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コンピュータ・アーキテクチャ

索引 コンピュータ・アーキテクチャ

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。.

85 関係: ARMアーキテクチャ同時マルチスレッディング実行ユニット対称型マルチプロセッシング互換性仮想化仮想記憶建築ページング方式マルチプロセッシングノイマン型マイクロプログラム方式マイクロプロセッサマイクロアーキテクチャハーバード・アーキテクチャハードウェアハードウェアマルチスレッディングバレルプロセッサバス (コンピュータ)メモリコントローラユースケースリアルタイムシステムレイテンシレジスタ (コンピュータ)レジスタ・リネーミングレジスタ・ウィンドウワイヤードロジックボトルネックトランジスタトランスレーション・ルックアサイド・バッファプロセッサデイビッド・パターソン (計算機科学者)デジタル回路フレデリック・ブルックスベンチマークベクトル計算機制御装置分岐予測分散コンピューティング周辺機器命令パイプライン命令セットアーキテクチャアドレッシングモードアウト・オブ・オーダー実行アセンブリ言語インタフェース (情報技術)エンタープライズアーキテクチャオペレーティングシステムキャッシュ (コンピュータシステム)...キャッシュメモリクロスバースイッチコンピュータコンピュータネットワークコンピュータ・クラスターシステムアーキテクチャスループットスーパースカラーソフトウェアソフトウェアアーキテクチャ入出力割り込み (コンピュータ)CISCCPUCPU設計Direct Memory AccessEPICアーキテクチャ階層構造設計記憶装置論理回路IBMIBM 7030Intel Core 2MIMDNUMARISCSIMDSystem/360VLIW投機的実行機械語演算装置浮動小数点数拡張カード インデックスを展開 (35 もっと) »

ARMアーキテクチャ

ARMアーキテクチャ とは、ARMホールディングスの事業部門であるARM Ltdにより設計・ライセンスされている、組み込み機器や低電力アプリケーション向けに広く用いられている、プロセッサコアのアーキテクチャである。.

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同時マルチスレッディング

同時マルチスレッディング(どうじマルチスレッディング、Simultaneous Multithreading、SMT)とは、単一CPUにより複数の実行スレッドを同時に実行するプロセッサの機能。.

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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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対称型マルチプロセッシング

対称型マルチプロセッシング(たいしょうがたマルチプロセッシング、Symmetric Multiprocessing、SMP)とは、物理メモリを共有して管理する「メモリ共有型並列コンピューティング(マルチプロセッシング)方式」のこと。.

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互換性

互換性(ごかんせい、)とは、ある部品やコンポーネント(構成要素)などを置き換えても同様に動作させることができる性質のこと。 特に工業製品では、互換性を確保することで新たなシステムを用意する必要がなくなり、設計や部品の再利用性が高まることでコストカットを見込めることや、過去の製品からの買い替えなどを進めることができたりする。ただし、古い基準に縛られてしまうために技術革新の妨げとなるという側面もある。互換性を確保するために余計なコストがかかる場合は軽視されることがあるほか、メーカー間の互換性はベンダーロックインを狙うため、あえて削ぐものもある。.

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仮想化

仮想化(virtualization)とは、コンピュータのリソースを抽象化することである。「リソースの物理的特性を、そのリソースと相互作用するシステム/アプリケーション/エンドユーザーから隠蔽する技法。単一の物理リソース(サーバ、OS、アプリケーション、補助記憶装置など)を複数の論理リソースに見せかけたり、複数の物理リソース(複数の補助記憶装置群やサーバ群)を単一の論理リソースに見せかけたりできる」という実用的定義がある。また、単一の物理リソースを何らかの特性の異なる単一の論理リソースに見せかけることもできる。そして、仮想回線により、幅が拡がる。.

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仮想記憶

仮想記憶(かそうきおく、Virtual Memory、バーチャルメモリ)とは、コンピュータ分野におけるメモリ管理の仮想化技法の一種であり、オペレーティングシステムなどが物理的なメモリを、アプリケーション・ソフトウェア(プロセスなど)に対して、専用の連続した主記憶装置に見えるように提供する。 この技術により、物理的な主記憶装置に加えてハードディスク装置等の補助記憶装置を併用すれば、物理的な主記憶装置よりも大きな仮想メモリを提供する事ができる。またアプリケーション・プログラム側は、物理メモリ上のアドレスを意識しなくて良いため、マルチタスクの実現が容易である。このため現代のオペレーティングシステムの多くが仮想記憶をサポートしている。 仮想的に与えられたアドレスを仮想アドレス (virtual address) または論理アドレス (logical address)、実記憶上で有効なアドレスを物理アドレス (physical address) または実アドレス (real address) という。仮想アドレスの範囲を仮想アドレス空間、物理アドレスの範囲を物理アドレス空間という。.

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建築

建築(けんちく)とは、人間が活動するための空間を内部に持った構造物を、計画、設計、施工そして使用するに至るまでの行為の過程全体、あるいは一部のこと。また、そのような行為によって作られた構造物そのものを指すこともある。後者は建築物とも呼ばれる。.

