいているため、最終的には制約を受けます。^[要出典]たとえば、Java オブジェクトがすべて非同期メッセージ パッシングと属性ベースの宣言型アドレス指定を使用して並列に実行される場合、Java はこのグループには含まれません。

フォン・ノイマン プログラミング言語とアーキテクチャ間の同型性は次のようになります。

• プログラム変数 ↔ コンピュータの記憶セル
• 制御文 ↔ コンピュータのテストおよびジャンプ命令
• 代入文↔ フェッチ、保存命令
• 式 ↔ メモリ参照および算術命令。

ジョン・バッカスは、フォン・ノイマン型言語の代入文がプログラミングを 2 つの世界に分割すると主張しました。最初の世界は式で構成され、潜在的に有用な代数的特性を持つ整然とした数学的空間です。ほとんどの計算はここで行われます。2 番目の世界は文で構成され、無秩序な数学的空間で、有用な数学的特性はほとんどありません (ただし、構造化プログラミングは、この空間に適用される 限定的なヒューリスティックと見なすことができます)。

バッカスは、1978年までにコンピュータサイエンスにおいて、長年にわたるノイマン言語への重点が置かれ、ノイマンコンピュータアーキテクチャの優位性が維持され、それに依存することで非ノイマン言語が非経済的になり、さらなる開発が制限されるという悪循環が存在していたと主張した。広く利用可能で効果的な非ノイマン言語が不足しているため、コンピュータ設計者は新しいコンピュータアーキテクチャを開発するために必要な動機と知的基盤を失っていた。^[2]

最近のプロセッサの多くは複数の処理コアを備えており、マルチスレッド プログラミングは通常、単一のプログラムでより多くの計算能力を使用する最も効率的な方法です。一部の最近のプロセッサは、アウトオブオーダー実行などの手法を使用して高度に最適化されていますが、論理プログラミング モデルのフォン ノイマン セマンティクスに違反することなくこれを実行できる場合を検出するための複雑なロジックを備えています。独立した命令キャッシュとデータ キャッシュが広く使用されているため、ハードウェアは修正ハーバード アーキテクチャになっていますが、この場合も、最適化が失敗した場合を検出するためのロジックが備わっており、自己変更コードを実行できます。

一部の特殊なプロセッサ ( GPUを含む) は、非常に幅広い複数命令複数データ(MIMD) デバイスです。汎用 CPU は複数のコアを備えているのが一般的ですが、各コアは十分に高速であるため、多くのプログラムは単一のタスクを並列化せずに十分に高速です (スレッドは、特に GUI で非同期の入力または出力を処理するためによく使用されます)。汎用 CPU は技術的には MIMD デバイスですが、通常、MIMD プログラミング用にゼロから設計されたハードウェアだけが MIMD と呼ばれます。

C、C++、Javaなどの広く使用されているプログラミング言語の多くは、スレッドの形で並列処理のサポートを追加することで、厳密にはフォン・ノイマン型ではなくなりました。ただし、分類上非フォン・ノイマン型言語のほとんどは関数型言語でもあり、広く普及していません。

• 同図像性