高度午前 - コンピューター・システム - コンピュータ
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「[[.NET 開発基盤部会 Wiki>http://dotnetdevelopmentinfras...
-[[戻る>高度午前 - コンピューター・システム]]
*目次 [#r793e3bf]
#contents
*概要 [#kfab23f6]
電気を動力として計算処理を自動で行う計算機、~
即ち電子式汎用計算機（高度：午前Ⅰ、午前Ⅱ）
*詳細 [#a7f66ec8]
**プロセッサ [#ra5a28c7]
***省力電力機能 [#f98f3a6c]
CPUの消費電力は以下で決定される。
-供給する電源電圧
-クロック周波数~
01(オンオフ)の切り替えスピードのこと（回数 / 秒）。
このため、電源・クロックの制御が省電力につながる。
-パワーゲーティング~
電力供給を遮断する。
-クロックゲーティング~
クロックを停止する。
-アンダークロック
--電源・クロックの制御する。
--オーバークロックの逆。
--AMDのPowerNow!などがある。
-マルチコアプロセッサ~
使用しないコアの電力枠を他に割り当てる。
***マルチスレッド [#m0b6a808]
-「CPU処理時間」、「割り込み」などと聞いてくるので注意。
-今風に言うと、「１コア、A, B, Cの３スレッド」などを問う...
-B, Cの割り込みと処理時間を設定しAの処理時間を問うてくる...
***内部・外部割込 [#u18e091b]
色々な割込みがある（仕組みは様々）。
-内部割込~
プログラム内部の割り込み
--プログラム割込~
各種の例外発生
--SVC割込~
システムコール（カーネルモードへ遷移）
-外部割込~
ハード（I/O）による。
--マシン・チェック割込
---ハードウェアの誤動作を検出
---CPUが検出、CPUやソフトウェアが訂正
--入出力割込
---I/O完了ポート的な。
---入出力システムに実装されている。
--タイマ割込
---各種タイマによる割り込み。
---タイマは、カーネル・オブジェクトだが、~
クロックとカウンタから構成されるタメ。
--コンソール割込
---入力デバイスにより割込み。
---Windowシステム（VIQとメッセージ・ループ）
***CPI（Cycles Per Instruction) [#r4a9a4f7]
1 命令の実行に要するクロック数
処理Xが以下の様に構成される場合。
|#|命令|CPI|比率|h
|1|命令 A | a | x % |
|2|命令 B | b | y % |
|3|命令 C | c | z % |
処理Xを n 回実行するときのCPIは、
x cpi = n(a(x/100) + b(y/100) + c(z/100))
x CPIをZHで処理するのにかかる時間（ZHは回 / 秒）
x / ZH = y 秒
となる。
***パイプライン処理 [#s22f00e7]
-マイクロプロセッサ(MPU/CPU)は一度に x 個の命令（のステー...
-命令はy ステージ（デコード部、演算部、レジスタフェッチ部...
-サイクル：1 ステージ, z サイクル で動作を完了する。
などと定義された場合。
必要になるサイクルは
= (x + (y - 1))z
となる。
-MPU/CPUの種類
--命令パイプライン（CPU）~
前述のパイプライン方式
--ソフトウェアパイプライン
---スーパーパイプライン（CPU）~
パイプライン処理の高速化手法の一つで、~
命令のステージ（パイプライン）を~
細分化・多段化する（5段 -> 10 -30段）。
---スーパースカラ（MPU）~
複数のパイプラインをもつため、~
同時に同じ命令を複数実行可能。
--ベクトルプロセッサ
---[[ベクトル演算（SIMD）>#t705f882]]を行えるコンピュータ
---命令をベクトル長に分割して処理を繰り返す。
-参考
--パイプライン処理 - Wikipedia~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%91%E3%82%A4%E3%83%97...
***CISC / RISC [#t53b023d]
-CISC
--命令フォーマットとサイズに決まりがない
--命令デコードはマイクロROM方式
--1命令は複数クロックサイクル処理
-RISC
--パイプライン処理
--固定長命令サイズ
--命令デコードはランダム論理方式
--1命令は単一クロックサイクル処理
-参考
--Wikipedia
---CISC~
https://ja.wikipedia.org/wiki/CISC
---RISC~
https://ja.wikipedia.org/wiki/RISC
***命令セットアーキテクチャ (ISA) [#g689f2d4]
-命令セット~
入出力を含むコンピュータシステムのハードウェア全体の、~
ユーザーから見たソフトウェアインタフェースの定義
--使用できるレジスタの構成
--命令 (コンピュータ)とデータ型
--アドレッシングモード
--メモリマネジメント
--割り込みと例外処理
--さらに（もしあれば）入出力
-命令セットアーキテクチャ (ISA)
--命令セット≒コンピュータ・アーキテクチャ
--コンピュータ・アーキテクチャの実装方法≒マイクロアーキテ...
