複雑命令セットコンピューティング（CISC）
Complex Instruction Set Computing (CISC)
Complex Instruction Set Computing (CISC)は、複雑で多段階な命令セットを重視するコンピュータアーキテクチャです。これらの命令は、メモリへの直接アクセスを伴う強力な操作を行い、プログラマに対する高レベルの抽象化を提供するように設計されています。
キーコンセプト
- 多用途の命令セット: CISCプロセッサは、大規模な命令セットを持つことで知られており、メモリアクセス、数値計算、I/O操作など多様な操作を含んでいます。この多様性により、CISCプロセッサは幅広い計算タスクを処理することができます。
- 強力な命令: CISCの命令は、単一の命令で複雑なタスクを実行し、複数の操作を1つのコマンドに統合することができます。これにより、プログラマが記述すべき命令の数を減らし、より高度なプログラミングの抽象化を提供します。
- マイクロアーキテクチャ: CISCプロセッサのマイクロアーキテクチャは、その命令セットアーキテクチャがどのように実装されているかを指します。命令デコーダ、制御ユニット、メモリ管理ユニット、実行ユニットなどのコンポーネントを含みます。
CISCの動作
CISCプロセッサは複雑なタスクを実行する命令を使用し、通常、完了するには複数のクロックサイクルを必要とします。これらの複雑な命令は、より強力で高レベルな操作を可能にしますが、他のアーキテクチャで使用される単純な命令に比べて実行に時間がかかることがあります。
CISCプロセッサは、複雑な命令の実行を容易にするためにマイクロアーキテクチャの技術を使用します。命令デコーダは、機械コードの命令を、プロセッサの実行ユニットで実行可能なより小さなマイクロオペレーションに分解します。制御ユニットは、これらのマイクロオペレーションが正しい順序とタイミングで実行されるようにし、メモリ管理ユニットは、プロセッサと外部メモリ間のメモリアクセスおよびデータ転送を処理します。
CISCの利点と欠点
CISCの利点
- 高度なプログラミング抽象化: CISC命令は、より簡潔で効率的なコードを書くことを可能にし、複雑な操作を実行する高レベルのプログラミング抽象化を提供します。
- 多用途性: CISC命令は、多くの操作をサポートしており、さまざまな計算タスクに対して多用途です。
- 直接メモリアクセス: CISC命令はメモリロケーションに直接アクセスでき、コード内での明示的なメモリ管理操作の必要性を減らします。
CISCの欠点
- 遅い実行速度: 複雑な命令は実行に複数のクロックサイクルを必要とし、よりシンプルな命令を持つアーキテクチャと比べて全体的なパフォーマンスが遅くなります。
- 高い電力消費: CISC命令の複雑さと、それらを実行するためのマイクロアーキテクチャは、電力消費を増加させる可能性があります。
- 設計の複雑さの増加: CISCアーキテクチャの大規模な命令セットと複雑な命令は、プロセッサの設計と実装をより難しくすることができます。
CISCプロセッサの例
これまでに開発された数々のCISCプロセッサがあります。以下はいくつかの注目すべき例です：
- Intel x86: Intelが開発したx86アーキテクチャは、最も広く使用されているCISCアーキテクチャの1つです。Intel 8086、80286、80386、そして現代のx86_64など、さまざまなバージョンが含まれて進化してきました。x86アーキテクチャは、パーソナルコンピュータやサーバで一般的に使用されています。
- Motorola 68k: Motorola 68000シリーズ、別名68kシリーズは、いくつかのコンピュータシステムやゲームコンソールで使用された人気のあるCISCアーキテクチャでした。AppleのMacintoshコンピュータやSega Genesisゲームコンソールで広く使用されました。
- DEC VAX: Digital Equipment Corporation (DEC)が開発したVAX (Virtual Address eXtension)アーキテクチャは、彼らのVAXミニコンピュータ群で使用された非常に影響力のあるCISCアーキテクチャでした。VAXアーキテクチャはその強力な命令で知られ、1970年代と1980年代に広く使用されました。
Complex Instruction Set Computing (CISC) は、複雑で多段階な命令セットを重視するコンピュータアーキテクチャです。CISCプロセッサは、強力な操作を行い、しばしばメモリに直接アクセスして高レベルのプログラミング抽象化を提供するように設計されています。CISCアーキテクチャは、遅い実行速度や設計の複雑さ増加といった欠点があるものの、Intel x86、Motorola 68k、DEC VAXといったプロセッサで広く使用され、その多用途性と計算業界における長年の関連性を示しています。