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A arquitetura Von Neumann, também conhecida como arquitetura de programa armazenado, é um modelo fundamental para computadores que foi proposto pelo matemático e físico John von Neumann na década de 1940. Esta arquitetura estabeleceu um padrão que ainda é amplamente utilizado na concepção de computadores modernos como por exemplo a CPU. Na arquitetura Von Neumann, as instruções do programa e os dados são representados de maneira semelhante (como sequências de bits) e armazenados na mesma memória. Isso permite que o computador alterne entre a execução de instruções e a manipulação de dados conforme necessário. As instruções são executadas sequencialmente, uma após a outra, a menos que haja desvios condicionais ou incondicionais no fluxo de execução do programa.

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O primeiro computador a implementar completamente a arquitetura Von Neumann foi o EDVAC. O EDVAC foi projetado para ser um computador de propósito geral e foi um dos primeiros a usar o conceito de armazenamento de programas na memória. Ele utilizava tubos de vácuo para o processamento e tinha capacidade para armazenar tanto dados quanto instruções em sua memória principal.

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A arquitetura de pipeline é um conceito fundamental em computação que visa melhorar o desempenho de processadores e outros sistemas computacionais dividindo a execução de instruções em estágios sequenciais. Cada estágio executa uma parte da instrução, permitindo que várias instruções sejam processadas simultaneamente, de forma sobreposta. A principal vantagem do pipeline é permitir que múltiplas instruções sejam processadas simultaneamente, aproveitando os estágios de execução sequenciais. Enquanto uma instrução está sendo executada no estágio de execução, a próxima instrução pode estar sendo decodificada, e assim por diante, o que aumenta significativamente a taxa de processamento.

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O primeiro computador a implementar efetivamente a arquitetura de pipeline foi o CDC 6600, desenvolvido pela Control Data Corporation (CDC) e projetado por Seymour Cray. Lançado em 1964, o CDC 6600 foi um dos primeiros supercomputadores comerciais e revolucionou o campo da computação de alta velocidade.

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A arquitetura multiprocessador refere-se a um sistema computacional que utiliza mais de um processador (também conhecido como CPU) para realizar tarefas de processamento simultaneamente. Essa abordagem visa melhorar o desempenho do sistema, permitindo que múltiplas instruções ou processos sejam executados ao mesmo tempo. Geralmente, os processadores em um sistema multiprocessador compartilham o acesso à mesma memória principal. Isso permite que todos os processadores acessem diretamente os mesmos dados na memória, facilitando a comunicação e a troca de informações entre eles.

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O primeiro computador multiprocessador foi o Burroughs D825, também conhecido como Burroughs B5000. Este sistema foi projetado e desenvolvido pela Burroughs Corporation (mais tarde parte da Unisys) e foi lançado em 1961. O Burroughs D825 foi projetado com uma arquitetura avançada para sua época, utilizando dois processadores principais. Cada processador tinha sua própria unidade de controle, permitindo que ambos operassem simultaneamente e executassem tarefas independentes.

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RISC (Reduced Instruction Set Computing) é uma filosofia de design de arquitetura de processadores que se concentra na simplificação e otimização do conjunto de instruções. Surgiu como uma abordagem alternativa à arquitetura CISC (Complex Instruction Set Computing), que caracteriza processadores que suportam um conjunto diversificado e complexo de instruções.Um dos princípios fundamentais do RISC é ter um conjunto de instruções reduzido e simples, com operações básicas que podem ser executadas em um ciclo de clock único (instruções de tamanho fixo). Exemplos típicos de instruções RISC incluem adição, subtração, carga, armazenamento, comparação simples, entre outros.

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A arquitetura CISC (Complex Instruction Set Computing) é um paradigma de design de arquitetura de processadores que se caracteriza pela presença de um conjunto diversificado e complexo de instruções. Essas instruções são projetadas para realizar operações complexas diretamente no hardware do processador, em vez de dividir as tarefas em instruções mais simples, como na arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computing). Processadores CISC são conhecidos por suportar um grande número de instruções complexas e variadas. Isso inclui operações aritméticas complexas, manipulação de strings, operações de controle de fluxo sofisticadas (como loops e condicionais complexos), entre outras.

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A arquitetura Harvard é um modelo de design de computadores que se distingue pela separação física e de armazenamento de memória para dados e instruções. Este modelo é nomeado em homenagem à Universidade Harvard, onde foi inicialmente desenvolvido nos anos 1940. Na arquitetura Harvard, há memórias físicas distintas para dados e instruções. Isso significa que há barramentos de endereço e de dados separados para acessar a memória de dados e a memória de instruções. A execução simultânea de dados e instruções pode resultar em um desempenho geral mais rápido, especialmente em aplicações que envolvem processamento intensivo de dados e instruções.