CPUとベクトル計算機

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CPUとベクトル計算機の違い

CPU vs. ベクトル計算機

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。. ベクトル計算機 (ベクトルけいさんき) は、ベクトル演算（SIMDを参照）を行えるコンピュータのこと。特に（狭義では）ベクトル演算のための高性能でパイプライン化された実行ユニットを持ち、その演算能力を可能な限り発揮できるように全てが設計されたアーキテクチャを持つスーパーコンピュータを指す。広義にはSIMDによる、ベクトルを対象とした並列演算も指す。以下、主に狭義の、すなわちパイプラインによるベクトル計算機について述べる。 ベクトル計算機のプロセッサを ベクトルプロセッサ (Vector Processor) または アレイプロセッサ (Array Processor) と呼ぶ。ベクトルプロセッサは数値演算を複数のデータに対してパイプラインにより次々と実行できる。ベクトルプロセッサは科学技術計算分野でよく使われ、特に1980年代から1990年代にかけてのスーパーコンピュータでは一般的であった。、ベクトルプロセッサを名乗るプロセッサは少ないが（特にスーパコンピュータでは、パイプライン形のベクトルプロセッサはSXシリーズを残すのみである）、SIMDと呼ばれる並列ベクトル演算を行う機能を備えたマイクロプロセッサは多い。グラフィックスやマルチメディアのため、とメーカーはうたっており、実際そのように使われていることは多いが、研究発表などとしては科学技術計算への利用やコンパイラ最適化による利用なども見られる。200x年代後半頃から、GPUによる汎目的計算 (GPGPU) が行われるようになってきている。.

ミニコンピュータ

ミニコンピュータ (mini computer) は、コンピュータの種類の一つ。略称として「ミニコン」とも呼ばれた。.

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マイクロプロセッサ

マイクロプロセッサ（Microprocessor）とは、コンピュータなどに搭載される、プロセッサを集積回路で実装したものである。 マイクロプロセッサは小型・低価格で大量生産が容易であり、コンピュータのCPUの他、ビデオカード上のGPUなどにも使われている。また用途により入出力などの周辺回路やメモリを内蔵するものもあり、一つのLSIでコンピュータシステムとして動作するものを特にワンチップマイコンと呼ぶ。マイクロプロセッサは一つのLSIチップで機能を完結したものが多いが、複数のLSIから構成されるものもある（チップセットもしくはビットスライスを参照）。 「CPU」、「プロセッサ」、「マイクロプロセッサ」、「MPU」は、ほぼ同義語として使われる場合も多い。本来は「プロセッサ」は処理装置の総称、「CPU」はシステム上で中心的なプロセッサ、「マイクロプロセッサ」および「MPU（Micro-processing unit）」はマイクロチップに実装されたプロセッサである。本項では、主にCPU用のマイクロプロセッサについて述べる。 当初のコンピュータにおいて、CPUは真空管やトランジスタなどの単独素子を大量に使用して構成されたり、集積回路が開発されてからも、たくさんの集積回路の組み合わせとして構成されてきた。製造技術の発達、設計ルールの微細化が進むにつれてチップ上に集積できる素子の数が増え、一つの大規模集積回路にCPU機能を納めることが出来るようになった。汎用のマイクロプロセッサとして最初のものは、1971年にインテルが開発したIntel 4004である。このマイクロプロセッサは当初電卓用に開発された、性能が非常に限られたものであったが、生産や利用が大幅に容易となったため大量に使われるようになり、その後に性能は著しく向上し、価格も低下していった。この過程でパーソナルコンピュータやRISCプロセッサも誕生した。ムーアの法則に従い、集積される素子数は増加し続けている。現在ではマイクロプロセッサは、大きなメインフレームから小さな携帯電話や家電まで、さまざまなコンピュータや情報機器に搭載されている。.

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メインフレーム

IBM 704 メインフレーム メインフレーム（mainframe）は、主に企業など巨大な組織の基幹業務用などに使用される、大型コンピュータを指す用語。汎用コンピュータ、汎用機、汎用大型コンピュータ、大型汎用コンピュータ、ホストコンピュータ、大型汎用計算機 などとも呼ばれる。対比語は時代にもより専用機、分散コンピュータ（オープン系システム）など。.

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レジスタ (コンピュータ)

レジスタ（register）はコンピュータのプロセッサなどが内蔵する記憶回路で、制御装置や演算装置や実行ユニットに直結した、操作に要する速度が最速の、比較的少量のものを指す。.

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プロセッサ

プロセッサ は、コンピュータシステムの中で、ソフトウェアプログラムに記述された命令セット（データの転送、計算、加工、制御、管理など）を実行する（＝プロセス）ためのハードウェアであり、演算装置、命令や情報を格納するレジスタ、周辺回路などから構成される。内蔵されるある程度の規模の記憶装置までを含めることもある。プロセッサー、プロセサ、プロセッシングユニット、処理装置（しょりそうち）ともいう。「プロセッサ」は処理装置の総称で、システムの中心的な処理を担うものを「CPU（）」（この呼称はマイクロプロセッサより古くからある）、集積回路に実装したものをマイクロプロセッサ、またメーカーによっては（モトローラなど）「MPU（）」と呼んでいる。 プロセッサの構成要素の分類として、比較的古い分類としては、演算装置と制御装置に分けることがある。また、理論的な議論では、厳密には記憶装置であるレジスタすなわち論理回路の用語で言うところの順序回路の部分を除いた、組み合わせ論理の部分のみを指すことがある（状態機械モデルと相性が悪い）。の分類としては、実行すべき命令を決め、全体を制御するユニットと、命令を実行する実行ユニットとに分けることがある。.

