【応用情報技術者】コンピュータ構成要素の用語メモ

【応用情報技術者】コンピュータ構成要素の用語メモ

CPI(Cycles Per Instruction)

CPI(Cycles Per Instruction)は、CPUが1つの命令を実行するのに必要となる平均クロック数を表します。たとえば、100HzのCPUで1秒間に100回の命令を実行したのなら、CPIは1ということになります。

CPUにおける投機実行

• 分岐命令の分岐先が決まる前に，あらかじめ予測した分岐先の命令の実行を開始する。

DisplayPort

• 映像と音声をパケット化して，シリアル伝送できる。

DMA(Direct Memory Access)

DMA(Direct Memory Access)は、コンピュータと周辺機器とデータのやり取りを制御する伝送路のことで、Direct Memory Accessの名の通り、入出力装置がCPUを介さずにメモリとの間で直接データを転送する方式です。

• 専用の制御回路が入出力装置や主記憶などの間のデータ転送を行う方式である。
• メモリと入出力装置との間，又はメモリとメモリとの間でのデータ交換を，MPUを介さずに行う。
• CPUを介さずに入出力装置と主記憶装置の間のデータ転送が行われる。

GPU

GPU(Graphics Processing Unit)は、コンピュータにおいて画像処理を専門に担当するハードウェア部品です。動画再生や3DCGのレンダリングなどの定型的かつ大量の演算が要求される処理において、CPUの補助演算装置として機能します。最近では、膨大な計算を必要とする科学シミュレーションや機械学習の分野でもGPUを利用することが増えてきています。

ディープラーニングでは、システムに学習をさせるときに行列演算を含む大量の並列演算が必要なので、同じ種類の計算を大量に行うことに特化したGPUが活用されています。

• 行列演算ユニットを用いて，行列演算を高速に実行できる。

MIPS(million instructions per second，ミップス)

MIPS（Million Instructions Per Second、ミリオン・インストラクションズ・パー・セカンド）は、コンピューターアーキテクチャの性能を測定するための一般的な指標です。MIPSは、1秒間に実行される命令の数を表し、高いMIPS値はプロセッサの処理能力が高いことを示します。

MMU(Memory Management Unit)

MMU（Memory Management Unit、メモリ管理ユニット）は、コンピューターシステムのハードウェアコンポーネントの一部であり、主にメモリ管理を担当します。MMUは、プログラムが物理メモリ上のデータをアクセスする際に、仮想メモリアドレスと物理メモリアドレスの変換、アクセス制御、セグメンテーション、ページングなどのタスクを処理します。

• CPUが指定した仮想アドレスを物理アドレスに対応させる。

NAND型フラッシュメモリ

NAND型フラッシュメモリ（NAND Flash Memory）は、非揮発性メモリ（Non-Volatile Memory、NVM）デバイスの一種で、データを永続的に保存できるストレージメディアです。NAND型フラッシュメモリは、主にデジタルデバイスやコンピュータのデータストレージ、USBフラッシュドライブ、SSD（Solid-State Drive）、メモリカードなどで広く使用されています。

• ページ単位で書込み及び読出しを行う。

SIMD（Single Instruction, Multiple Data）

SIMD（Single Instruction, Multiple Data）は、コンピューターアーキテクチャの設計アプローチの一つであり、1つの命令を使用して複数のデータ要素を同時に処理することを可能にする技術です。SIMDアーキテクチャは、データ並列性（Data Parallelism）を実現し、特にベクトル演算や信号処理、画像処理などの数値計算アプリケーションで高い性能を発揮します。

• 単一命令ストリームで複数のデータストリームを処理する方式

SDXC

SDXC（Secure Digital eXtended Capacity）は、SDカード（Secure Digital Card）の一種で、大容量のデータストレージと高速データ転送を提供する記憶媒体規格です。SDXCは、SDカード規格の進化版で、非常に大容量のデータを格納および転送するために設計されています。