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ページング方式

ページング方式 (Paging) とは、コンピュータのオペレーティングシステムにおいて記憶装置をページと呼ばれる小さな単位に分割して割り当てを行うアルゴリズム群である。仮想記憶のベースとなる設計の一つ。 物理メモリ空間および論理メモリ空間を、基本的に一定サイズのページと呼ばれる単位に分割して管理を行う。論理メモリから物理メモリ空間への対応づけはページテーブルと呼ばれる構造体で実現され、この構造体はオペレーティングシステム (OS) によって管理される。物理メモリ空間に対応づけられていない論理メモリを参照した時にはページフォルトという例外によってOS側の例外処理ルーチンに制御が移行し、OS側の管理によって適宜対応したページを二次記憶等から読み込み、テーブルを更新してその参照した命令の実行に戻る。 これを実現するハードウエアであるメモリ管理ユニット (MMU) の中にはトランスレーション・ルックアサイド・バッファ (Translation Lookaside Buffer:TLB) と呼ばれる一種のキャッシュがあり、ユニット内部ではこの対応表に基づいてメモリアドレスの対応づけを行っている。このテーブルから参照出来なかったときをTLBミスと呼ぶ。このときの処理はMMUの設計によって異なり、MMU内にはTLBのみを持ちTLBミスが即例外を起こし、OSがページテーブルを引いてTLBに追加することによってTLBミスを解決するアーキテクチャや、ページテーブル自体のフォーマットがOSが使えるビットを含めた形でMMUによって定義されていて、TLBミス時にMMU自身が与えられた物理アドレスにあるページテーブルを参照するアーキテクチャもある。.

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マルチプロセッシング

マルチプロセッシング(multi processing)とは、(本来は)ひとつのプロセスだけではなく複数の並行プロセスを同一システム内で使用することを意味する。 マルチタスクと同様ひとつのCPUを複数のプロセスが共有することも示すが、ひとつのシステム内の複数のCPUが複数のスレッドを動作させることも意味する。マルチプロセッサと言う場合は一般に後者のみを指す。.

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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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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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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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ハードウェアマルチスレッディング

ハードウェアマルチスレッディング(Hardware multithreading)は、プロセッサのマイクロアーキテクチャにおいて複数のスレッドの実行をハードウェアで提供することである。.

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バレルプロセッサ

バレルプロセッサ(Barrel processor)は、実行するスレッドをサイクルごとに切り替える、コンピュータのプロセッサである。同じ、あるいは似たような機構を指す語として、"インターリーブ(inerleaved)"や"細粒度(fine-grained)"あるいは一時マルチスレッディングなどといった語もある(観点の違いなどによる)。 現代のスーパースケーラアーキテクチャにおける同時マルチスレッディングとは異なり、1サイクルに複数の命令を実行できるものではない。 たとえば、CDC 社の Cyber コンピュータのあるものは、一つのスレッドに処理が戻る前に、20の異なるスレッドのそれぞれから1つずつ命令を実行した。また、Ubicom 社の IP3023 プロセッサは、一つのスレッドに処理が戻る前に、8つの異なるスレッドのそれぞれから1つずつ命令を実行した。 プリエンプティブ・マルチタスクのように、各実行スレッドは、プログラムカウンタやそれ以外のハードウェアレジスタ(各スレッドのarchitectural state)を割り当てられる。バレルプロセッサは、他のスレッドが順番を待っている間、一つのスレッドを通例数百から数千サイクル実行し続けるプリエンプティブ・マルチタスクマシンとは異なり、各スレッドが一つの命令を N サイクルごとに実行することを保証することができる。 C-slowing と呼ばれる技術により、通常のシングルタスクプロセッサの設計から、対応するバレルプロセッサの設計を自動的に生成することができる。この方法で生成された n-way のバレルプロセッサは、それぞれがオリジナルのおよそ 1/n のスピードで動作するオリジナルのシングルタスクプロセッサを n 個コピーしたマルチプロセッサのように動作する。.

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バス (コンピュータ)

バス とは、コンピュータの内外、各回路がデータを交換するための共通の経路を指すコンピュータ用語である。.

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メモリコントローラ

メモリコントローラ (Memory controller) とは、コンピュータシステム上でRAM(半導体メモリ)の、データの読み出し、書き出し、DRAMのリフレッシュなど、メインメモリのインタフェースを統括するLSI、または機能のこと。 それまでのメインメモリはCPUにフロントサイドバスを介して直接接続されていたが、次第に必要とされるメモリが増大し、Double-Data-Rateなどの特殊な制御を必要とするものも多くなってきたため、CPUとメモリのあいだを仲立ちするLSIに移行した。 パソコンなどのコンピュータシステムでは、この機能はチップセットに統合されているが、Athlon 64は高速化のためにメモリコントローラを内蔵している。インテルCore iシリーズの途中から、時代の進歩や機能の洗練のために再び高機能化したCPUに統合される流れになっている。 Category:CPU.

