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    CPUから見たビット

    21世紀現在のコンピュータは、ほぼ全てが「二値論理」方式であり、そのうちの全てではないがかなり多くが、二値論理に数の表現法として二進法をマッピングして演算などを行っているが、メインフレームや、電卓用に特別に設計されたマイコンなどには、広義の二進化十進表現に含まれるような方式でハードウェアによって直接に十進の計算を行う機能が強化されているものもある。1ビットが二進法の1桁である。ビット数を「ビット幅」などとも呼ぶ。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たACOS-6

    上記の分類に当てはまらないものとして、過去には、互いに結合し自由にビット長を増やす事ができる方式のCPUがあり、これはビットスライスプロセッサと呼ばれた。代表的な製品にAMDのAM2900シリーズなどが挙げられる。AM2901は、スイス連邦工科大学のLilithワークステーション等に使用されていた。またデータをバイト単位で扱うCPU(バイトマシン)の他、ワード単位で扱うCPU(ワードマシン)もある(日本電気のACOS-6など)。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見た解析機関

    結果としてノイマン型で先に完成したのは、EDSAC(1949年)やManchester Mark Iの試作機 Baby (1948年)である。EDVACは先に設計が始まっているが、設計者間のごたごたがあって完成が遅れた。また、アイデアレベルではZuse Z3を1941年に開発しているコンラッド・ツーゼもそれ以前にプログラム内蔵方式(書き換えでない点に注意)を考案していた(1936年に特許申請しているが、アメリカに出願した際にチャールズ・バベッジの解析機関との類似を指摘され、特許は成立していない。ツーゼはこのときまでバベッジの業績を知らなかったと思われる。なおZ3は1998年にチューリング完全であったことが示されている)。データとプログラムを同じ記憶装置に格納するかどうかという点が異なる方式として、ハーバード・アーキテクチャがある。これはEDVAC以前に完成したHarvard Mark Iに由来する。同機ではさん孔テープにプログラムを格納した。ノイマン型とハーバード型の大きな違いは、後者が命令とデータの格納場所と扱いを完全に分離していることであり、前者はどちらも同じ記憶領域に格納する。汎用CPUは基本的にノイマン型であるが、ハーバード・アーキテクチャも部分的に採用されている(キャッシュメモリなど)。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見た継電器

    デジタル機器としてのCPUは、状態を変更したり表現したりするために、何らかのスイッチを必要とする。電気機械式から電子式への移行期には、リレーや真空管がスイッチとして使われた。これらは、従来の完全な機械式よりも高速にスイッチを切り替えられたが、チャタリングをはじめ、コイル(インダクタ)によって発生する高電圧などの問題があった。一方、真空管はチャタリングは起こさないが、機能するには熱が必要であり、劣化により動作中にカソードの電子放射能力が減退(エミッション減退)して動作不能になってしまう。真空管が劣化・故障したら、故障した部位を特定して交換しなければならない。したがって、初期の電子計算機は高速化は実現したものの、電気機械式計算機よりも信頼性が低かった。EDVACのような真空管計算機は故障と故障の間の平均時間(MTBF = Mean Time Between Failure)は約 8 時間であったが、Harvard Mark Iのようなリレー式計算機はほとんど故障しなかった。しかし、信頼性よりも性能が重視され、真空管式計算機が主流となっていった。当時の同期式CPUのクロック周波数は現在のCPUに比較すると非常に遅く、100kHz〜4MHz程度であった。これは、当時の論理素子(真空管)のスイッチング速度によって限界が定められていたのである。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たCMOS

    1970年代中頃に登場したマイクロプロセッサにより、CPUなどに使われるプロセッサは1チップの大規模集積回路(LSI IC)に集積されるようになった。当初は当時の微細化の限界から4ビットや8ビットのプロセッサであったが、1980年代には16ビットや32ビットで、それに加えプロセス保護などメインフレームに追いつくような機能を持つものや、周辺機能やメモリ等を集積した、いわゆるワンチップマイコンなども多数現れた。もうひとつの特色はMOS(特に1980年代後半からは、CMOS)であることである。原理上、消費電力は抑えられるが、当初は遅かったことから、電卓など消費電力が重要で速度が重要でない分野から広まったが、微細化が進めば進むほど静電容量が減り高速化できるという特長があり(デナード則)、動作周波数は当初の1MHz程度から、2010年代には数GHzまで上がっている。微細化は、より多くのゲートを載せることができる、ということでもあり、より複雑で高性能なプロセッサが作られるようにもなった(ただし近年は、性能向上以上に複雑化が進む傾向である(ポラックの法則))。微細化による集積度の向上の傾向はムーアの法則により定性的にモデル化されている。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たオフィススイート