--マイクロアーキテクチャ上に構築したプログラム的な仕様、...
-参考
--Wikipedia
---命令セット~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%91%BD%E4%BB%A4%E3%82%BB...
---マイクロアーキテクチャ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%A4%E3%82%AF...
---コンピュータ・アーキテクチャ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%94...
***キャッシュとコヒーレンシ [#m03071ae]
-キャッシュ~
CPUのキャッシュは、CPUレジスタとも呼ぶ。
-キャッシュ・コヒーレンシ（一貫性）~
キャッシュと外部メモリ間のデータの整合性をとる事
-キャッシュの種類
--共有キャッシュ
---共有のキャッシュ。
---コヒーレンシ（一貫性）が保たれる。
--専有キャッシュ
---専有のキャッシュ。
---コヒーレンシ（一貫性）が保たれない。
-コヒーレンシを保つ方式
--バススヌーピング（バススヌープ、スヌープキャッシュ）
---各専有キャッシュがデータを更新した場合、ブロードキャス...
---ブロードキャストを受信したら、データを無効化することで...
---大規模化にうまく対応できない
--UMA（Uniform Memory Access）
---共有メモリ型のアーキテクチャでSMP (Symmetric Multi-Pro...
---メモリアクセスコストの均一性を保ったまま大規模SMPシス...
--NUMA（Non-Uniform Memory Access）
---バスを共有するプロセッサ数を抑えることでバスの輻輳を防...
---共有メモリ型で、メモリを共通の物理アドレス空間にマップ...
---同一ノードのローカルメモリ、他ノードのリモートメモリが...
-参考
--Wikipedia
---キャッシュ (コンピュータシステム)~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%A3%E3%83%83...
---キャッシュコヒーレンシ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%A3%E3%83%83...
***フリンの分類 [#t705f882]
-SISD: Single Instruction, Single Data stream
--ノイマン型アーキテクチャに対応する命令にもデータにも並...
--パイプライン処理やスーパースカラ実装による命令の並列実...
-SIMD: Single Instruction, Multiple Data streams
--命令列は1つだが、それを複数のデータストリームに適用する...
--大量のデータに同じ処理を施すときに性能を発揮する。
--画像、音声、動画などを扱うマルチメディア処理で多用され...
-MISD: Multiple Instruction, Single Data stream
--命令列が複数あり、それを1つのデータストリームに適用する...
--あまり一般的ではないが、フォールトトレラント設計の冗長...
-MIMD: Multiple Instruction, Multiple Data streams
--複数のプロセッサが同時並行的にそれぞれ異なるデータを異...
--独立して機能する複数のプロセッサを持ち、共有メモリ型と...
-参考
--Wikipedia
---SISD~
https://ja.wikipedia.org/wiki/SISD
---SISD~
https://ja.wikipedia.org/wiki/SISD
---SISD~
https://ja.wikipedia.org/wiki/SISD
---MIMD~
https://ja.wikipedia.org/wiki/MIMD
***アムダールの法則 [#x689fad8]
計算機の並列度を上げた場合に、全体として期待できる
全体の性能向上の程度を数式として表現したもの。
-E: 高速化率
-n: プロセッサ数
-r: 並列化が可能な処理の割合
E = 1 / (1 - r + (r/n) )
**メモリ [#fce3cba5]
***揮発性メモリ > SRAM / DRAM [#z814d363]
-SRAM
--シンプルかつ高速なアクセスが可能だが、DRAMと比べ[[複雑...
--フリップフロップ等の順序回路を利用し、定期的なリフレッ...
--アクセス動作が無ければ極く僅かな電力のみで記憶を保持で...
フラッシュメモリ一般化以前に、ゲーム機のセーブデータ用に...
-DRAM
--常にリフレッシュ（記憶保持動作）を必要とするダイナミッ...
--リフレッシュが欠点だが、大容量を安価に提供できるという...
-参考
--Wikipedia
---揮発性メモリ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8F%AE%E7%99%BA%E6%80%A7...