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ユースケース

ユースケース(Use Case)は、ソフトウェア工学やシステム工学でシステム(あるいはシステムのシステム)の機能的要求を含む振舞を把握するための技法である。各ユースケースは、何らかの目的・目標/機能に関する台本(シナリオ)での主体(アクター(actor))と呼ぶ利用者(ユーザ)とシステムのやりとりを描いている。ユースケースのアクターはエンドユーザーの場合もあるし、別のシステムの場合もある。ユースケースでは技術専門用語をなるべく使わず、エンドユーザーやそのビジネスの専門家に分かり易い用語を用いる。ユースケースの作成は、ビジネスアナリストとエンドユーザーが共同で行う。ユースケースを図にしたものがユースケース図であり、両者を厳密に区別すべき根拠はない。 1986年、後に統一モデリング言語(UML)やラショナル統一プロセス (RUP) で重要な役割を演じたイヴァー・ヤコブソンは、初めてユースケースの視覚化モデリング技法を成文化した。当初彼は usage scenarios とか usage case という用語を使用していたが、それらが英語として不自然であると気づき use case という用語を使うようになった。ヤコブソンが創始したユースケースのモデリングに対して、Kurt Bittner、Alistair Cockburn、Gunnar Overgaard といった人々が改良を加えていった。 1990年代、ユースケースは機能要求を含む振舞を把握する手法として使われるようになってきた。発祥の分野であるオブジェクト指向関連で顕著である。ユースケースの有効性はオブジェクト指向に限らない。ユースケースの仕様は、オブジェクト指向とは直接的な関係がない。 システム工学において、ユースケースはソフトウェア工学よりも抽象度の高いレベルで利用され、システムの任務やシステム保有者の目標を描くのに使われる。より詳細な要求は SysML のリクワイアメント図などで把握される。.

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リアルタイムシステム

リアルタイムシステム(Real-time System)とは、ジョブの実行が命令された時、その処理を設定された時間通りに動作することに着目した制御工学における概念の一つであり、「リアルタイム処理」とも呼ばれている。;ハードリアルタイムシステム;ファームリアルタイムシステム;ソフトリアルタイムシステム リアルタイム性を高めるために、どのような順番でジョブを処理するか(スケジューリング)が重要となる。各ジョブ(タスク)の重要度がスケジューリングの基準となることが多く、重要度が時間と共に変化する動的スケジューリングと、変化しない静的スケジューリングに大別される。またスケジューリングの結果、各ジョブがどの程度実行されるかも議論の対象となる。.

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レイテンシ

レイテンシ、潜伏時間、潜時、待ち時間、反応時間(latency)とは、デバイスに対してデータ転送などを要求してから、その結果が返送されるまでの不顕性の高い遅延時間のこと。レイテンシー、レーテンシーとも表記される。.

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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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レジスタ・リネーミング

レジスタ・リネーミング(register renaming)とは、コンピュータのプログラム内でレジスタを再利用しているために不必要な順序性が生じているのを、より多くの実在するレジスタを利用して再利用されているレジスタに割り当て、依存を無くす技術である。.

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レジスタ・ウィンドウ

レジスタウィンドウとは、コンピュータのCPUの一般的な動作であるプロシージャコールの性能を向上させる技法である。 この問題にハードウェアをつぎ込むことによってほとんど全てのコンピュータプログラムが高速に動作するようになる。 これはバークレーRISCの設計上の特長のひとつであり、後にSPARC、AMD 29000、Intel i960で商用化された。 多くのCPUの設計では、レジスタと呼ばれる小規模な超高速メモリを持っている。 レジスタは、長い命令列を実行中にCPUが一時的に値を保持しておくのに使われる。 レジスタが多ければ性能が向上するが、レジスタというのはCPUの命令セットと密接な関係がある。 一度CPUをリリースしてしまったら簡単にはレジスタを増やしたり出来ない。 レジスタは万能の性能向上策であるが、問題もある。 コンピュータプログラムの別々の箇所はそれぞれ一時的な値を持っているため、レジスタの使用が競合してしまう。 プログラムが実行時にどう動くかをよく理解することは困難である。 開発者が実際に開発中に、自分が書いているコードがどれだけレジスタを使ったらよいか、どれだけをプログラムの他の部分のために残しておいたらよいかを決めるのは容易ではない。 一般にそのような考慮は無視され、開発者あるいは彼らが使うコンパイラは見えている全てのレジスタを使うものである。 ここにレジスタウィンドウの使い道が出てくる。 プログラムの各部はそこだけで使えるレジスタを必要とするので、プログラムの各部分ごとにレジスタのセットを提供することに意味が出てくる。もちろん、レジスタのセット以外のレジスタもプログラムのある部分から見えるなら、それも使われてしまうだろう。 ここでのトリックはあるレジスタセット以外のレジスタを見えなくしてしまうことにある。 これは何か複雑なことのように聞こえるかもしれないが、実際は単純である。 プログラムのある部分から別の部分へプロシージャコールで移動するとCPUは簡単にそれを検知できる。一般にプロシージャコールはいくつかの決まった命令列で構成され、元に戻るときも決まった命令列を使う。 バークレーの設計では、プロシージャコールの命令列によって新たなレジスタセットがそれまでのレジスタセットと入れ替えられる。 また、プロシージャから元の場所に戻るときは、それまで使っていたレジスタセットに"dead"(あるいは"reusable")という印をつける。 バークレーRISCの設計では、全部で64本あるレジスタのうち 8本がプログラムから見えるようになっている。 レジスタ全体のことをレジスタファイルと呼び、8本のレジスタのことをウィンドウと呼ぶ。 このレジスタファイルによれば、最大で8レベルのプロシージャコールがレジスタファイル内で実行可能である。 プログラムが8レベル以上の深さでプロシージャをコールしない限りレジスタがあふれる(つまり主記憶かキャッシュに追い出される)ことはない。レジスタがあふれたときの処理はかなり時間を要する。 ほとんどのプログラムは6レベルまでの深さの範囲内で処理を行う。 比較のためサン・マイクロシステムズのSPARCアーキテクチャを説明する。 こちらの場合、8本のレジスタのセットが4個同時に見えるようになっている。 そのうち3セットがウィンドウとなっている。.

