プロセッサのレジスタと高速化技術

要点と定義

プロセッサ内のレジスタは、命令の実行に必要な情報を一時的に保持する。プログラムカウンタは次に読み出す命令のアドレスを示し、命令レジスタは読み出した命令を保持する。汎用レジスタは演算データなどに使われる。スタックポインタはスタック上の位置を示すレジスタであり、スタックはサブルーチン呼出しなどで戻り先アドレスやレジスタ内容を一時保存する領域として使われる。パワーゲーティングは、動作していない回路ブロックへの電源供給を遮断して消費電力を抑える技術である。

適用条件と例

SoCは、コンピュータシステムを構成する機能を一つのチップに集積したものを指す。VLIWではコンパイル時に並列実行可能な動作を複合命令にまとめる一方、スーパースカラでは実行時に複数命令を複数の演算器へ振り分ける。パイプラインでは、命令やデータの処理段階を分け、異なるデータの処理を重ねて進める。定常状態で各段階を並行できる場合、処理間隔は最も時間のかかる段階によって決まる。

プログラムカウンタは命令の実行順序を管理し、次に読み出す命令のアドレスを保持する。この役割により、命令の読出し先を示すレジスタと、命令や演算データを保持するレジスタを区別できる。

パワーゲーティングは、動作していない回路ブロックへの電源供給を遮断して消費電力を抑える。電源を止める技術であることが、この用語を識別する原理となる。

SoCは、コンピュータシステムを構成する機能を一つのチップに集積したものを指す。この節では、チップへの機能集積を示す適用例として扱う。

VLIWは、コンパイル時に並列実行可能な複数の動作を一つの長い複合命令にまとめる方式である。並列化を命令の構成に反映する点が識別の要点となる。

スーパースカラは、並列実行可能な複数の命令を複数の演算器に振り分けて並列実行する方式である。複数の命令を実行時に演算器へ割り当てることが要点となる。

パイプラインでは処理段階を重ねて進めるため、各段階を並行できる定常状態の処理間隔は、通常、最も時間のかかる段階に制約される。具体的な段階時間や処理件数はこの原理の説明に必要ない。

プログラムカウンタは次に読み出す命令のアドレスを保持する。命令の実行順序を管理するレジスタとして、読み出した命令を保持する命令レジスタと区別される。

スタックポインタはスタック上の位置を示すレジスタである。スタック領域にはサブルーチン呼出し時の戻り先アドレスやレジスタ内容などが保存されることがあり、ポインタの役割と保存対象を区別する。