【CPU】
○ALU
CPUの演算子装置
○レジスタ
・命令レジスタ
取り出した命令を記憶
・プログラムカウンタ
次の命令のアドレスを記憶
・ベースレジスタ
プログラムの先頭アドレスを記憶
・指標レジスタ（インデックスレジスタ）
修飾アドレスのときに使う
・汎用レジスタ
なんにでも使える
○アドレス指定方式
・即値方式
・直接アドレス指定方式
・間接アドレス指定方式
アドレス先にアドレスがある
・指標（インデックス）アドレス指定方式
アドレス部＋インデックスレジスタ
・ベースアドレス指定指定
アドレス部＋ベースレジスタ
・相対アドレス指定方式
アドレス部＋プログラムカウンタ
○クロック周波数
・CPI(Cycles Per Instruction)
1命令を実行するのに必要なクロック数
・MIPS(Million Instruction Per Second)
1秒間に何百万回命令が実行されるか
・FLOPS(FLoating-point on Operations Per Second)
1秒間に実行できる浮動少数演算の回数
○CPUの設計
・CISC(Complex Instruction Set Computer)
可変長な複雑な命令を理解できるが高速化できない
・RISC(Reduced Instruction Set Computer)
固定長な命令しか理解できないが、高速化できる
○処理速度の高速化
・パイプライン方式
１つの命令の実行を、(1)命令取り出し、(2)命令解読、(3)オペランド読み出し、(4)実行などの段階に分け、ずらしながら実行する。
分岐があると効果が薄くなる
・スーパーパイプライン方式
パイプライン方式の命令ステージをより細かく分割したもの
・スーパースカラ方式
パイプラインを複数持つ
○マルチプロセッサ
・SISD(Single Instruction Single Data)
1命令で1つのデータを処理する
・SIMD(Single Instruction Multiple Data)
1命令で複数のデータを処理する
・MISD(Multiple Instruction Single Data)
複数命令で1データを処理する
・MIMD(Multiple Instruction Multiple Data)
複数命令で複数データを処理する
【メモリ】
○メモリ配置
・単一区間方式
メモリを１つの区画とし、１つだけロード
・多重区画方式
メモリを一定区画に分割、１区画以上のものはロードできない
・可変区画方式
区画の大きさを変更できるが、断片化（フラグメンテーション））が起こる
○メモリ不足の解消
・オーバーレイ
プログラムを分割し、必要な部分だけロード
・スワッピング
優先度の低いプログラムを補助記憶装置に退避
・仮想記憶
メモリの内容を補助記憶装置に退避
実メモリには仮想メモリのアドレスを入れる。
○仮想記憶
・ページング方式
固定長のページに分割
・セグメント方式
可変長のセグメントに分割
○仮想記憶のページ置き換え方式
・LRU(Least Recentlu Used)
最後に参照されてからの時間が長いものｋら追い出す
・FIFO(First In First Out)
最初に記憶したものから追い出す
・LFU(Least Frequently Used)
参照頻度が最も少ないものから追い出す
○RAM
・RAM(Random Access Memory)
電源を切ると消える、揮発性メモリ
・SRAM(Static RAM)
高速だが高価で、キャッシュメモリに使われている
・DRAM(Dynamic RAM)
低速だが安価で、メインメモリとして使われている
○ROM
・ROM(Read Only Memory)
電源を切っても消えない不揮発性メモリ
・マスクROM
読み出し専用メモリ。BIOSとか家電で
・PROM(Programmable ROM)
書き込み可能なメモリ
・EPROM(Erasable Programmable ROM)
紫外線でデータを消去できるメモリ
・EEPROM(Electrical Erasable Programmable ROM)
電気的にデータを消去できるメモリ。フラッシュメモリはこれ
○メモリの高速化
・ライトスルー方式
書き込みの際にキャッシュメモリとメインメモリの両方に書き込む。
読み込み時のみ高速化
・ライトバック方式
キャッシュメモリにだけ書き込み、キャッシュメモリを追い出す必要が生じた時点でメインメモリに書き込む。
読み書きで高速化され、ライトスルー方式より高速
・メモリインターリーブ
キャッシュメモリを複数の区画に分割し、連続したアドレスに同時にアクセスできるようになる
○キャッシュメモリの割付け方法
・ダイレクトマッピング
メインメモリのブロックをキャッシュメモリの決められてブロックに割付け
メインメモリのアドレスをキャッシュメモリのブロック数で割ったあまりの位置に割付け。アドレス変換は楽だけど、非効率的