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ワイヤードロジック

ワイヤードロジック (Wired Logic、結線論理)は、論理回路の構成方法の一つで、ハードウェアによる物理的な結線で命令を実行するもの。ハードワイヤードロジック (Hard Wired Logic) とも言う。布線論理、配線論理とも。 高速な反面、複雑な命令の実装は困難である。このためRISCプロセッサ内部の命令実行部など、比較的複雑性の低い機能の実装に用いられる。またCISCプロセッサでも486以降のx86などは、ワイヤードロジックを取り入れ、マイクロプログラム方式の部分を減らしている。.

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ボトルネック

ボトルネック概念図 ボトルネック (bottleneck) とは、システム設計上の制約の概念。英語の「瓶の首」の意。一部(主に化学分野)においては律速(りっそく、「速さ」を「律する(制御する)」要素を示すために使われる)、また『隘路(あいろ)』と言う同意語も存在する。 80-20の法則などが示すように、物事がスムーズに進行しない場合、遅延の原因は全体から見れば小さな部分が要因となり、他所をいくら向上させても状況改善が認められない場合が多い。このような部分を、ボトルネックという。 瓶のサイズがどれほど大きくても、中身の流出量・速度(スループット)は、狭まった首のみに制約を受けることからの連想である。 ボトムネックは誤記。.

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トランジスタ

1947年12月23日に発明された最初のトランジスタ(複製品) パッケージのトランジスタ トランジスタ(transistor)は、増幅、またはスイッチ動作をさせる半導体素子で、近代の電子工学における主力素子である。transfer(伝達)とresistor(抵抗)を組み合わせたかばん語である。によって1948年に名づけられた。「変化する抵抗を通じての信号変換器transfer of a signal through a varister または transit resistor」からの造語との説もある。 通称として「石」がある(真空管を「球」と通称したことに呼応する)。たとえばトランジスタラジオなどでは、使用しているトランジスタの数を数えて、6石ラジオ(6つのトランジスタを使ったラジオ)のように言う場合がある。 デジタル回路ではトランジスタが電子的なスイッチとして使われ、半導体メモリ・マイクロプロセッサ・その他の論理回路で利用されている。ただ、集積回路の普及に伴い、単体のトランジスタがデジタル回路における論理素子として利用されることはほとんどなくなった。一方、アナログ回路中では、トランジスタは基本的に増幅器として使われている。 トランジスタは、ゲルマニウムまたはシリコンの結晶を利用して作られることが一般的である。そのほか、ヒ化ガリウム (GaAs) などの化合物を材料としたものは化合物半導体トランジスタと呼ばれ、特に超高周波用デバイスとして広く利用されている(衛星放送チューナーなど)。.

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トランスレーション・ルックアサイド・バッファ

トランスレーション・ルックアサイド・バッファ(英: Translation Lookaside Buffer、TLB)とは、メモリ管理ユニット内のある種のキャッシュであり、仮想アドレスから物理アドレスへの変換の高速化を図るものである。こんにちの仮想記憶をサポートするマイクロプロセッサは、仮想空間と物理空間のマッピングにTLBを利用しているのがほとんどである。 TLBは通常、連想メモリ (CAM) で実装されている。CPUがメモリ空間にアクセスする際、検索キーとして仮想アドレスを使い、TLB上にそのアドレスに対応するエントリがあれば、検索結果として対応する物理アドレスが返る。これを「TLBヒット」と呼ぶ。要求したアドレスがTLB内にない場合は「TLBミス」であり、アドレス変換のためにページテーブルを辿っていかなければならない。これを「ページウォーク」と呼ぶ。ページウォークは複数個所のメモリの内容を読み取り、そこから物理アドレスを計算しなければならず、時間がかかる作業である。ページウォークによって物理アドレスが判明した後、その仮想アドレスと物理アドレスのマッピングがTLBに格納される。.

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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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デイビッド・パターソン (計算機科学者)

デイビッド・A・パターソン(David A. Patterson、1947年11月16日 - )は、アメリカ合衆国の計算機科学者で、1977年からカリフォルニア大学バークレー校 (UCB) の計算機科学教授を務めている。 RISCとRAIDの基礎を築いた1人であり、RISCという用語の生みの親である。プロジェクトを指揮した。ジョン・ヘネシーとのコンピュータ・アーキテクチャに関する共著は教科書として広く採用されている。アメリカ科学振興協会フェロー。.

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デジタル回路

デジタル回路(デジタルかいろ。英: digital circuit - ディジタル回路)は、2つの不連続な電位範囲を情報の表現に用いる電子回路で、論理回路の実現法のひとつである。電位帯内であれば信号の状態は同じものとして扱われる。信号レベルが公差、減衰、ノイズなどで若干変動したとしても、しきい値の範囲内ならば無視され、いずれかの状態として扱われる。 通常は2つの状態をとり、0Vに近い電圧と、十分にマージンを取った電源電圧より低い5Vや3V、1.2Vといった電圧で表される。これらはそれぞれ「Low」「High」、又は「L」「H」と表現される。一般には Low を0や偽、High を1や真に対応させることが多い(正論理)が、諸事情により逆に対応させる(負論理)こともある。以上はトランジスタベースの現在広く使われている回路の場合で、真空管による回路など、電圧や方式は他にも多種ある。.