• ファイルシステムにexFATを採用し，最大2Tバイトの容量に対応できる。

VLIW(Very Long Instruction Word)

VLIW（Very Long Instruction Word、非常に長い命令語ワード）は、コンピューターアーキテクチャの設計アプローチの一つです。VLIWアーキテクチャは、スーパースカラーなどの他のアーキテクチャと比較して、命令の並列実行を高度に最適化することに特化しています。

プロセッサの高速化技法の一つとして，同時に実行可能な複数の動作を，コンパイルの段階でまとめて一つの複合命令とし，高速化を図る方式

• 同時に実行可能な複数の動作をまとめて一つの命令として，同時に実行する。
• 命令語を長く取り，一つの命令で複数の機能ユニットを同時に制御することによって高速化を図る方式である。
• 一つの命令語で複数の命令を同時に実行する。

ZigBee

ZigBee（ジグビー）は、無線通信プロトコルおよび技術の規格で、低消費電力、低データレート、短距離通信を特徴とする無線ネットワーキング技術です。ZigBeeは、センサーネットワーク、スマートホーム、産業制御、医療機器、スマートグリッド、照明制御など、さまざまなアプリケーションで広く使用されています。

• 低消費電力で低速の通信を行い，センサネットワークなどに使われる。

アクティブシャッタ方式

アクティブシャッタ方式（Active Shutter Technology）は、3D映像技術の一種です。この方式は、3Dテレビや3D映画館で使用され、立体的な映像を鑑賞者に提供するために利用されます。

• ディスプレイに右目用，左目用の映像を交互に映し出し，眼鏡がそのタイミングに合わせて左右それぞれ交互に透過，遮断することによって，立体視を可能とする。

ウェアレベリング

ウェアレベリング（Wear Leveling）は、フラッシュメモリのような一部の非揮発性メモリデバイスで使用されるデータ管理技術です。フラッシュメモリは、同じセルに繰り返し書き込むと寿命が短くなる特性があります。ウェアレベリングは、フラッシュメモリデバイス内のセルにデータを均等に分散して書き込むことで、メモリセルの寿命を均等に延長するための技術です。

• 各ブロックの書込み回数がなるべく均等になるように，物理的な書込み位置を選択する。

液晶ディスプレイ(LCD)

液晶ディスプレイ（LCD、Liquid Crystal Display）は、情報や映像を表示するためのディスプレイ技術です。LCDは非常に一般的で、テレビ、コンピュータモニタ、スマートフォン、タブレット、デジタル時計、計測器、車のナビゲーションシステムなど、さまざまな電子デバイスで使用されています。

• 光の透過を画素ごとに制御し，カラーフィルタを用いて色を表現する。

間接アドレス指定方式

間接アドレス指定方式（Indirect Addressing）は、プログラム内のデータやメモリ領域にアクセスするためのコンピューターアーキテクチャのアドレッシングモードの一つです。この方式では、変数やデータの実際のアドレスではなく、アドレスを格納した別のメモリ位置を参照します。間接アドレス指定方式は、プログラム内のポインタや参照テーブルを扱うためによく使用されます

• 処理対象データが格納されている記憶場所のアドレスが格納されている記憶場所のアドレス

相変化メモリ

相変化メモリ（Phase-Change Memory、PCM）は、非揮発性メモリ（Non-Volatile Memory、NVM）の一種で、データを記憶するために相変化材料を使用する新しいタイプのメモリ技術です。PCMは、高速で信頼性が高く、エネルギー効率の良いメモリとして注目されています。

• 結晶状態と非結晶状態の違いを利用して情報を記憶する不揮発性メモリ

スタックポインタ

スタックポインタ（Stack Pointer、略称: SP）は、コンピューターアーキテクチャやプログラムの実行中に使用されるレジスタまたは変数で、通常はスタック（一時的なデータの保存領域）のトップ（またはボトム、アーキテクチャによって異なる）を示すために使われます。スタックポインタは、スタック上でのデータのプッシュ（追加）やポップ（取り出し）などの操作に必要です。

