CPUとプログラム内蔵方式

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CPUとプログラム内蔵方式の違い

CPU vs. プログラム内蔵方式

Intel Core 2 Duo E6600) CPU（シーピーユー、Central Processing Unit）、中央処理装置（ちゅうおうしょりそうち）は、コンピュータにおける中心的な処理装置（プロセッサ）。 「CPU」と「プロセッサ」と「マイクロプロセッサ」という語は、ほぼ同義語として使われる場合も多いが、厳密には以下に述べるように若干の範囲の違いがある。大規模集積回路（LSI）の発達により1個ないしごく少数のチップに全機能が集積されたマイクロプロセッサが誕生する以前は、多数の（小規模）集積回路（さらにそれ以前はディスクリート）から成る巨大な電子回路がプロセッサであり、CPUであった。大型汎用機を指す「メインフレーム」という語は、もともとは多数の架（フレーム）から成る大型汎用機システムにおいてCPUの収まる主要部（メイン）、という所から来ている。また、パーソナルコンピュータ全体をシステムとして見た時、例えば電源部が制御用に内蔵するワンチップマイコン（マイクロコントローラ）は、システム全体として見た場合には「CPU」ではない。. プログラム内蔵方式（プログラムないぞうほうしき）、ストアドプログラム方式は、主記憶に置かれたプログラムを実行する、という、コンピュータ・アーキテクチャの方式の一つである。 ノイマン型アーキテクチャに内包されるため、また、このような分類が議論になるような初期の計算機において、プログラム内蔵でプログラムは全てROMに置いた、というものはないため、ノイマン型で実現されるプログラムが書き換え可能という性質を含めて指すこともある。 しかし、プログラム内蔵方式か否かについては、今日一般に、プログラムを置く記憶装置が書き換え可能か否かは問わず、またいわゆるハーバード・アーキテクチャも普通プログラム内蔵方式とすることが多い。一方、プログラムを内蔵している、と見えるものの一種であるが、記憶装置に置かれた命令ではなく、ワイヤードロジックでプログラミングをしているものは普通プログラム内蔵方式としない。 プログラムを置く直接の記憶装置が、CPUが普通に読む(読み書きする)電子的(ないし電気的)な主記憶か、そうでない補助記憶か、という点は、今日そんなデザインはまずないが、この分類では重視する。次のような歴史的理由による。 歴史的には、初期のプログラム駆動型の計算機には、主記憶（ROM含む）はデータの置き場としてのみ使い、プログラムは全てパンチカードや鑽孔テープのような補助記憶で与えられ、それを直接読み込みながら実行する、というものがあった。当然ながらジャンプが極端に制限されるなどプログラミング的に非常に制限され、プログラムの実行速度が読み込み装置の速度に制限されるため、すぐに古いデザインとみなされるようになった。そのような設計を、プログラム内蔵方式でない、とする分類であった。電子式でない、リレーを使ったコンピュータなど、機器自体の動作が紙テープリーダと比してたいして速くなく、素子のコストが記憶装置として使うには高い機械では、テープを直接実行するものが多かった。リレー式コンピュータの例としては、日本で建造されたものにFACOM 128やETL MarkIとIIがある。.

主記憶装置

主記憶装置（しゅきおくそうち）は、記憶装置の分類で、「補助記憶装置」が一般に外部バスなど比較的CPUから離れていて大容量だが遅い記憶装置を指すのに対し、コンピュータのメインバスなどに直接接続されている記憶装置で、レイテンシやスループットは速いが比較すると小容量である。特に、CPUが入出力命令によって外部のインタフェースを操作するのではなく、「ロード・ストア命令」や、さらには通常の加算などの命令において直接読み書きできる対象であるものを指す。メインメモリ、一次記憶装置とも。.