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フレデリック・ブルックス

フレデリック・フィリップス・ブルックス・ジュニア(Frederick Phillips Brooks, Jr.

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ベンチマーク

ベンチマーク()とは、本来は測量において利用する水準点を示す語で、転じて金融、資産運用や株式投資における指標銘柄など、比較のために用いる指標を意味する。また、広く社会の物事のシステムのあり方や規範としての水準や基準などを意味する。またベンチマーキングとは自社の課題解決のために、競合他社などの優れた経営手法(ベストプラクティス)を持つ企業を分析するプロセスを指す。.

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ベクトル計算機

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。.

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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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分岐予測

ンピュータ・アーキテクチャにおける分岐予測(ぶんきよそく、Branch Prediction、ブランチプレディクション)とは、プログラム実行の流れの中で条件分岐命令が分岐するかしないかを予測することにより、命令パイプラインの効果を可能な限り維持し、性能を高めるためのCPU内の機能である。.

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分散コンピューティング

分散コンピューティング(ぶんさんコンピューティング、英: Distributed computing)とは、プログラムの個々の部分が同時並行的に複数のコンピュータ上で実行され、各々がネットワークを介して互いに通信を行いながら全体として処理が進行する計算手法のことである。複雑な計算などをネットワークを介して複数のコンピュータを利用して行うことで、一台のコンピュータで計算するよりスループットを上げようとする取り組み、またはそれを実現する為の仕組みである。分散処理(ぶんさんしょり)ともいう。並列コンピューティングの一形態に分類されるが、一般に並列コンピューティングと言えば、同時並行に実行する主体は同じコンピュータシステム内のCPU群である。ただし、どちらもプログラムの分割(同時に実行できる部分にプログラムを分けること)が必須である。分散コンピューティングではさらに、それぞれの部分が異なる環境でも動作できるようにしなければならない。例えば、2台の異なるハードウェアを使ったコンピュータで、それぞれ異なるファイルシステム構成であっても動作するよう配慮する必要がある。 問題を複数の部分問題に分けて各コンピュータに実行させるのが基本であり、素数探索や数多く試してみる以外に解決できない問題の対処として用いられているものが多い。分散コンピューティングの例としてBOINCがある。これは、大きな問題を多数の小さな問題に分割し、多数のコンピュータに分配するフレームワークである。その後、それぞれの結果を集めて大きな解を得る。一般的に処理を分散すると一台のコンピュータで計算する場合と比べ、問題データの分配、収集、集計するためのネットワークの負荷が増加し、問題解決の為のボトルネックとなるため、部分問題間の依存関係を減らすことが重要な課題となる。 分散コンピューティングは、コンピュータ同士をネットワーク接続し、効率的に通信できるよう努力した結果として自然に生まれた。しかし、分散コンピューティングはコンピュータネットワークと同義ではない。単にコンピュータネットワークと言った場合、複数のコンピュータが互いにやり取りするが、単一のプログラムの処理を共有することはない。World Wide Web はコンピュータネットワークの例であるが、分散コンピューティングの例ではない。 分散処理を構築するための様々な技術や標準が存在し、一部はその目的に特化して設計されている。例えば、遠隔手続き呼出し (RPC)、Java Remote Method Invocation (Java RMI)、.NET Remoting などがある。.

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周辺機器

周辺機器(しゅうへんきき)またはペリフェラル(英:peripheral)とは、コンピュータやゲーム機などの電子製品の本体に対して、ケーブル等で接続して使用する機器(ハードウェア等)のこと。 何が周辺機器とされるかはその製品により、時代やメーカーやモデルにもよっても変わる。なお、本体と周辺機器と間でのデータ、制御信号、状態(ステータス)など相互のやり取りは転送と言われる。.

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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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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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アーキテクチャ

アーキテクチャ(architecture)は、英語で「建築学」、「建築術」、「構造」を意味する語である。 分野によってはアーキテクチュアともいうが、英語での発音は であり、アーキテクチャのほうが近い。.

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アドレッシングモード

アドレッシングモード(Addressing Mode)は、CPUの命令セットアーキテクチャ(ISA)の一部を構成する。プロセッサの命令には操作対象をオペランドで指定するものがあり、その指定方法の詳細がアドレッシングモードと呼ばれるものである。したがって、広義のアドレッシングモードにはレジスタを指定する場合も、値が命令のオペランドとして直接与えられている場合も含まれるが、狭義のアドレッシングモードはオペランドとして使用すべきメモリ領域を指定するものとみなされる。 プログラミングの観点から言えば、アドレッシングモードが重視されるのはコンパイラ開発やアセンブリ言語でプログラミングする場合である。.

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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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アセンブリ言語

モトローラ MC6800 のアセンブリ言語のソースコード アセンブリ言語(アセンブリげんご、英: assembly language)とは、コンピュータ、マイクロコントローラ、その他のプログラム可能な機器を動作させるための機械語を人間にわかりやすい形で記述する、代表的な低水準言語である。なお、英語の assembly とは「組立」という意味である。.

