VLIWとコンピュータ・アーキテクチャ

ショートカット: 違い、類似点、ジャカード類似性係数、参考文献。

VLIWとコンピュータ・アーキテクチャの違い

VLIW vs. コンピュータ・アーキテクチャ

VLIWとはVery Long Instruction Word(超長命令語)の略で、プロセッサの命令セットアーキテクチャ（ISA）の一種類である。 VLIWプロセッサは、その実行ユニットが並列的に一度に実行できる、ロード・ストア・演算・分岐などの命令の複数個から成る、かなり長い命令語によってー単位の命令が構成されており、それをそのまま実行ユニットに投入する（各命令をatom、まとまったものをmoleculeなどと呼ぶこともある）。実行に複数クロック掛かるような命令もあるかもしれないが、そういったものも含めて、タイミング的に全て差し支えなく実行できるようにVLIWの機械語プログラムは書かれていなければならず、依存や順序を解決するような機構をハードウェアでは持たない。一般に、そのようなコードを生成するのはコンパイラの仕事となる。また、どうしても埋められないスロットはNOP(No Operation・何もしない）で埋め、命令語の長さは常に固定長となる。一般にVLIWプロセッサ自身はRISCのコンセプトをより押し進めたような設計であるが、以上のような「複数の機能が詰め込まれた長い固定長の命令」はマイクロプログラム方式における、いわゆる水平型マイクロプログラムを直接外に出したようなもの、といったような感じに近い。なお、「超長命令」の由来は命令語が最低でも（たとえば）128ビットといったように長いものであることからである。 スーパースカラやアウトオブオーダーなどと異なり、命令列はフェッチされたそのまま実行ユニットに投入され、投入された後も並列性の分析などといった必要がない為、ハードウェアコストの低下や動作の高速化が期待される。反面、VLIWの性能を引き出すにはコンパイラが重要である。その意味でRISCよりもさらにソフトウェアに依存する側に寄ったアーキテクチャといえる。 命令セットアーキテクチャではなく、マイクロアーキテクチャを指してVLIWの語が使われることもある。 VLIWの採用例として、サーバ向けとして商品化されたマイクロプロセッサとしては、インテルがHPと開発したIA-64（Itanium）のEPICアーキテクチャがあるが（EPICは修正VLIWアーキテクチャである、などとされることもある）、IA-64については（当初もくろんだようにx86の代替としては）普及はしていない。後述するが、組込み用プロセッサではVLIW風の設計の、複数メーカの複数の製品ファミリが継続している。. ンピュータ・アーキテクチャ（computer architecture）は、コンピュータ（特にハードウェア）における基本設計や設計思想などを意味する。アーキテクチャ（建築）には、単に「建築物」以外に、設計や様式という意味があるが、それから転じて、コンピュータ分野においても使われるようになった。「設計思想」などと意訳されることもある。技術者や研究者の用語としては（企業ごとの用語の違いにもよるが）「方式」という語が使われることもある。 1964年のSystem/360で最初に使われた用語で、その際の意味としては、入出力インタフェースを含むコンピュータシステムのハードウェア全体（周辺機器自体は含まない）の、ユーザー（プログラマ、OSを設計するプログラマも含む）から見たインタフェースの定義であり、具体的には使用できるレジスタの構成、命令セット、入出力（チャネルコントロールワード）などであり、実装は含まない。このアーキテクチャが同一のコンピュータ間や、上位互換のアーキテクチャを持つコンピュータへの移行や、上位互換の周辺機器への移行などは、ソフトウェアの互換性が原則として保証される。またハードウェアの内部設計や実装は、定義されたアーキテクチャを守る限り、技術の進歩に応じて自由に更新できる。この結果、コンピュータ・ファミリー（シリーズ）が形成可能となる。現在で言えばレイヤー定義であり仮想化の一種でもある。 また、システムアーキテクチャ、エンタープライズアーキテクチャ、ソフトウェアアーキテクチャ、ARMアーキテクチャなどの用語も増えている。.

実行ユニット

実行ユニット（じっこうゆにっと、Execution unit）とは、コンピュータのプロセッサの構成において、命令を実行する指示を受け、命令を実行するユニットである。。 -->.

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マイクロプログラム方式

マイクロプログラム方式（マイクロプログラムほうしき、マイクロプログラミング、英：microprogramming）は、プロセッサの制御装置の実装手法のひとつであり、CPU内のマイクロプログラム（マイクロコード）を使用して、複雑な命令を比較的容易に実装する。 利点としては、オペレーティングシステムを含めたソフトウェアから見た場合のハードウェア（命令セットアーキテクチャ、ISA）を、容易に追加・拡張したり、あるいはプロセッサ間で標準化して互換性を高める、更には異なる命令セットのCPUのエミュレートにも応用可能である（仮想化技術のひとつともいえる）。 反面、複雑な命令の増加はパイプラインの効果が薄れる結果ともなりやすい。 一般にROM (Read Only Memory) またはPLA（）、またはそれらを組み合わせたものに格納される。コントロールストアをRAMで構成すると、動的にプログラマブル可能にできるが起動時に読み込みが必要である。ROMにすれば読み込みは必要ないが、動的にプログラム可能という利点がなくなる。 マイクロプログラム方式は、主にCISCのCPUで採用されている。 マイクロプログラム方式に対し、論理ゲートとフリップフロップを配線でつなぎあわせて直接実装する方式はワイヤードロジック（布線論理)と呼ばれる。RISCは原則としてはワイヤードロジックで構築される。 マイクロプロセッサやマイクロコンピュータやマイクロコントローラの「マイクロ」とは、どちらも英語の小さいという意味であるという以外に関連はない。 IBMなどのベンダーではマイクロコードという語を「ファームウェア」の同義として使うことがあり、周辺機器に格納されるマイクロプログラムも機械語プログラムもまとめてマイクロコードと呼ぶことがある。.