---Static Random Access Memory~
https://ja.wikipedia.org/wiki/Static_Random_Access_Memory
---Dynamic Random Access Memory~
https://ja.wikipedia.org/wiki/Dynamic_Random_Access_Memory
***不揮発性メモリ > フラッシュメモリ [#g6bc98ff]
-NAND型とNOR型
--NAND型~
ランダムアクセス読み出しの単位はブロック
---NOR型に比べて書き込みは高速
---NOR型に比べて高集積化に有利
--NOR型~
ランダムアクセス読み出しの単位はバイト
---NAND型に比べて書き込みは低速
---NAND型に比べて高集積化に不利
-１記憶素子に格納可能なデータ~
耐久性能が下がるが、低価格化と大容量化が可能。
--SLC (Single Level Cell):
---1個のメモリセルに1ビットを記憶、
---セルトランジスタのしきい電圧は2段階（消去が1つ、書き込...
--MLC (Multi Level Cell):
---1個のメモリセルに2ビット（2ビット以上）を記憶、
---セルトランジスタのしきい電圧は4段階（消去が1つ、書き込...
--TLC (Triple Level Cell):~
---1個のメモリセルに3ビットを記憶、
---セルトランジスタのしきい電圧は8段階（消去が1つ、書き込...
--QLC (Quadruple Level Cell):~
---1個のメモリセルに4ビットを記憶、
---セルトランジスタのしきい電圧は16段階（消去が1つ、書き...
-フラッシュメモリ以外の不揮発性メモリ
--PROM、EPROM、EEPROM
--FeRAM、MRAM、ReRAM
-参考
--Wikipedia
---不揮発性メモリ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%8D%E6%8F%AE%E7%99%BA...
---フラッシュメモリ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%A9%E3%83%83...
***誤り検出/訂正 [#s2801ef2]
メモリ・ディスクでは、[[ECC>高度午前 - 基礎理論#p2c5b412]...
***キャッシュメモリ [#x0f4664c]
CPUキャッシュ、CPUレジスタ（キャッシュの一般的な概念はキ...
-CPUなど処理装置がデータや命令などの情報を取得/更新する際...
遅延/低帯域を隠蔽し、処理装置と記憶装置の性能差を埋めるた...
-通常は下位レベルの記憶装置より小容量で高速なSRAMを用いて...
-データ格納構造、ライン入替え、[[データ更新方式>#he9c1adc...
-参考
--Wikipedia
---キャッシュメモリ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%A3%E3%83%83...
---L2キャッシュ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/L2%E3%82%AD%E3%83%A3%E3%83%...
---メモリインターリーブ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A1%E3%83%A2%E3%83%AA...
---キャッシュ (コンピュータシステム)~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%A3%E3%83%83...
***データ更新方式 [#he9c1adc]
命令キャッシュはプログラムという静的なデータを扱うのでデ...
データキャッシュはメモリへのライト動作があるためデータ更...
データを下位レベルのメモリに反映するタイミングにより2つの...
-ライトスルー方式 (Write Through Algorithm)~
CPUがメモリ書き込みを行ったら、キャッシュにストアすると同...
--バスの競合や下位レベルの低いスループットに律速されるな...
--単純な構成で実現でき、またデータの[[コヒーレンシ>#m0307...
--出力段にライトバッファを設けることにより、単一CPUであれ...
-ライトバック方式 (Write Back Algorithm)~
CPUがメモリ書き込みを行っても、条件が整わない限りキャッシ...
--ライトスルー方式に対し下位レベルのバスが競合を起こし難...
--マルチCPU構成に向くため、記憶階層の同一レベルに複数のキ...
※ スルーとバックが対になっていないので覚え難い。
***メモリインターリーブ [#zf51a931]
主記憶装置とCPUとの間のデータ転送を高速化する方法の一つ
-主記憶装置を複数のメモリバンクに分割する。
-CPUからのデータ転送要求を同時に複数のメモリバンクに発行...
-それにより、CPUの待ち時間を極小化し、高速化することがで...
-メモリモジュール要件は、通常、各バンクで同じ駆動周波数、...
※ メモリのストライピング的な。
***キャッシュヒット率と平均アクセス時間 [#nff5c097]
-キャッシュ~
容量 a アクセス時間 x ヒット率 r
-主記憶~
容量 b アクセス時間 y ヒット率 (1-r)
-平均アクセス時間
--ヒット率が容量に関係ない場合
xr + y(1-r)
--ヒット率が容量に関係ある場合
axr by(1-r)
--- + ------
a+b a+b
**バス [#o3677bf3]
コンピュータの内外、各回路がデータを交換するための共通の...
-参考
--Wikipedia
---バス (コンピュータ)~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%90%E3%82%B9_(%E3%82%...
---I2C~
https://ja.wikipedia.org/wiki/I2C
***プロトコル（制御） [#ke8b269f]
-バス型トポロジーを採るバスでは、同時に送信を行わないよう...
伝送路へ信号を送り出す権利を調停する調停回路が設けられる...
