コンピュータ構成要素｜ITサービスマネージャ試験

速くする工夫は、どこの待ち時間を消しているかで分ける

プロセッサは、主記憶から命令を取り出し、解読し、実行する流れをくり返します。次に読む命令の番地を持つのがプログラムカウンタ、取り出した命令そのものを置くのが命令レジスタで、そこから命令デコーダへ渡されて解読されます。番地か中身かで区別すると取り違えません。

命令の処理を段階に分けて重ねて流すのがパイプラインです。前の命令の結果待ちや分岐、資源の取り合いで後ろの命令が進めなくなる停滞をハザードと呼び、データのそろった後続の命令を先に実行して避けるのがアウトオブオーダ実行です。パイプラインそのものを複数用意し、同時に複数の命令を実行するのがスーパスカラです。

記憶装置の側では、速さの違う装置の間に何かを挟む工夫と、主記憶の使い方そのものを変える工夫を分けます。キャッシュメモリは前者で、書込みをキャッシュと主記憶の両方に行うのがライトスルー、キャッシュだけに書き、追い出すときに主記憶を更新するのがライトバックです。主記憶を複数のバンクに分け、連続した番地を順に割り当てて並列にアクセスするのがメモリインタリーブで、後者に当たります。

割込みは原因の場所で分けます。演算のオーバフローやゼロ除算、プログラムがOSの機能を呼び出すSVCのように、実行中のプログラム自身が原因になるのが内部割込みです。入出力の完了、タイマの満了、電源電圧の低下のように、プログラムの外から来るものは外部割込みです。

部品の性質も押さえます。フラッシュメモリは一つのセルに1ビットを記憶する方式のほか、MLCのように2ビット以上を記憶して容量を稼ぐ方式があります。ECCメモリはハミング符号で1ビットの誤りを訂正し、2ビットの誤りを検出します。動作していない回路ブロックへの電源供給を止めて電力を抑えるのがパワーゲーティングです。シリアルATAは、磁気ディスク装置や光学ドライブをつなぐシリアルインタフェースです。