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インタフェース (情報技術)

インタフェース(interface)は、ものごとの境界となる部分と、その境界でのプロトコルを指す。コンピュータなどでは、コンピュータシステム内、あるいはシステム間のインタフェースや、人間と機械の間のインタフェース(ヒューマンマシンインタフェース)などがある。他分野の専門用語の借用になるが、界面という訳語がある。.

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エンタープライズアーキテクチャ

ンタープライズアーキテクチャ(enterprise architecture、EA) は構成要素(事業エンティティ)、それらの構成要素の外的に見える特性、及びそれらの間の関係を含む、事業構造の厳格な記述である。EAは、用語、要素の構成、及びその外的環境とのそれらの関係、及び 要求分析、設計とエンタープライズの進化のための原則のガイドを記述をする。 この記述は、事業体の目標、事業プロセス、役割、組織的構造、組織的振舞、、ソフトウェア・アプリケーション、及びコンピュータ・システムを含む、包括的である。.

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オペレーティングシステム

ペレーティングシステム(Operating System、OS、オーエス)とは、コンピュータのオペレーション(操作・運用・運転)のために、ソフトウェアの中でも基本的、中核的位置づけのシステムソフトウェアである。通常、OSメーカーが組み上げたコンピュータプログラムの集合として、作成され提供されている。 オペレーティングシステムは通常、ユーザーやアプリケーションプログラムとハードウェアの中間に位置し、ユーザーやアプリケーションプログラムに対して標準的なインターフェースを提供すると同時に、ハードウェアなどの各リソースに対して効率的な管理を行う。現代のオペレーティングシステムの主な機能は、ファイルシステムなどの補助記憶装置管理、仮想記憶などのメモリ管理、マルチタスクなどのプロセス管理、更にはGUIなどのユーザインタフェース、TCP/IPなどのネットワーク、などがある。オペレーティングシステムは、パーソナルコンピュータからスーパーコンピュータまでの各種のコンピュータや、更にはスマートフォンやゲーム機などを含む各種の組み込みシステムで、内部的に使用されている。 製品としてのOSには、デスクトップ環境やウィンドウシステムなど、あるいはデータベース管理システム (DBMS) などのミドルウェア、ファイル管理ソフトウェアやエディタや各種設定ツールなどのユーティリティ、基本的なアプリケーションソフトウェア(ウェブブラウザや時計などのアクセサリ)が、マーケティング上の理由などから一緒に含められていることもある。 OSの中で、タスク管理やメモリ管理など特に中核的な機能の部分をカーネル、カーネル以外の部分(シェルなど)をユーザランドと呼ぶ事もある。 現代の主なOSには、Microsoft Windows、Windows Phone、IBM z/OS、Android、macOS(OS X)、iOS、Linux、FreeBSD などがある。.

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キャッシュ (コンピュータシステム)

ャッシュ (cache) は、CPUのバスやネットワークなど様々な情報伝達経路において、ある領域から他の領域へ情報を転送する際、その転送遅延を極力隠蔽し転送効率を向上するために考案された記憶階層の実現手段である。実装するシステムに応じてハードウェア・ソフトウェア双方の形態がある(今後コンピュータのプログラムなども含め全ての転送すべき情報をデータと表す)。 キャッシュ概要図 転送元と転送先の中間に位置し、データ内容の一部とその参照を保持する。データ転送元への転送要求があり、それへの参照が既にキャッシュに格納されていた場合は、元データからの転送は行わずキャッシュが転送を代行する(この状態をキャッシュヒット、キャッシュに所望のデータが存在せず元データから転送する状態をキャッシュミスという。なお、由来は不明で和製英語と思われるが日本の一部の文献及び資格試験において「キャッシュミスヒット」という用語が使われている)。もしくは出力データをある程度滞留させ、データ粒度を高める機能を持つ。これらによりデータの2種の局所性、すなわち時間的局所性と空間的局所性を活用し、データ転送の冗長性やオーバヘッドを低減させることで転送効率を向上させる。 コンピュータの各記憶領域を始めとして、ネットワークやデータベース、GPU、DSPなど様々なシステムの様々な階層に搭載されている。.

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キャッシュメモリ

ャッシュメモリ は、CPUなど処理装置がデータや命令などの情報を取得/更新する際に主記憶装置やバスなどの遅延/低帯域を隠蔽し、処理装置と記憶装置の性能差を埋めるために用いる高速小容量メモリのことである。略してキャッシュとも呼ぶ。コンピュータは以前から記憶装置や伝送路の性能が処理装置の性能に追いつけず、この差が全体性能に対するボトルネックとされてきた(ノイマンズ・ボトルネック)。そしてムーアの法則に基づく処理装置の加速度的な高性能化により現在ではますますこの差が拡大されている。キャッシュメモリは、記憶階層の観点からこれを解消しようとするものである。 主に、主記憶装置とCPUなど処理装置との間に構成される。この場合、処理装置がアクセスしたいデータやそのアドレス、状態、設定など属性情報をコピーし保持することで、本来アクセスすべき記憶装置に代わってデータを入出力する。通常はキャッシュメモリが自動的にデータ保存や主記憶装置の代替を行うため、基本的にCPUのプログラムなど処理装置側がキャッシュメモリを意識する必要はない。 キャッシュの一般的な概念はキャッシュ (コンピュータシステム)を参照のこと。.