-調停回路を設けずに使用権を順番に与える方式もあるが、バス...
-調停回路~
--バス・アービター
---バス・アービトレーション（調停）を行い、使用権を取得し...
---１本のバスには、複数のバスマスタ・スレーブを接続できる...
--バスマスタ~
使用権を取得したバスマスタが、バススレーブを制御する。
--バススレーブ
---アドレスを出力して、転送相手の装置とその装置内の転送対...
---バスを使用したデータ転送が終了すると、各信号線の駆動を...
***I2Cバス [#u4dc8d3d]
-フィリップス社で開発されたデバイスを利用するシリアル・バス
-2本の汎用I/Oピン（GPIO）とソフトウェアだけで、ネットワー...
--2本のバス型ネットワーク上に１つのマスタと複数のスレーブ...
---スレーブのデバイスを数珠繋ぎで何台も接続できる。
---スレーブのデバイスにはアドレスがある。
--シンプルで製造コストを抑えることが速度よりも重要とされ...
--組込システム、携帯電話など、低速な周辺機器をマザーボー...
-実際には、デバイスには4本の線を接続する。
--電源~
電圧は最高で +5V までで、よく使われるのは +3.3V だが、他...
---Vdd
---GND
--GPIO~
抵抗でプルアップされた2本の双方向オープン・コレクタ信号線...
---シリアル・データ (SDA)
---シリアル・クロック (SCL)
**入出力デバイス [#bd0495cf]
-参考
--Wikipedia
---センサネットワーク~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5...
---Bluetooth~
https://ja.wikipedia.org/wiki/Bluetooth
---IrDA~
https://ja.wikipedia.org/wiki/IrDA
---ZigBee~
https://ja.wikipedia.org/wiki/ZigBee
***Bluetooth [#m3b90416]
デジタル機器用の近距離無線通信規格の1つ。
-数mから数十m程度の情報機器間で、電波を使い比較的低速度の...
-マウス、キーボードなど周辺機器接続や、携帯電話、スマート...
-Bluetooth Low Energy (Bluetooth LE, BLE)は、Bluetoothの...
***IrDA [#m7456a9d]
赤外線による光無線データ通信を規格化している団体、規格そ...
-通信に必要なインターネットやLANなどの通信規格同様、層に...
-携帯電話に標準的に採用されるようになり、普及していった。
-パソコン用の物では、USBやRS-232Cポートに接続して利用する...
-IrDA機器上からこれら赤外線リモコンの通信を学習しエミュレ...
***ZigBee [#jdaed3af]
センサーネットワークを主目的とする近距離無線通信規格の一...
センサーネットワークは、複数のセンサ付無線端末を空間に散...
それらが協調して環境や物理的状況を採取することを可能とす...
-転送可能距離が短く転送速度も非常に低速
-代わりに、安価で消費電力が少ない
***[[SAN>ストレージ#ub36028f]] [#wffba0b4]
**入出力装置 [#y2b1b8dd]
***ディスプレイ [#g975663e]
-CRTディスプレイ~
電子銃から発射された電子ビームを蛍光体に照射し、~
発光させつつ、偏向コイルで磁気偏向することで図像を表示する
-液晶ディスプレイ
--液晶組成物を利用する平面状で薄型の視覚表示装置。
--それ自体発光しない液晶組成物を利用して光を変調する（カ...
-プラズマ・ディスプレイ
--放電による発光を利用した平面型表示素子の一種。
--平面型表示素子に電圧をかけ、紫外線を発生させ、蛍光体を...
-有機ELディスプレイ
--有機半導体内の励起子により発光し、必要な電圧も数V程度と...
--自ら光る物質を利用しているため、バックライトは不要で薄...
-参考
--Wikipedia
---ディスプレイ_(コンピュータ)~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%87%E3%82%A3%E3%82%B9...
---ブラウン管~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%96%E3%83%A9%E3%82%A6...
---液晶ディスプレイ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B6%B2%E6%99%B6%E3%83%87...
---プラズマディスプレイ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%97%E3%83%A9%E3%82%BA...
---有機エレクトロルミネッセンス~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%89%E6%A9%9F%E3%82%A8...
***シンプロビジョニング [#g84cd80f]
-ストレージ容量を仮想的に割り当てるので、リソースの無駄を...
-実際に利用するストレージ容量が増えたら、都度、ディスクを...
-このとき、「しきい値」を設けて、その値を超えたときに警告...
-ストレージ側のシンプロビジョニング機能を活用できるよう、~
OS側も以下の様な機能を追加で実装してきている。
--SCSI UNMAP : OSで使用していない領域を通知する。
--容量可変ディスク、容量固定ディスク＋動的拡張
終了行:
「[[.NET 開発基盤部会 Wiki>http://dotnetdevelopmentinfras...