・フルアソシアティブ
メインメモリのブロックをキャッシュメモリのどの場所にも割付けられる。効率的だがアドレス変換が複雑
・セットアソシアティブ
ダイレクトマッピングとフルアソシアティブの間
決められたセット内において、どこに割付けても良い
フツーはこれ
【割り込み】
○内部割込み
エラーなどにより、実行中のプログラムにより行われる
・プログラムによる割り込み
オーバーフロー、ゼロによる除算などの実行時エラー
・スーパーバイザコール(システムコール)割り込み
プログラムからOSに入出力処理を依頼したときに発生
・ページフォールト割り込み
メモリに存在しないページにアクセスした時に発生
○外部外部割込み
・入出力割込み
周辺機器との入出力動作が終了した時に発生
・タイマ割り込み
タイマから受ける一定間隔の割り込み。スレッドの交代とか
・機械チェック割り込み
ハードウェアの異常などによって発生
【周辺機器】
○補助記憶装置
・HDDのアクセス時間
シーク(位置決め)時間＋サーチ(回転待ち)時間＋データ転送時間
＝平均位置決め時間＋半回転するのにかかる時間＋読みたいデータ量を読む時間
・磁気テープ(DAT)によるバックアップ
データをレコードに分割し、レコードをブロック化因子に基づいてブロック化
ブロック間にはIBGというスペースを入れて書き込む
○周辺機器とのデータ転送
・DMA(ダイレクトメモリアクセス)
CPUを介さずに周辺機器とメモリで直接データをやりとりする。
周辺機器の転送速度の遅さをCPUに影響させないので処理が速くなる
・チャネル
周辺機器のデータ転送専用のプロセッサのこと。DMAの発展
○周辺機器との接続
・PCI
拡張バスインターフェース
・AGP
ビデオカード専用インターフェース
・IDE
HDDを接続する規格。光学式ドライブを含めATA/ATAPIとして標準化
・SCSI
補助記憶装置やプリンタを接続する規格
・USB
電源を入れたまま抜き差しができ、127台まで接続できる
・セントロニクス
プリンタ接続する規格
・RS-232C
モデム用
・IEEE1394
最大63台まで接続できる高速転送インターフェース
電源を入れたまま抜き差しできる（ホットプラグ）
・IrDA
赤外線通信の規格。通信距離は1m
・Bluetooth
2.5GHzの電波で通信。通信距離は10m
○ALU
CPUの演算子装置
○レジスタ
・命令レジスタ
取り出した命令を記憶
・プログラムカウンタ
次の命令のアドレスを記憶
・ベースレジスタ
プログラムの先頭アドレスを記憶
・指標レジスタ（インデックスレジスタ）
修飾アドレスのときに使う
・汎用レジスタ
なんにでも使える
○アドレス指定方式
・即値方式
・直接アドレス指定方式
・間接アドレス指定方式
アドレス先にアドレスがある
・指標（インデックス）アドレス指定方式
アドレス部＋インデックスレジスタ
・ベースアドレス指定指定
アドレス部＋ベースレジスタ
・相対アドレス指定方式
アドレス部＋プログラムカウンタ
○クロック周波数
・CPI(Cycles Per Instruction)
1命令を実行するのに必要なクロック数
・MIPS(Million Instruction Per Second)
1秒間に何百万回命令が実行されるか
・FLOPS(FLoating-point on Operations Per Second)
1秒間に実行できる浮動少数演算の回数
○CPUの設計
・CISC(Complex Instruction Set Computer)
可変長な複雑な命令を理解できるが高速化できない
・RISC(Reduced Instruction Set Computer)
固定長な命令しか理解できないが、高速化できる
○処理速度の高速化
・パイプライン方式
１つの命令の実行を、(1)命令取り出し、(2)命令解読、(3)オペランド読み出し、(4)実行などの段階に分け、ずらしながら実行する。
分岐があると効果が薄くなる
・スーパーパイプライン方式
パイプライン方式の命令ステージをより細かく分割したもの
・スーパースカラ方式
パイプラインを複数持つ
○マルチプロセッサ
・SISD(Single Instruction Single Data)
1命令で1つのデータを処理する
・SIMD(Single Instruction Multiple Data)
1命令で複数のデータを処理する
・MISD(Multiple Instruction Single Data)
複数命令で1データを処理する
・MIMD(Multiple Instruction Multiple Data)
複数命令で複数データを処理する
【メモリ】
○メモリ配置
・単一区間方式
メモリを１つの区画とし、１つだけロード
・多重区画方式
メモリを一定区画に分割、１区画以上のものはロードできない