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クロスバースイッチ

バースイッチは、縦方向に並行した複数の通信路と横方向の同様な通信路の交点にスイッチを設け、これらのスイッチ群を制御することで、対向する通信路との専有経路を動的に構築する構造である。クロスバー電話交換機で金属棒が交差している状況から「クロスバー」スイッチと呼ばれるようになった。 このスイッチは、主に以下のような機器で使用されている。.

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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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コンピュータネットワーク

ンピュータネットワーク(computer network)は、複数のコンピュータを接続する技術。または、接続されたシステム全体。コンピュータシステムにおける「通信インフラ」自体、あるいは通信インフラによって実現される接続や通信の総体が(コンピュータ)ネットワークである、とも言える。.

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コンピュータ・クラスター

ンピュータ・クラスターとは、複数のコンピュータを結合し、クラスター(葡萄の房)のようにひとまとまりとしたシステムのこと。単に「クラスター」または「クラスタリング」とも呼ばれる。1台のコンピュータでは得られないような、強力な計算性能や可用性を得ることができる。コンピュータ・クラスターは、クラスタリングを実現するためのハードウェアやソフトウェアなどにより構成される。但し、ネットワークを介してデータを入力して処理を開始するため、処理開始までの遅延が大きくなる欠点がある。.

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システムアーキテクチャ

テムアーキテクチャ(system architecture)とは、システムのアーキテクチャについての語で、コンピュータ・アーキテクチャに関連して使われることもあるが、より広くシステム一般に関して使われることもある。.

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スループット

ループット()は、一般に単位時間当たりの処理能力のこと。特に.

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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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ソフトウェアアーキテクチャ

フトウェアアーキテクチャ(Software Architecture)は、ソフトウェアコンポーネント、それらの外部特性、またそれらの相互関係から構成される。また、この用語はシステムのソフトウェアアーキテクチャの文書化を意味することもある。ソフトウェアアーキテクチャの文書は開発依頼主とのコミュニケーションを容易にするもので、概要レベルの設計に関する早期の決定を促し、プロジェクト間でのコンポーネントとパターンの設計を再利用することを可能にする。.

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入出力

入出力(にゅうしゅつりょく、input/output)は、データなどの「ものごと」の流れにおける出入りのことで、入力と出力の2つを総称した概念のことである。input/outputの頭文字をとってI/Oと略される。.

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割り込み (コンピュータ)

割り込み(わりこみ)とは、コンピュータがその周辺機器などから受け取る要求の一種である。現在の多くのCPUは、割り込みを処理するための機能を備えている。.

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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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CPU

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。.

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CPU設計

CPU設計の記事では、コンピュータのプロセッサの設計(デザイン)について解説する。.

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Direct Memory Access

Direct Memory Access(DMA)とは、プログラムされた機械語の命令群の実行によってアキュムレータなどを介する方法によらず、メモリとメモリまたはメモリとI/Oデバイスの間で直接データを転送することである。 専用回路のことを DMAC(DMA Controller)と言う。.

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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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階層構造

階層構造(かいそうこうぞう、hierarchy、ヒエラルキー)は、ある事象や認識対象の構造が、高層建築物のように、各階を、下層から上層へと順に積み重ねて全体を構成している場合の構造である。あるいは、積み木構造ともいえる。 また、ある要素が複数集まることでひとつのユニット(集合体)を形成し、そのユニットが複数集まることでさらに大きなひとつの大ユニットを形成し、その大ユニットが……という構造も、階層構造である。.

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設計

設計(せっけい、design)とは、建築物や工業製品等といったシステムの具現化のため、必要とする機能を検討するなどの準備であり、その成果物としては仕様書や設計図・設計書等、場合によっては模型などを作ることもある。.

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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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論理回路

論理回路(ろんりかいろ、logic circuit)は、論理演算を行う電気回路及び電子回路である。真理値の「真」と「偽」、あるいは二進法の「0」と「1」を、電圧の正負や高低、電流の方向や多少、位相の差異、パルスなどの時間の長短、などで表現し、論理素子などで論理演算を実装する。電圧の高低で表現する場合それぞれを「」「」等という。基本的な演算を実装する論理ゲートがあり、それらを組み合わせて複雑な動作をする回路を構成する。状態を持たない組み合わせ回路と状態を持つ順序回路に分けられる。論理演算の結果には、「真」、「偽」の他に「不定」がある。ラッチ回路のdon't care, フリップフロップ回路の禁止が相当する。 ここでの論理は離散(digital)であるためディジタル回路を用いる。論理演算を行うアナログ回路、「アナログ論理」を扱う回路(どちらも「アナログ論理回路」)もある。 多値論理回路も量子コンピュータで注目されている。 電気(電子)的でないもの(たとえば流体素子や光コンピューティングを参照)もある。 以下では離散なデジタル回路を扱う。.

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IBM

IBM(アイビーエム、正式社名: International Business Machines Corporation)は、民間法人や公的機関を対象とするコンピュータ関連製品およびサービスを提供する企業である。本社はアメリカ合衆国ニューヨーク州アーモンクに所在する。世界170カ国以上で事業を展開している。.