-[[戻る>高度午前 - コンピューター・システム]]
*目次 [#r793e3bf]
#contents
*概要 [#kfab23f6]
電気を動力として計算処理を自動で行う計算機、~
即ち電子式汎用計算機（高度：午前Ⅰ、午前Ⅱ）
*詳細 [#a7f66ec8]
**プロセッサ [#ra5a28c7]
***省力電力機能 [#f98f3a6c]
CPUの消費電力は以下で決定される。
-供給する電源電圧
-クロック周波数~
01(オンオフ)の切り替えスピードのこと（回数 / 秒）。
このため、電源・クロックの制御が省電力につながる。
-パワーゲーティング~
電力供給を遮断する。
-クロックゲーティング~
クロックを停止する。
-アンダークロック
--電源・クロックの制御する。
--オーバークロックの逆。
--AMDのPowerNow!などがある。
-マルチコアプロセッサ~
使用しないコアの電力枠を他に割り当てる。
***マルチスレッド [#m0b6a808]
-「CPU処理時間」、「割り込み」などと聞いてくるので注意。
-今風に言うと、「１コア、A, B, Cの３スレッド」などを問う...
-B, Cの割り込みと処理時間を設定しAの処理時間を問うてくる...
***内部・外部割込 [#u18e091b]
色々な割込みがある（仕組みは様々）。
-内部割込~
プログラム内部の割り込み
--プログラム割込~
各種の例外発生
--SVC割込~
システムコール（カーネルモードへ遷移）
-外部割込~
ハード（I/O）による。
--マシン・チェック割込
---ハードウェアの誤動作を検出
---CPUが検出、CPUやソフトウェアが訂正
--入出力割込
---I/O完了ポート的な。
---入出力システムに実装されている。
--タイマ割込
---各種タイマによる割り込み。
---タイマは、カーネル・オブジェクトだが、~
クロックとカウンタから構成されるタメ。
--コンソール割込
---入力デバイスにより割込み。
---Windowシステム（VIQとメッセージ・ループ）
***CPI（Cycles Per Instruction) [#r4a9a4f7]
1 命令の実行に要するクロック数
処理Xが以下の様に構成される場合。
|#|命令|CPI|比率|h
|1|命令 A | a | x % |
|2|命令 B | b | y % |
|3|命令 C | c | z % |
処理Xを n 回実行するときのCPIは、
x cpi = n(a(x/100) + b(y/100) + c(z/100))
x CPIをZHで処理するのにかかる時間（ZHは回 / 秒）
x / ZH = y 秒
となる。
***パイプライン処理 [#s22f00e7]
-マイクロプロセッサ(MPU/CPU)は一度に x 個の命令（のステー...
-命令はy ステージ（デコード部、演算部、レジスタフェッチ部...
-サイクル：1 ステージ, z サイクル で動作を完了する。
などと定義された場合。
必要になるサイクルは
= (x + (y - 1))z
となる。
-MPU/CPUの種類
--命令パイプライン（CPU）~
前述のパイプライン方式
--ソフトウェアパイプライン
---スーパーパイプライン（CPU）~
パイプライン処理の高速化手法の一つで、~
命令のステージ（パイプライン）を~
細分化・多段化する（5段 -> 10 -30段）。
---スーパースカラ（MPU）~
複数のパイプラインをもつため、~
同時に同じ命令を複数実行可能。
--ベクトルプロセッサ
---[[ベクトル演算（SIMD）>#t705f882]]を行えるコンピュータ
---命令をベクトル長に分割して処理を繰り返す。
-参考
--パイプライン処理 - Wikipedia~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%91%E3%82%A4%E3%83%97...
***CISC / RISC [#t53b023d]
-CISC
--命令フォーマットとサイズに決まりがない
--命令デコードはマイクロROM方式
--1命令は複数クロックサイクル処理
-RISC
--パイプライン処理
--固定長命令サイズ
--命令デコードはランダム論理方式
--1命令は単一クロックサイクル処理
-参考
--Wikipedia
---CISC~
https://ja.wikipedia.org/wiki/CISC
---RISC~
https://ja.wikipedia.org/wiki/RISC
***命令セットアーキテクチャ (ISA) [#g689f2d4]
-命令セット~
入出力を含むコンピュータシステムのハードウェア全体の、~
ユーザーから見たソフトウェアインタフェースの定義
--使用できるレジスタの構成
--命令 (コンピュータ)とデータ型
--アドレッシングモード
--メモリマネジメント
--割り込みと例外処理
--さらに（もしあれば）入出力
-命令セットアーキテクチャ (ISA)
--命令セット≒コンピュータ・アーキテクチャ
--コンピュータ・アーキテクチャの実装方法≒マイクロアーキテ...