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ノイマン型

ノイマン型（-がた、von Neumann architecture）は、コンピュータの基本的な構成法のひとつである。今日では基本的なコンピュータ・アーキテクチャのひとつとされるが、そもそもコンピュータの要件とされることもあり、このあたりの定義は循環的である。 プログラム内蔵方式のディジタルコンピュータで、CPU（中心となるプロセッサ、今日では一つの部品としてまとめて考えることが多いが、オリジナルの報告書では制御装置と演算装置に分けている）とアドレス付けされた記憶装置とそれらをつなぐバスを要素に構成され、命令（プログラム）とデータを区別せず記憶装置に記憶する。 プログラムカウンタを構成要素に含め、またより抽象的なモデルにおける命令スケジューラの実装とみることがある。また、今日では、演算などの命令の実行は演算装置を含む実行ユニットで行われる、というように考えられることもある。 オリジナルの報告書では、入出力について特別に扱っているが、今日の視点からではメモリマップドI/Oを考えれば特に必要ない。また、バスは、報告書では明示的に数え上げてはいないが（言及はある）、今日ではフォン・ノイマン・ボトルネックのように明確に認識される存在である。 ノイマン型の名は、最初にこれを広めたEDVACに関する報告書 w:First Draft of a Report on the EDVAC（1945）の著者がジョン・フォン・ノイマン（ひとり）になっていることに由来する。誰がなんのためにそうしたかについては諸説ある。このアイディア、特にプログラム内蔵方式のアイディアは、ジョン・モークリーとジョン・エッカートによるENIACのプロジェクト中の検討にその芽があった。ノイマンは（理論的な、とされる）助言役として加わり、執筆者はノイマンであった。誰にどのような功績があったかは諸説ある。 この方式について、以後のコンピュータ研究開発に大きな影響を与えた1946年夏のムーアスクールで講義したのは、ノイマンではなくモークリーとエッカートであったし、ノイマン型という用語は不当だとして、使わない者もいる。一方で、EDSACの設計・建造者であるモーリス・ウィルクスは、ENIACが軍事機密の下にあった時に、ノイマンの草稿がその保護に入らず、多くの人がノイマンを発明者だとみなしたことは不公平な結果だったとし、ノイマンの参加以前に本質的な先進があった、としながらも、数値データと命令を同じ記憶装置の中に置くのは不自然である、とか、そのために必要な遅延記憶装置は信頼性に欠ける、といった、新規技術への疑念に対し、物理学者として、また数学者（計算理論）として、ノイマンが計算機の潜在能力を見抜き、信望と影響力を行使したことは重要だった、とも述べている。.

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ハーバード・アーキテクチャ

ハーバード・アーキテクチャの図 ハーバード・アーキテクチャとは、命令用とデータ用に物理的に分割された記憶装置と信号通路を持ち、命令用とデータ用で主記憶のアドレス空間が分かれているコンピュータ・アーキテクチャのことで、ノイマン型アーキテクチャと対比される。.

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プログラム (コンピュータ)

ンピュータプログラム（英：computer programs）とは、コンピュータに対する命令（処理）を記述したものである。コンピュータが機能を実現するためには、CPUで実行するプログラムの命令が必要である。 コンピュータが、高度な処理を人間の手によらず遂行できているように見える場合でも、コンピュータは設計者の意図であるプログラムに従い、忠実に処理を行っている。実際には、外部からの割り込み、ノイズなどにより、設計者の意図しない動作をすることがある。また設計者が、外部からの割り込みの種類を網羅的に確認していない場合もある。.

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データ

データ（data）とは、事実や資料をさす言葉。言語的には複数形であるため、厳密には複数の事象や数値の集まりのことを指し、単数形は datum（データム）である。.

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紙テープ

紙テープ （かみテープ、paper tape, punched tape）は、細い一定幅の長い紙のこと。一般に芯に巻きつけた形で提供される（紙巻テープともいう）。価格が安価であり、表面への装飾が可能である。巻きつけた形のためコンパクトであり、ドラムなどに取付けて機械的に駆動すれば時間と同期した出力を得ることができる。このことから過去において初期の記録媒体（電信機、テープレコーダー（磁気テープのベースとして））としても使用された。.

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補助記憶装置

パーソナルコンピュータのハードディスク 補助記憶装置（ほじょきおくそうち）は記憶装置の分類で、「主記憶装置」がコンピュータのメインのバスに直接接続され、CPUが即座にアクセスでき、演算の対象にもできる場合もあるのに対し、外部バスに接続され、CPUからは直接アクセスできないものを指す。レイテンシやスループットは遅いが比較すると大容量である。二次記憶装置などとも。.

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記憶装置

GB SDRAM。一次記憶装置の例 GB ハードディスクドライブ(HDD)。コンピュータに接続すると二次記憶装置として機能する SDLT テープカートリッジ。オフライン・ストレージの例。自動テープライブラリで使う場合は、三次記憶装置に分類される 記憶装置（きおくそうち）は、コンピュータが処理すべきデジタルデータをある期間保持するのに使う、部品、装置、電子媒体の総称。「記憶」という語の一般的な意味にも対応する英語としてはメモリ（memory）である。記憶装置は「情報の記憶」を行う。他に「記憶装置」に相当する英語としてはストレージ デバイス（Storage Device）というものもある。.

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