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    CPUから見たManchester Mark I

    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から見たゲーム機

    パーソナルコンピュータ(PC)、ネットワーク・サーバ、ワークステーション、HPC、ハイエンドのルータ、高性能ゲーム機など、大量のデータを処理する用途で使われている。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たスーパースカラ

    CPUの構造は1949年に世界最初のストアードプログラム方式コンピュータであるEDSACが発表された時点で、すでに基本的原理が確立している。CPUの発達は、プロセス技術の微細化による高速化、パイプライン並列化(命令パイプライン、演算パイプライン)、命令並列化(スーパースカラ、VLIW)、データ並列化(SIMD演算)、CPUコア並列化、スレッド並列化(同時マルチスレッディング)などに支えられている。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たジョセフソンコンピュータ

    ムーアの法則は未だに現実でのコンピュータの性能に近似し続けているが、従来型コンピュータの処理性能の向上余地に限界が近づきつつあることが懸念されている。これまで同様に電子回路を縮小し続けてきたが、光学的な手法で電子回路を焼き付けるには紫外線からやがてはX線に移行する必要があり、この光学的問題以前に、すでに21世紀に入ってからの市販製品でも量子論的効果が現れはじめており、エレクトロマイグレーションやリーク電流のような問題が大きくなっているためである。さらなる高性能化のために、並列コンピューティングなどの手法によるノイマン型での高性能化、ジョセフソンコンピュータなど量子技術の採用、非ノイマン型化、この半世紀のコンピュータを支えた電子技術から、新たな物理現象に途を求める光コンピューティング、量子コンピュータや分子コンピュータのような新たな原理に基づくコンピュータ、などが研究されている。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たFPU

    その他 浮動小数点演算を行うFPU(浮動小数点演算ユニット)、レジスタより多くの情報を一時記憶するキャッシュメモリ、DMAコントローラ、タイマー、シリアルインターフェースなどの機能をCPUと同一IC内にもつものもある。また、メモリから読み込んだ命令語を内部的なオペレーションに置き換える変換部を持つものもある。CPU フレッシュアイペディアより)

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    CPUから見たパッケージ (電子部品)

    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から見た情報家電

    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R3000

    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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    CPUから見たビット

    21世紀現在のコンピュータはすべて2進数によって演算しており、1ビットが2進数の1桁を意味している。CPUが内部演算回路やデータパスで扱うビット数を「ビット幅」あるいは「データパス幅」と呼んで、4、8、16、32、64ビットと4種ほどある幅の違いからCPUの性能や使用分野が大別される。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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