--マイクロアーキテクチャ上に構築したプログラム的な仕様、...
-参考
--Wikipedia
---命令セット~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%91%BD%E4%BB%A4%E3%82%BB...
---マイクロアーキテクチャ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%A4%E3%82%AF...
---コンピュータ・アーキテクチャ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%94...
***キャッシュとコヒーレンシ [#m03071ae]
-キャッシュ~
CPUのキャッシュは、CPUレジスタとも呼ぶ。
-キャッシュ・コヒーレンシ（一貫性）~
キャッシュと外部メモリ間のデータの整合性をとる事
-キャッシュの種類
--共有キャッシュ
---共有のキャッシュ。
---コヒーレンシ（一貫性）が保たれる。
--専有キャッシュ
---専有のキャッシュ。
---コヒーレンシ（一貫性）が保たれない。
-コヒーレンシを保つ方式
--バススヌーピング（バススヌープ、スヌープキャッシュ）
---各専有キャッシュがデータを更新した場合、ブロードキャス...
---ブロードキャストを受信したら、データを無効化することで...
---大規模化にうまく対応できない
--UMA（Uniform Memory Access）
---共有メモリ型のアーキテクチャでSMP (Symmetric Multi-Pro...
---メモリアクセスコストの均一性を保ったまま大規模SMPシス...
--NUMA（Non-Uniform Memory Access）
---バスを共有するプロセッサ数を抑えることでバスの輻輳を防...
---共有メモリ型で、メモリを共通の物理アドレス空間にマップ...
---同一ノードのローカルメモリ、他ノードのリモートメモリが...
-参考
--Wikipedia
---キャッシュ (コンピュータシステム)~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%A3%E3%83%83...
---キャッシュコヒーレンシ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%A3%E3%83%83...
***フリンの分類 [#t705f882]
-SISD: Single Instruction, Single Data stream
--ノイマン型アーキテクチャに対応する命令にもデータにも並...
--パイプライン処理やスーパースカラ実装による命令の並列実...
-SIMD: Single Instruction, Multiple Data streams
--命令列は1つだが、それを複数のデータストリームに適用する...
--大量のデータに同じ処理を施すときに性能を発揮する。
--画像、音声、動画などを扱うマルチメディア処理で多用され...
-MISD: Multiple Instruction, Single Data stream
--命令列が複数あり、それを1つのデータストリームに適用する...
--あまり一般的ではないが、フォールトトレラント設計の冗長...
-MIMD: Multiple Instruction, Multiple Data streams
--複数のプロセッサが同時並行的にそれぞれ異なるデータを異...
--独立して機能する複数のプロセッサを持ち、共有メモリ型と...
-参考
--Wikipedia
---SISD~
https://ja.wikipedia.org/wiki/SISD
---SISD~
https://ja.wikipedia.org/wiki/SISD
---SISD~
https://ja.wikipedia.org/wiki/SISD
---MIMD~
https://ja.wikipedia.org/wiki/MIMD
***アムダールの法則 [#x689fad8]
計算機の並列度を上げた場合に、全体として期待できる
全体の性能向上の程度を数式として表現したもの。
-E: 高速化率
-n: プロセッサ数
-r: 並列化が可能な処理の割合
E = 1 / (1 - r + (r/n) )
**メモリ [#fce3cba5]
***揮発性メモリ > SRAM / DRAM [#z814d363]
-SRAM
--シンプルかつ高速なアクセスが可能だが、DRAMと比べ[[複雑...
--フリップフロップ等の順序回路を利用し、定期的なリフレッ...
--アクセス動作が無ければ極く僅かな電力のみで記憶を保持で...
フラッシュメモリ一般化以前に、ゲーム機のセーブデータ用に...
-DRAM
--常にリフレッシュ（記憶保持動作）を必要とするダイナミッ...
--リフレッシュが欠点だが、大容量を安価に提供できるという...
-参考
--Wikipedia
---揮発性メモリ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8F%AE%E7%99%BA%E6%80%A7...