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IBM 7030

IBM 7030 保守コンソール。''Musée des arts et métiers''(パリ)所蔵 IBM 7030 保守コンソール。''Musée des arts et métiers''(パリ)所蔵 IBM 7030は、IBMの最初のスーパーコンピュータ構築の試みであり、ストレッチ(Stretch)の名でも知られている。1号機は1961年、ロスアラモス国立研究所に納入された。 当初の価格は1350万ドルとされたが、当初の野心的な性能見積もりを達成できず 778万ドルにせざるを得なかった。また、事前に契約していた顧客以外への販売を行わなかった。7030は当初予定したよりも性能が悪かったが、LARCを上回ってはおり、1961年から1964年まで世界最高速のコンピュータの地位を守った。1964年に世界一になったのはCDC 6600である。.

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Intel Core 2

Intel Core 2(インテル コア ツー)はインテルが2006年7月27日に発表した、x86命令セットを持つCPU用のマイクロプロセッサ。 元々はモバイル向けとして開発され、そこからデスクトップ、ワークステーション、サーバ向けの製品が派生的に開発されている。そのため、Coreマイクロアーキテクチャ内での世代を表す開発コードネームは、モバイル向けの標準ダイのものが用いられる。しかしそれぞれの用途向けであっても内容的にはほぼ同じであり、先行して開発が進んでいたモバイル向けにそれぞれの用途向けの機能が追加されていったり、組み込まれた機能を無効化することでそれぞれの用途向けに作り分けられている。 2008年の第4四半期より出荷が始まったCore i7をはじめとする、Nehalemマイクロアーキテクチャの各CPUに順次置き換えられた。.

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MIMD

225px MIMD(Multiple Instruction stream, Multiple Data stream)とは、コンピューティングにおいて並列性を達成するのに使われる技法の一種。MIMD型のマシンは、独立して機能する複数のプロセッサを持つ。任意の時点で、異なるプロセッサは異なる命令を使って異なるデータを処理している。MIMDアーキテクチャは様々な分野で応用されており、CAD/CAM、シミュレーション、モデリング、通信スイッチなどに使われている。MIMD型マシンは、共有メモリ型と分散メモリ型に分類される。この分類は、MIMD型マシンのプロセッサがどのようにメモリにアクセスするかに着目したものである。共有メモリ型マシンは、単純なバスを使ったものや、階層型のバスを使ったものがある。分散メモリ型マシンは、ハイパーキューブ型やメッシュ型の相互接続ネットワークを使うことが多い。.

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NUMA

NUMA(Non-Uniform Memory Access、ヌマ)とは、共有メモリ型マルチプロセッサコンピュータシステムのアーキテクチャのひとつで、複数プロセッサが共有するメインメモリへのアクセスコストが、メモリ領域とプロセッサに依存して均一でないアーキテクチャである。.

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RISC

RISC(りすく、Reduced Instruction Set Computer、縮小命令セットコンピュータ)は、コンピュータの命令セットアーキテクチャ(ISA)の設計手法の一つで、命令の種類を減らし、回路を単純化して演算速度の向上を図るものである。なお、RISCが提唱されたときに、従来の設計手法に基づくアーキテクチャは対義語としてCISCと呼ばれるようになった。 RISCを採用したプロセッサ (CPU) をRISCプロセッサと呼ぶ。RISCプロセッサの例として、ARM、MIPS、POWER、SPARCなどが知られる。.

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SIMD

SIMDの概念図PU.

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System/360

フォルクスワーゲンで使われているSystem/360 System/360(S/360、システム/360、システムさんろくまる)は、IBMが1964年4月7日(日本では翌4月8日)に発表したメインフレーム コンピュータのシリーズである。1965年から1977年まで出荷された。あらゆる用途をカバーするファミリを形成し、小型から大型まで、商用から科学技術計算まで使われた。コンピュータ・アーキテクチャの確立により、IBMは互換性のある設計で様々な価格のシステムをリリースすることができた。最上位機種以外は命令セットをマイクロプログラム方式で実装しており、8ビットのバイト単位のアドレス指定、十進数計算、浮動小数点数計算などを備えている。.

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VLIW

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。.

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投機的実行

投機的実行(とうきてきじっこう、)とは、コンピュータに必要としないかもしれない仕事をさせることである。この性能最適化技法は、パイプライン化されたプロセッサなどのシステムで使われている Butler Lampson Microsoft Research OPODIS, Bordeaux, France 12 December 2006。.

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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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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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浮動小数点数

浮動小数点数(ふどうしょうすうてんすう、英: floating point number)は、浮動小数点方式による数のことで、もっぱらコンピュータの数値表現において、それぞれ固定長の仮数部と指数部を持つ、数値の表現法により表現された数である。.

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拡張カード

拡張カード(かくちょうカード、expansion card)、または拡張アダプターとは、コンピュータなどの情報機器で、機能を拡張するための小型のプリント基板を内蔵したカード(アダプター)である。拡張カードを本体に装備する際のインターフェースは、拡張バス(外部バス)、あるいは拡張スロットといい、いくつかの標準がある。追加装備する機能には周辺機器のためのインターフェースも含まれる。デスクトップパソコンの多くには、マザーボード上に拡張バス(拡張スロット)があり、そこに拡張カードを装着できる。.

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