    2012年現在、市販されているPCは64ビットCPUがほとんどであるが、ネットアクセスやオフィススイートなどの用途では64ビットアプリケーションにしてもパフォーマンスはそれほど向上せず、PC上での多くのアプリケーションソフトウェアがいまだに32ビット製品のままである。ただし、巨大な画像処理や動画編集など大量のデータを処理する用途では巨大なメモリを割り当てることができる64ビットアプリケーションのメリットは大きく、これらの応用ソフトウェアの64ビット化が進んでいる。サーバでは大きな主記憶容量が求められたため、1990年代からCPUとOSの64ビット化が進められたが、2010年代には事務や家庭で使われる普通のPCでも4GB以上のRAMを使用できる64ビットのOSが普及しつつある。オフィススイート、例えばMicrosoft Officeにも64ビット版が用意されているが、このような用途には64ビットのメリットが少ないうえ32ビット版のアドオンが使用できなくなるため、普及は進んでいない。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たディスプレイ (コンピュータ)

    CPUは記憶装置上にあるプログラムと呼ばれる命令列を順に読み込んで解釈・実行することで情報の加工を行う。CPUはコンピュータ内での演算を行なう中心であり、CPUは通常はバスと呼ばれる信号線を介して主記憶装置や入出力回路に接続され、何段階かの入出力回路を介して補助記憶装置や表示装置、通信装置などの周辺機器が接続され、データやプログラムなど情報のやりとりを行う。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たGraphics Processing Unit

    CPU(Central Processing Unit)という用語は、コンピュータシステムにおいて中心的なプロセッサユニット、というような意味である(以前はプロセッサユニットとしてはCPUのみがある、というコンピュータがもっぱらであったので、ほぼ同義語という面があったが、近年はGPUなど他にも多数のプロセッサがある場合も一般的になっている)。マイクロプロセッサについては(メーカーによる用語の違いという面もあるが)「MPU」(Micro Processing Unit)という語もある。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たデジタル

    デジタル機器としてのCPUは、状態を変更したり表現したりするために、何らかのスイッチを必要とする。電気機械式から電子式への移行期には、リレーや真空管がスイッチとして使われた。これらは、従来の完全な機械式よりも高速にスイッチを切り替えられたが、チャタリングをはじめ、コイル(インダクタ)によって発生する高電圧などの問題があった。一方、真空管はチャタリングは起こさないが、機能するには熱が必要であり、劣化により動作中にカソードの電子放射能力が減退(エミッション減退)して動作不能になってしまう。真空管が劣化・故障したら、故障した部位を特定して交換しなければならない。したがって、初期の電子計算機は高速化は実現したものの、電気機械式計算機よりも信頼性が低かった。EDVACのような真空管計算機は故障と故障の間の平均時間(MTBF = Mean Time Between Failure)は約 8 時間であったが、Harvard Mark Iのようなリレー式計算機はほとんど故障しなかった。しかし、信頼性よりも性能が重視され、真空管式計算機が主流となっていった。当時の同期式CPUのクロック周波数は現在のCPUに比較すると非常に遅く、100kHz〜4MHz程度であった。これは、当時の論理素子(真空管)のスイッチング速度によって限界が定められていたのである。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たLilith

    上記の分類に当てはまらないものとして、過去には、互いに結合し自由にビット長を増やす事ができる方式のCPUがあり、これはビットスライスプロセッサと呼ばれた。代表的な製品にAMDのAM2900シリーズなどが挙げられる。AM2901は、スイス連邦工科大学のLilithワークステーション等に使用されていた。またデータをバイト単位で扱うCPU(バイトマシン)の他、ワード単位で扱うCPU(ワードマシン)もある(日本電気のACOS-6など)。CPU フレッシュアイペディアより)

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