• サブルーチン呼出し時に，戻り先アドレス，レジスタの内容などを格納するメモリのアドレス

スーパスカラ

スーパースカラ（Superscalar）は、コンピューターアーキテクチャの設計アプローチの一つであり、複数の命令を同時に実行することができるプロセッサを指します。スーパースカラプロセッサは、通常、プログラムの実行速度を向上させるために、命令レベルの並列性を実現するために設計されます。

• 並列実行可能な複数の命令を，複数の演算器に振り分けることによって並列に実行する。
• 複数のパイプラインを用いて，同時に複数の命令を実行可能にすることによって高速化を図る方式である。
• 命令を並列実行するためのアーキテクチャであって，複数の命令を同時に実行するとき，命令を実行する演算器をハードウェアによって動的に割り当てる方式

絶対アドレス方式

絶対アドレス方式（Absolute Addressing Mode）は、コンピュータープログラム内のデータや命令にアクセスするためのアドレッシングモードの一つです。この方式では、実際のメモリアドレスまたはストレージアドレスを指定して、特定のデータ領域に直接アクセスします。絶対アドレス方式は、特定のアドレスに格納されたデータにアクセスする場合に使用されます。

• 命令のアドレス部の値をそのまま実効アドレスとする。

セットアソシアティブ方式

CPUと主記憶との間に置かれるキャッシュメモリにおいて，主記憶のあるブロックを，キャッシュメモリの複数の特定ブロックに対応付ける方式

セットアソシアティブ方式は、ダイレクトマッピングとフルアソシアティブの中間に位置する方式で、キャッシュメモリの連続したブロックを”セット”としてまとめ、セットの中であればどこのブロックでも格納することができる方式です。

ダイレクトマップ方式（Direct-Mapped Cache）

ダイレクトマップ方式（Direct-Mapped Cache）は、コンピューターアーキテクチャにおけるキャッシュメモリの配置方式の一つです。キャッシュメモリは、主記憶装置（メインメモリやRAM）からデータを高速に読み取るための高速メモリであり、CPUの性能向上に寄与します。ダイレクトマップ方式は、キャッシュメモリの中で特定のメモリアドレスを一意に決定するため、単純ながらも効果的な方式です。

• 一つのメモリブロックをキャッシュ内の単一のロケーションに割り当てる。

電気泳動型電子ペーパー

電気泳動型電子ペーパーは、電子ペーパー（ディスプレイ上に紙のように表示されるメディア）の代表的な方式で、マイクロカプセル内の白色と黒色の帯電粒子を、電圧を印加した電極により移動させて白黒の画面を表示させるものです。省電力かつ高い視認性を誇るため、Amazon Kindleなどの電子書籍リーダやディジタルサイネージに使われています。

• 電圧を印加した電極に，着色した帯電粒子を集めて表示する。

パイプライン制御

パイプライン制御（Pipeline Control）は、コンピューターアーキテクチャやデータ処理のコンテキストで使用される用語です。これは、複数の処理段階（パイプラインステージ）で構成されるプロセスや処理の流れを制御するための手法や仕組みを指します。

パイプライン処理では、処理命令を先読みするためプログラム中に分岐命令などがあると、結果によって次に実行するべき命令がわからないため、パイプラインを止めて次に実行すべき命令が判明するのを待たなければなりません。これを分岐ハザードと呼びます。分岐ハザードを発生させないためには、分岐命令を少なくすることが有効な方法です。

ハミング符号

ハミング符号（Hamming Code）は、誤り検出および誤り訂正を行うためのエラーコード（Error-correcting code）の一種です。リチャード・W・ハミング（Richard W. Hamming）によって提案され、その名前を冠しています。ハミング符号は、データ転送やデータストレージなどの通信およびコンピューターシステムにおいて、データの信頼性を高めるために使用されます。