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パイプライン処理

パイプライン処理（パイプラインしょり）とは、コンピュータ等において、処理要素を直列に連結し、ある要素の出力が次の要素の入力となるようにして、並行（必ずしも並列とは限らない）に処理させるという利用技術である。要素間になんらかのバッファを置くことが多い。 コンピュータ関連のパイプラインには、次のようなものがある。; 命令パイプライン; グラフィックスパイプライン; ソフトウェアパイプライン; パイプ (コンピュータ).

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制御装置

制御装置（せいぎょそうち、Control Unit）とは、一般に何らかのシステム全体あるいは一部を制御する装置を指す。.

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命令パイプライン

命令パイプライン（Instruction pipeline）は、コンピュータなどのデジタル電子機器で命令スループット（単位時間当たりに実行できる命令数）を向上させる設計技法の1つで、命令レベルの並列性を高める1技法。 命令パイプラインのあるプロセッサは、命令の処理を独立して実行できる工程（ステージ）に分割する。各工程は、前の工程の出力を自身の入力とし、自身の出力を次の工程の入力とするように相互接続されている。このような構成で各工程を並列化し、全体としての処理時間を大幅に削減する。.

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クレイ

レイ・インコーポレイテッド (Cray Inc.) は、アメリカワシントン州シアトルのスーパーコンピュータ製造企業。その前身であるクレイ・リサーチ (Cray Research, Inc., CRI) は1972年にコンピュータ設計者シーモア・クレイによって設立された。1989年、シーモア・クレイは自身の会社クレイ・コンピュータ (Cray Computer Corporation.

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コンピュータ

ンピュータ（Computer）とは、自動計算機、とくに計算開始後は人手を介さずに計算終了まで動作する電子式汎用計算機。実際の対象は文字の置き換えなど数値計算に限らず、情報処理やコンピューティングと呼ばれる幅広い分野で応用される。現代ではプログラム内蔵方式のディジタルコンピュータを指す場合が多く、特にパーソナルコンピュータやメインフレーム、スーパーコンピュータなどを含めた汎用的なシステムを指すことが多いが、ディジタルコンピュータは特定の機能を実現するために機械や装置等に組み込まれる組み込みシステムとしても広く用いられる。電卓・機械式計算機・アナログ計算機については各項を参照。.

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スーパーコンピュータ

ーパーコンピュータ（supercomputer）は、科学技術計算を主要目的とする大規模コンピュータである。日本国内での略称はスパコン。また、計算科学に必要となる数理からコンピュータシステム技術までの総合的な学問分野を高性能計算と呼ぶ。スーパーコンピュータでは計算性能を最重要視し、最先端の技術が積極的に採用されて作られる。.

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スーパースカラー

パイプライン概念図 Alpha プロセッサを搭載 スーパースカラー(superscalar，スーパースケーラ)とは、プロセッサのマイクロアーキテクチャにおける用語で、複数の命令を同時にフェッチし、複数の同種のあるいは異種の実行ユニットを並列に動作させ、プログラムの持つ命令レベルの並列性を利用して性能の向上を図るアーキテクチャである。.

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画像処理

画像処理（がぞうしょり、Image processing）とは、電子工学的（主に情報工学的）に画像を処理して、別の画像に変形したり、画像から何らかの情報を取り出すために行われる処理全般を指す。まれにコンピュータグラフィックスによる描画全般を指して使われることがあるが、あまり適切ではない。歴史上CGアプリケーションはCADが先行し、そのころのCGは「図形処理」と呼ばれていて、実際図形処理情報センターという出版メディアも存在した。画像処理は本来CGとは無関係にテレビジョン技術の発達とともに、産業界では早くから注目を浴びていたテクノロジーであり、当初からビデオカメラの映像信号を直接アナログ-デジタル変換回路へ通すという方法が試みられた。その成果の一部（輪郭強調によるシャープネスなど）が現在のCGアプリケーションに生かされている。.

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SIMD

SIMDの概念図PU.

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演算装置

演算装置（えんざんそうち）は、コンピュータ（プロセッサ）の構成要素のひとつで、論理演算や四則演算などの演算をおこなう装置である。.

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日本電気

日本電気株式会社（にっぽんでんき、NEC Corporation、略称：NEC（エヌ・イー・シー）、旧英社名 の略）は、東京都港区芝五丁目（元・東京都港区芝三田四国町）に本社を置く住友グループの電機メーカー。 日電（にちでん）と略されることも稀にあるが、一般的には略称の『NEC』が使われ、ロゴマークや関連会社の名前などにも「NEC」が用いられている。 住友電気工業と兄弟会社で、同社及び住友商事とともに住友新御三家の一角であるが、住友の象徴である井桁マークは使用していない。.

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