範紐曼瓶頸(Von Neumann bottleneck)是指在範紐曼架構的電腦中,因為指令和數據共用一條單一的資料傳輸通道(即匯流排)來進入和離開中央處理器(CPU),這造成了資料處理的瓶頸。
在範紐曼架構的電腦中,所有的指令和數據都存儲在同一個記憶體空間中,當CPU需要從記憶體中讀取指令或數據時,它們都需要通過同一個匯流排。這就意味著,儘管 CPU 的運算速度非常快,它在任何時間點只能要麼讀取指令,要麼讀取數據,或者寫入數據到記憶體中。隨著處理器速度的提升,記憶體的存取速度相對較慢,導致CPU花費大量時間等待數據的讀取或寫入,這限制了整體系統的性能。
為瞭解決這個問題,設計師們開發出了多種技術,例如快取記憶體(cache)以減少CPU和主記憶體之間的存取次數,指令預取(instruction prefetching)以及流水線技術(pipelining),這些技術都旨在減輕範紐曼瓶頸對性能的影響。此外,一些非範紐曼架構,如哈佛架構,透過分開指令記憶體與數據記憶體來改善這個問題。哈佛架構允許同時讀取指令和數據,從而增加了數據處理的效率。