---Static Random Access Memory~
https://ja.wikipedia.org/wiki/Static_Random_Access_Memory
---Dynamic Random Access Memory~
https://ja.wikipedia.org/wiki/Dynamic_Random_Access_Memory
***不揮発性メモリ > フラッシュメモリ [#g6bc98ff]
-NAND型とNOR型
--NAND型~
ランダムアクセス読み出しの単位はブロック
---NOR型に比べて書き込みは高速
---NOR型に比べて高集積化に有利
--NOR型~
ランダムアクセス読み出しの単位はバイト
---NAND型に比べて書き込みは低速
---NAND型に比べて高集積化に不利
-１記憶素子に格納可能なデータ~
耐久性能が下がるが、低価格化と大容量化が可能。
--SLC (Single Level Cell):
---1個のメモリセルに1ビットを記憶、
---セルトランジスタのしきい電圧は2段階（消去が1つ、書き込...
--MLC (Multi Level Cell):
---1個のメモリセルに2ビット（2ビット以上）を記憶、
---セルトランジスタのしきい電圧は4段階（消去が1つ、書き込...
--TLC (Triple Level Cell):~
---1個のメモリセルに3ビットを記憶、
---セルトランジスタのしきい電圧は8段階（消去が1つ、書き込...
--QLC (Quadruple Level Cell):~
---1個のメモリセルに4ビットを記憶、
---セルトランジスタのしきい電圧は16段階（消去が1つ、書き...
-フラッシュメモリ以外の不揮発性メモリ
--PROM、EPROM、EEPROM
--FeRAM、MRAM、ReRAM
-参考
--Wikipedia
---不揮発性メモリ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%8D%E6%8F%AE%E7%99%BA...
---フラッシュメモリ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%A9%E3%83%83...
***誤り検出/訂正 [#s2801ef2]
メモリ・ディスクでは、[[ECC>高度午前 - 基礎理論#p2c5b412]...
***キャッシュメモリ [#x0f4664c]
CPUキャッシュ、CPUレジスタ（キャッシュの一般的な概念はキ...
-CPUなど処理装置がデータや命令などの情報を取得/更新する際...
遅延/低帯域を隠蔽し、処理装置と記憶装置の性能差を埋めるた...
-通常は下位レベルの記憶装置より小容量で高速なSRAMを用いて...
-データ格納構造、ライン入替え、[[データ更新方式>#he9c1adc...
-参考
--Wikipedia
---キャッシュメモリ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%A3%E3%83%83...
---L2キャッシュ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/L2%E3%82%AD%E3%83%A3%E3%83%...
---メモリインターリーブ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A1%E3%83%A2%E3%83%AA...
---キャッシュ (コンピュータシステム)~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%A3%E3%83%83...
***データ更新方式 [#he9c1adc]
命令キャッシュはプログラムという静的なデータを扱うのでデ...
データキャッシュはメモリへのライト動作があるためデータ更...
データを下位レベルのメモリに反映するタイミングにより2つの...
-ライトスルー方式 (Write Through Algorithm)~
CPUがメモリ書き込みを行ったら、キャッシュにストアすると同...
--バスの競合や下位レベルの低いスループットに律速されるな...
--単純な構成で実現でき、またデータの[[コヒーレンシ>#m0307...
--出力段にライトバッファを設けることにより、単一CPUであれ...
-ライトバック方式 (Write Back Algorithm)~
CPUがメモリ書き込みを行っても、条件が整わない限りキャッシ...
--ライトスルー方式に対し下位レベルのバスが競合を起こし難...
--マルチCPU構成に向くため、記憶階層の同一レベルに複数のキ...
※ スルーとバックが対になっていないので覚え難い。
***メモリインターリーブ [#zf51a931]
主記憶装置とCPUとの間のデータ転送を高速化する方法の一つ
-主記憶装置を複数のメモリバンクに分割する。
-CPUからのデータ転送要求を同時に複数のメモリバンクに発行...
-それにより、CPUの待ち時間を極小化し、高速化することがで...
-メモリモジュール要件は、通常、各バンクで同じ駆動周波数、...
※ メモリのストライピング的な。
***キャッシュヒット率と平均アクセス時間 [#nff5c097]
-キャッシュ~
容量 a アクセス時間 x ヒット率 r
-主記憶~
容量 b アクセス時間 y ヒット率 (1-r)
-平均アクセス時間
--ヒット率が容量に関係ない場合
xr + y(1-r)
--ヒット率が容量に関係ある場合
axr by(1-r)
--- + ------
a+b a+b
**バス [#o3677bf3]
コンピュータの内外、各回路がデータを交換するための共通の...
-参考
--Wikipedia
---バス (コンピュータ)~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%90%E3%82%B9_(%E3%82%...
---I2C~
https://ja.wikipedia.org/wiki/I2C
***プロトコル（制御） [#ke8b269f]
-バス型トポロジーを採るバスでは、同時に送信を行わないよう...
伝送路へ信号を送り出す権利を調停する調停回路が設けられる...
-調停回路を設けずに使用権を順番に与える方式もあるが、バス...