・可変区画方式
区画の大きさを変更できるが、断片化（フラグメンテーション））が起こる
○メモリ不足の解消
・オーバーレイ
プログラムを分割し、必要な部分だけロード
・スワッピング
優先度の低いプログラムを補助記憶装置に退避
・仮想記憶
メモリの内容を補助記憶装置に退避
実メモリには仮想メモリのアドレスを入れる。
○仮想記憶
・ページング方式
固定長のページに分割
・セグメント方式
可変長のセグメントに分割
○仮想記憶のページ置き換え方式
・LRU(Least Recentlu Used)
最後に参照されてからの時間が長いものｋら追い出す
・FIFO(First In First Out)
最初に記憶したものから追い出す
・LFU(Least Frequently Used)
参照頻度が最も少ないものから追い出す
○RAM
・RAM(Random Access Memory)
電源を切ると消える、揮発性メモリ
・SRAM(Static RAM)
高速だが高価で、キャッシュメモリに使われている
・DRAM(Dynamic RAM)
低速だが安価で、メインメモリとして使われている
○ROM
・ROM(Read Only Memory)
電源を切っても消えない不揮発性メモリ
・マスクROM
読み出し専用メモリ。BIOSとか家電で
・PROM(Programmable ROM)
書き込み可能なメモリ
・EPROM(Erasable Programmable ROM)
紫外線でデータを消去できるメモリ
・EEPROM(Electrical Erasable Programmable ROM)
電気的にデータを消去できるメモリ。フラッシュメモリはこれ
○メモリの高速化
・ライトスルー方式
書き込みの際にキャッシュメモリとメインメモリの両方に書き込む。
読み込み時のみ高速化
・ライトバック方式
キャッシュメモリにだけ書き込み、キャッシュメモリを追い出す必要が生じた時点でメインメモリに書き込む。
読み書きで高速化され、ライトスルー方式より高速
・メモリインターリーブ
キャッシュメモリを複数の区画に分割し、連続したアドレスに同時にアクセスできるようになる
○キャッシュメモリの割付け方法
・ダイレクトマッピング
メインメモリのブロックをキャッシュメモリの決められてブロックに割付け
メインメモリのアドレスをキャッシュメモリのブロック数で割ったあまりの位置に割付け。アドレス変換は楽だけど、非効率的
・フルアソシアティブ
メインメモリのブロックをキャッシュメモリのどの場所にも割付けられる。効率的だがアドレス変換が複雑
・セットアソシアティブ
ダイレクトマッピングとフルアソシアティブの間
決められたセット内において、どこに割付けても良い
フツーはこれ
【割り込み】
○内部割込み
エラーなどにより、実行中のプログラムにより行われる
・プログラムによる割り込み
オーバーフロー、ゼロによる除算などの実行時エラー
・スーパーバイザコール(システムコール)割り込み
プログラムからOSに入出力処理を依頼したときに発生
・ページフォールト割り込み
メモリに存在しないページにアクセスした時に発生
○外部外部割込み
・入出力割込み
周辺機器との入出力動作が終了した時に発生
・タイマ割り込み
タイマから受ける一定間隔の割り込み。スレッドの交代とか
・機械チェック割り込み
ハードウェアの異常などによって発生
【周辺機器】
○補助記憶装置
・HDDのアクセス時間
シーク(位置決め)時間＋サーチ(回転待ち)時間＋データ転送時間
＝平均位置決め時間＋半回転するのにかかる時間＋読みたいデータ量を読む時間
・磁気テープ(DAT)によるバックアップ
データをレコードに分割し、レコードをブロック化因子に基づいてブロック化
ブロック間にはIBGというスペースを入れて書き込む
○周辺機器とのデータ転送
・DMA(ダイレクトメモリアクセス)
CPUを介さずに周辺機器とメモリで直接データをやりとりする。
周辺機器の転送速度の遅さをCPUに影響させないので処理が速くなる
・チャネル
周辺機器のデータ転送専用のプロセッサのこと。DMAの発展
○周辺機器との接続
・PCI
拡張バスインターフェース
・AGP
ビデオカード専用インターフェース
・IDE
HDDを接続する規格。光学式ドライブを含めATA/ATAPIとして標準化
・SCSI
補助記憶装置やプリンタを接続する規格
・USB
電源を入れたまま抜き差しができ、127台まで接続できる
・セントロニクス
プリンタ接続する規格
・RS-232C
モデム用
・IEEE1394
最大63台まで接続できる高速転送インターフェース
電源を入れたまま抜き差しできる（ホットプラグ）
・IrDA
赤外線通信の規格。通信距離は1m
・Bluetooth
2.5GHzの電波で通信。通信距離は10m
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