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    CPUから見たデジタルメディアプレーヤー

    携帯電話、PDA・スマートフォン、デジタルメディアプレーヤー、セットトップボックス、携帯型と据え置き型の家庭用コンシューマーゲーム機、デジタルカメラや薄型テレビなどの高性能情報家電、ネットワーク機器や大規模なシステム制御といった組み込みシステムで比較的性能が要求される装置、比較的大きなデータを扱う必要のある電子装置に用いられており、狭義のCPUと呼ばれるものの主要な使用例である。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見た携帯電話

    携帯電話、PDA・スマートフォン、デジタルメディアプレーヤー、セットトップボックス、携帯型と据え置き型の家庭用コンシューマーゲーム機、デジタルカメラや薄型テレビなどの高性能情報家電、ネットワーク機器や大規模なシステム制御といった組み込みシステムで比較的性能が要求される装置、比較的大きなデータを扱う必要のある電子装置に用いられており、狭義のCPUと呼ばれるものの主要な使用例である。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たPDP-11

    同じ1964年、DECも、「PDP-8」という後世に影響を与えたミニコンピュータを、科学分野や研究分野に向けてリリースした。DECは、後にさらに広く使われることとなる「PDP-11シリーズ」を発表したが、このシリーズは、後に集積回路(IC)が使えるようになると、それを使ったバージョンも製造されている。トランジスタを使ったCPUでは、新たな設計上の工夫をする余裕が生じ、SIMDやベクトル計算機と呼ばれるものが出現した。そのような初期の実験的設計は、後にクレイ社の製造したスーパーコンピュータのベースとなっている。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たENIAC

    現代のCPUのような装置が出てくる以前、ENIACのような計算機は、実行する処理の内容を変える度に物理的に配線を変更していた。このような機械では、プログラムを変更するために物理的に再構成する必要がある(たとえばENIACなどではパッチパネルが使われた)ことから「プログラム固定計算機」と呼ばれることがある(なお、ENIACは非常に限られた機能と性能になるが、ある程度はプログラム内蔵方式的な動作もできた)。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たノイマン型

    CPUは、一般にソフトウェア(プログラム)を実行する装置として定義されるため、CPUと呼べる最初の装置はプログラム内蔵方式のコンピュータからである。プログラム内蔵方式の考え方は、ENIACの設計時にすでに存在していたが、マシンの完成を早期に可能とするため、ENIACの初期段階で採用されなかった。ENIACが完成する以前の1945年6月30日、数学者のジョン・フォン・ノイマンの名で、First Draft of a Report on the EDVAC という報告書が公開・配布された。この中で、プログラム内蔵方式のコンピュータの設計について概説されている(アイディアの元はENIACのプロジェクト中に検討されたもので、ノイマンは助言役として加わり、報告書の執筆者はノイマンである。報告書の著者がノイマンだけとされたことやアイディアを誰の功績とみるかについては諸説ある)。この報告書はEDSACなどに影響を与えた。EDVACは1949年8月に一応の完成を見、アバディーンに移された(モークリーとエッカートの離脱(理由については諸説)などがありごたついた。運用に入ったのは1951年)。EDVACは様々な命令の集まりを実行するよう設計されていた。命令を組み合わせることで実用的なプログラムを構成し、EDVACで動作させることができたのである。殊にEDVACではプログラムは高速なメモリに格納されており、物理的に配線を変更することで指定されるものではない点が重要である。ノイマン型の設計では、EDVACで動作させるプログラムを変更するにはメモリを書き換えればよかったのである(ノイマン型はプログラム内蔵だけでなく、プログラムがデータとして書き換え可能である点まで含む点に注意)。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見た周辺機器

    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。人間に例えると脳に相当する部分である。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たPDP-8

    同じ1964年、DECも、「PDP-8」という後世に影響を与えたミニコンピュータを、科学分野や研究分野に向けてリリースした。DECは、後にさらに広く使われることとなる「PDP-11シリーズ」を発表したが、このシリーズは、後に集積回路(IC)が使えるようになると、それを使ったバージョンも製造されている。トランジスタを使ったCPUでは、新たな設計上の工夫をする余裕が生じ、SIMDやベクトル計算機と呼ばれるものが出現した。そのような初期の実験的設計は、後にクレイ社の製造したスーパーコンピュータのベースとなっている。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たフラッシュメモリ

    このMCUはCPUに加えてプログラム格納用を含む半導体メモリやGPIOとシリアルIO、DAC/ADCといった各種入出力機能にタイマーやDMACにクロック回路、必要に応じてDSPやフラッシュメモリなどの周辺回路を1つのパッケージに内蔵して、主に小型の組込み機器の制御に使用される。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たプリント基板

    CPUの設計と複雑さの進化は、さらに小型で信頼性の高い電子部品を使うことで達成された。その最初の進化は、新たに発明され急激に性能の向上したトランジスタの利用である。これによって、1950年代から1960年代には、かさばって信頼性の低い真空管やリレーは使われなくなり、トランジスタ製CPUが主流となった。この改善によってさらに複雑で信頼性のあるCPUを一枚から数枚のプリント基板で構成できるようになったのである。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たMIPSアーキテクチャ

    また、クロック信号そのものを無くしてしまう方法もある。クロック信号を使用しないと、回路の設計は非常に難しくなるがクロックを無くした非同期設計は消費電力と発熱の面で大きな利点がある。この技術はあまり一般的ではないが、クロックを無くしたCPUも存在する。たとえば、ARMアーキテクチャ互換のAMULETとMIPSのR3000 互換の MiniMIPS がある。大多数のCPUでは、クロックを完全に無くするのではなく部分的に非同期化することで性能を高める工夫を行なっている。例えば、非同期演算装置を使ってスーパースカラーのパイプラインを構成することで演算性能を上げようとした設計などがある。全体を非同期化したときに、同期動作するCPUに比較して性能が向上するかどうかは定かではないが、少なくとも原理的には効果が期待できる。CPU フレッシュアイペディアより)

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