-調停回路~
--バス・アービター
---バス・アービトレーション（調停）を行い、使用権を取得し...
---１本のバスには、複数のバスマスタ・スレーブを接続できる...
--バスマスタ~
使用権を取得したバスマスタが、バススレーブを制御する。
--バススレーブ
---アドレスを出力して、転送相手の装置とその装置内の転送対...
---バスを使用したデータ転送が終了すると、各信号線の駆動を...
***I2Cバス [#u4dc8d3d]
-フィリップス社で開発されたデバイスを利用するシリアル・バス
-2本の汎用I/Oピン（GPIO）とソフトウェアだけで、ネットワー...
--2本のバス型ネットワーク上に１つのマスタと複数のスレーブ...
---スレーブのデバイスを数珠繋ぎで何台も接続できる。
---スレーブのデバイスにはアドレスがある。
--シンプルで製造コストを抑えることが速度よりも重要とされ...
--組込システム、携帯電話など、低速な周辺機器をマザーボー...
-実際には、デバイスには4本の線を接続する。
--電源~
電圧は最高で +5V までで、よく使われるのは +3.3V だが、他...
---Vdd
---GND
--GPIO~
抵抗でプルアップされた2本の双方向オープン・コレクタ信号線...
---シリアル・データ (SDA)
---シリアル・クロック (SCL)
**入出力デバイス [#bd0495cf]
-参考
--Wikipedia
---センサネットワーク~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5...
---Bluetooth~
https://ja.wikipedia.org/wiki/Bluetooth
---IrDA~
https://ja.wikipedia.org/wiki/IrDA
---ZigBee~
https://ja.wikipedia.org/wiki/ZigBee
***Bluetooth [#m3b90416]
デジタル機器用の近距離無線通信規格の1つ。
-数mから数十m程度の情報機器間で、電波を使い比較的低速度の...
-マウス、キーボードなど周辺機器接続や、携帯電話、スマート...
-Bluetooth Low Energy (Bluetooth LE, BLE)は、Bluetoothの...
***IrDA [#m7456a9d]
赤外線による光無線データ通信を規格化している団体、規格そ...
-通信に必要なインターネットやLANなどの通信規格同様、層に...
-携帯電話に標準的に採用されるようになり、普及していった。
-パソコン用の物では、USBやRS-232Cポートに接続して利用する...
-IrDA機器上からこれら赤外線リモコンの通信を学習しエミュレ...
***ZigBee [#jdaed3af]
センサーネットワークを主目的とする近距離無線通信規格の一...
センサーネットワークは、複数のセンサ付無線端末を空間に散...
それらが協調して環境や物理的状況を採取することを可能とす...
-転送可能距離が短く転送速度も非常に低速
-代わりに、安価で消費電力が少ない
***[[SAN>ストレージ#ub36028f]] [#wffba0b4]
**入出力装置 [#y2b1b8dd]
***ディスプレイ [#g975663e]
-CRTディスプレイ~
電子銃から発射された電子ビームを蛍光体に照射し、~
発光させつつ、偏向コイルで磁気偏向することで図像を表示する
-液晶ディスプレイ
--液晶組成物を利用する平面状で薄型の視覚表示装置。
--それ自体発光しない液晶組成物を利用して光を変調する（カ...
-プラズマ・ディスプレイ
--放電による発光を利用した平面型表示素子の一種。
--平面型表示素子に電圧をかけ、紫外線を発生させ、蛍光体を...
-有機ELディスプレイ
--有機半導体内の励起子により発光し、必要な電圧も数V程度と...
--自ら光る物質を利用しているため、バックライトは不要で薄...
-参考
--Wikipedia
---ディスプレイ_(コンピュータ)~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%87%E3%82%A3%E3%82%B9...
---ブラウン管~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%96%E3%83%A9%E3%82%A6...
---液晶ディスプレイ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B6%B2%E6%99%B6%E3%83%87...
---プラズマディスプレイ~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%97%E3%83%A9%E3%82%BA...
---有機エレクトロルミネッセンス~
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%89%E6%A9%9F%E3%82%A8...
***シンプロビジョニング [#g84cd80f]
-ストレージ容量を仮想的に割り当てるので、リソースの無駄を...
-実際に利用するストレージ容量が増えたら、都度、ディスクを...
-このとき、「しきい値」を設けて、その値を超えたときに警告...
-ストレージ側のシンプロビジョニング機能を活用できるよう、~
OS側も以下の様な機能を追加で実装してきている。
--SCSI UNMAP : OSで使用していない領域を通知する。
--容量可変ディスク、容量固定ディスク＋動的拡張
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