プロセッサの種類とアーキテクチャ

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プロセッサの種類,それぞれの特徴,用途を理解する。
プロセッサのアーキテクチャによって命令セットに違いがあること,プロセッサアーキテクチャとしてはRISC とCISC があることを理解する。

用語例:CPU,GPU,DSP、ビット,キャラクタ,バイト,ワード、1 オペランド形式,2 オペランド形式、固定長命令,可変長命令

CPU

CPU(Central Processing Unit:中央処理装置)は、コンピュータの五大構成要素(制御・演算・記憶・入力・出力)のうち、もっとも重要な働きである制御と演算を行う装置です。 

CPUは人間で言えば「頭脳」にあたる役割を担うので、CPUの性能がパソコン全体の性能を左右し、高速なCPUを搭載したコンピュータほど高性能といえます。

CPUの構造

コンピュータのCPUは通常、コンピュータ本体に内蔵されたマザーボード上にある一つのLSI(Large Scale Integration)チップからなっています。

CPUは主記憶装置からプログラムを読み出して、そこに書かれた命令を解読し、演算を行い、コンピュータ上の各装置の動作を制御する働きをします。

最近のコンピュータでは、一つのCPU内に演算の実行部分(=コア)を複数持たせることで高速化した、マルチコアプロセッサも使用されています。

CPUの構造の種類

CPUの実行できる命令の集まりを「命令セット」といいます。この命令セットの構造の設計概念には、CISCとRISCの2種類があります。

 RISCCISC
命令の長さ固定可変
重視するもの高速性機能性
ハードウェアの構造単純複雑
制御方式ワイヤドロジック制御方式マイクロプログラム制御方式

RISC

RISC(Reduced Instruction Set Computer:縮小命令セットコンピュータ)は、単純な動作をする命令セットを持つCPUです。ワイヤドロジック制御方式で単純な動作をする命令セットだけを持ち、構造が単純で高速に動作します。

ワイヤドロジック制御方式

ワイヤドロジック制御方式とは、コンピュータの制御部と演算部で行われる命令の実行を、ハードウェアの物理的な結線(電子回路)だけで制御する方式です。動作が高速なのが特徴ですが、複雑な命令には適しません。

CISC

CISC(Complex Instruction Set Computer:複合命令セットコンピュータ)とは、複雑な命令セットを持つCPUです。一つの命令で複数の処理を行い、マイクロプログラム制御方式を用います。

マイクロプログラム制御方式

マイクロプログラム制御方式とは、一つの複雑な命令を実行しようとすると、あらかじめ定義しておいた複数の単純な命令の並びである「マイクロプログラム」を実行する方式です。

ハードウェアの物理的な結線(電子回路)はRISC方式より複雑になりますが、全てをワイヤドロジックにするよりは単純ですみます。機能の追加や変更をマイクロプログラムの変更で行うことが出来るのも特徴です。

RISCに比べると、速度性能は劣ります。