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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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マイクロアーキテクチャ

マイクロアーキテクチャ（microarchitecture、短縮形で μarch とも）とは、用語の生まれた当初としてはマイクロプログラム方式におけるコンピュータ・アーキテクチャという意味であった。内容は実質的には変わらないが、マイクロプログラム方式をとらないプロセッサも増えた現在では、命令セットアーキテクチャより下位の、実装におけるアーキテクチャ、を指してそう呼んでいる。 具体的にはCPU、DSPなどのハードウェアの動作を完全に記述できるような電子回路の設計や実装を指す。学術的用語には「コンピュータ構成」もあるが、プロセッサ業界ではマイクロアーキテクチャという用語がよく使われる。 マイクロアーキテクチャと命令コードの設計（命令セットアーキテクチャ、ISA）は、共にコンピュータ設計の一部である。なおインテルの場合は、主に命令セットを「アーキテクチャ」、各マイクロプロセッサの設計（実装）を「マイクロアーキテクチャ」と呼ぶ場合が多い（例：IA-32インテル アーキテクチャ、Coreマイクロアーキテクチャ）。.

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ハードウェア

ハードウェア (hardware) とは、システムの物理的な構成要素を指す一般用語である。日本語では機械、装置、設備のことを指す。ソフトウェアとの対比語であり、単に「ハード」とも呼ばれる。.

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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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命令セット

命令セット（めいれいせっと、instruction set）は、コンピュータのハードウェアに対して命令を伝えるための言葉の語彙。.

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アウト・オブ・オーダー実行

アウト・オブ・オーダー実行（-じっこう、out-of-order execution）とは、高性能プロセッサにおいてクロックあたりの命令実行数（IPC値）を増やし性能を上げるための手法の1つで、機械語プログラム中の命令の並び順に依らず、データなどの依存関係から見て処理可能な命令について逐次開始・実行・完了させるものである。頭文字で'OoO'あるいは'O-o-O'とも書かれる。「順序を守らない実行」の意である。 プロセッサの設計と実装において、命令レベルの並列性（Instruction-level parallelism; ILP）を高めることは1つの目標でありスーパースケーラにより1サイクルあたり2命令を越えることが可能になったが、フォンノイマンアーキテクチャの前提である逐次実行が、並列化を施す上での障壁となる。アウト・オブ・オーダー実行（以下、OoO）は、結果（意味）に影響を与えないことを保証しながら可能な限り順序に従わずどんどん実行することにより、複数命令の同時実行の可能性を広げる最適化手法の1つである。 アウト・オブ・オーダー実行に対して、順序通り実行することを、イン・オーダー実行と言う。.

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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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ソフトウェア

フトウェア（software）は、コンピューター分野でハードウェア（物理的な機械）と対比される用語で、何らかの処理を行うコンピュータ・プログラムや、更には関連する文書などを指す。ソフトウェアは、一般的にはワープロソフトなど特定の作業や業務を目的としたアプリケーションソフトウェア（応用ソフトウェア、アプリ）と、ハードウェアの管理や基本的な処理をアプリケーションソフトウェアやユーザーに提供するオペレーティングシステム (OS) などのシステムソフトウェアに分類される。.

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CISC

CISC（しすく、Complex Instruction Set Computer）は、コンピュータの命令セットアーキテクチャ(ISA)の設計の方向性の一つである。単純な命令を指向したRISCが考案されたときに、対比して（レトロニム）従来のISAは複雑であるとして、"Complex" の語を用いた "CISC" と呼ばれる様になった。典型的なCISCのISAはしばしば、単一の命令で複数の処理を行う、可変長命令である、直交性がある、演算命令のオペランドにメモリを指定できる、などで特徴づけられる。 CISCを採用したプロセッサ(CPU)をCISCプロセッサと呼ぶ。CISCプロセッサに分類されるプロセッサとしては、マイクロプログラム方式を採用したSystem/360、PDP-11、VAXなどや、マイクロプロセッサの680x0、x86などがある。.

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EPICアーキテクチャ

EPICアーキテクチャ（Explicitly Parallel Instruction Computing Architecture、えぴっくあーきてくちゃ)は、VLIWをベースに改良を施したアーキテクチャで、インテルおよびヒューレット・パッカードが、IA-64（Itanium）で開発・採用した。.

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機械語

機械語（きかいご）またはマシン語（Machine code、machine language）とは、コンピュータのプロセッサが直接解釈実行可能な一連の命令群のデータそのもの（を、コンピュータ・プログラミング言語とみなしたもの）である。.

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