メモリの誤り検出及び訂正を行う方式のうち，2ビットの誤り検出機能と，1ビットの誤り訂正機能をもつもの

フルアソシエイティブ方式

フルアソシエイティブ方式（Fully Associative Cache）は、コンピューターアーキテクチャにおけるキャッシュメモリの配置方式の一つです。この方式では、メモリのブロックをキャッシュセット内の任意の位置に配置できるため、高い柔軟性を持ち、キャッシュヒット率を最大化することができます。

• 任意のキャッシュメモリのブロックを主記憶のどの部分にも割り当てられる。

プログラムレジスタ(プログラムカウンタ)

プログラムレジスタ（Program Counter、略称: PC）は、コンピューターアーキテクチャにおいて非常に重要なレジスタの一つです。プログラムレジスタは、現在実行中のプログラムの次に実行すべき命令のアドレスを保持します。また、プログラムカウンタ（Program Counter）とも呼ばれます。

• 命令を読み出すために，次の命令が格納されたアドレスを保持する。

フラッシュメモリ

フラッシュメモリは、電気的に書き換え可能であり、電源を切ってもデータが消えない半導体メモリです。区分的にはEEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)の一種ですが、1バイト単位で書き換えを行う従来のEEPROMとは異なり、フラッシュメモリは数十Kバイトから数Mバイトのブロック単位で書き換えを行います。

• ブロック単位で電気的に内容の消去ができる。

メモリインタリーブ

メモリインタリーブ（Memory Interleaving）は、コンピューターシステムのメモリアクセス性能を向上させるための技術の一つです。特にメインメモリやシステムメモリ（RAM）において使用されます。メモリインタリーブは、メモリアクセスの並列性を高め、システムの性能を向上させることを目的としています。

• 主記憶を複数のバンクに分けて，CPUからのアクセス要求を並列的に処理できるようにする。
• 主記憶を複数の独立したグループに分けて，各グループに交互にアクセスすることによって，主記憶へのアクセスの高速化を図る。

メモリインタリーブの目的

• 複数のバンクに割り振った連続したアドレスにアクセスしたとき，アクセス時間を短くする。
• 主記憶を幾つかの区画に分割し，連続したメモリアドレスへのアクセスを高速化する。

主記憶装置の高速化の技法として，主記憶を幾つかのアクセス単位に分割し，各アクセス単位をできるだけ並行動作させることによって，実効アクセス時間を短縮する方法

有機ELディスプレイ

• 電圧をかけて発光素子を発光させて表示する。

有機ELディスプレイは、発光材料として電圧を加えると発光する有機化合物を使用するディスプレイです。自発的な発光によりバックライトを必要としないので、薄く、軽量で、省エネルギー性に優れています

ライトスルー方式

ライトスルー方式（Write-Through）は、コンピューターアーキテクチャやキャッシュメモリ管理に関連するキャッシュの書き込み戦略の一つです。ライトスルー方式では、メモリへの書き込みがキャッシュにも同時に行われ、キャッシュ内のデータとメモリ内のデータが常に一致するように保たれます。この方式は、データの整合性と信頼性を高めるために使用されますが、書き込み操作が遅くなる可能性があります。

• ライトスルー方式では，データをキャッシュメモリと主記憶の両方に同時に書き込むので，主記憶の内容は常にキャッシュメモリの内容と一致する。
• CPUがメモリに書込み動作をするとき，キャッシュメモリと主記憶の両方に同時にデータを書き込む。

ライトバック方式

ライトバック方式（Write-Back）は、コンピューターアーキテクチャやキャッシュメモリ管理におけるキャッシュの書き込み戦略の一つです。この方式では、データがキャッシュに書き込まれたとき、すぐにメモリには書き込まず、キャッシュ内で変更されたデータを保持します。変更されたデータがキャッシュから排除されるとき、そのときにメモリに書き込まれます。