sky is gray

0%から1%の可能性を見出すは創造力
ただただ悲観する者に進歩はない

1%に賭けるのは勇気
笑う者は1%の偉大さを知らない

100%を追求するは向上心
追求を止めてしまった者は妥協の人生である

1%を100%に近づけるは努力
努力とは上の３つが備わっているのであれば苦痛ではない


だが物事は９９％までしか完成しない
残りの１％は更なる可能性
我々は永遠に１００％を追い求める

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・補足資料
演算子一覧
理論演算子一覧





・ソフトウェア開発技術者試験演習
（基本情報技術、初級シスアド、ＤＢエンジニアの内容も一部包括）
1.コンピュータ科学基礎
1-1 固定小数点数表現
1-2 N進数に関する過去問題(上位下位ビットのシフト演算)
1-3 負数のデータ表現法
1-4 負数の表現に関する過去問題
1-5 浮動小数点数表現
1-6 IEEE754方式による浮動小数点数表現
1-7 その他の数値表現（2進化10進数）
1-8 誤差について
1-9　文字コード体系
1-A 論理演算
1-B 論理演算の公式
1-C 論理演算に関する問題
1-D マスク演算
1-E シフト演算（論理シフト、算術シフト)
1-F 誤り制御(ﾊﾟﾘﾃｨﾁｪｯｸ、ﾊﾐﾝｸﾞ符号、ＣＲＣ符号）
2-1 統計学
2-2 統計に関する問題
2-3 確率論
2-3 確率に関する問題


データ構造とアルゴリズム
2-4 リストの種類
2-5 リストは論理的
2-6 B木
2-7　リストに関する問題
2-8　逆ポーランド記法
2-9 再帰
2-A 再帰に関する問題
2-B ＢＮＦ記法
2-C 探索
2-D ハッシュ法に関する問題
2-C チェイン法とオープンアドレス法
2-D 整列
2-E 整列の計算量
2-F 高速なソート
3-1 整列に関する問題
3-2 アルゴリズム問題の解き方
3-3 設問の具体例

ハードウェア科学

3-4 CPUアーキテクチャ
3-5 マシンサイクル
3-6 CPUに関する問題
3-7 パイプライン処理
3-8 スーパースカラ方式
3-9 ＶＬＩＷ























・Ｃ言語によるプログラミング入門講座
（プログラムに関する技術的な質問・ご指摘・苦情・いちゃもんはコメントかこちらまで
（centrino8c@yahoo.co.jp)
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第１０回：ポインタ
第９回:(分岐処理）If-Else構文　switch-case構文　
第８回：（繰り返しの処理)for構文 Do-Until構文　while構文
第７回：代表的な型と演算子一覧
第６回：簡単な計算をしてみる
第５回の続き
第５回：実際にプログラミングしてみる
第４回：Ｃ言語でプログラミングするための準備
第３回：Ｃ言語って？
第２回：言語とは？
第１回：プログラムとは？





・サイエンス
1.量子力学によるテレポーテーション
2.宇宙の構造
3.音の正体
4.ＳＦの世界（因果律について）
5.Ｈ−ＩＩＡ１３号機打ち上げ成功



・日常
1.気がついたこと

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以下、最新記事↓↓

命令語長を長くして、１命令で複数の処理を指定し
並列に実行できるようにした設計思想をVLIW（very long instruction word)
といいます。
インテル社のIA-64で採用されています
VLIWプロセッサは、整数/論理演算ユニット、浮動小数点演算ユニット
分岐ユニットなどの複数のユニットを装備しています。
コンパイル時に、同時に実行できる複数の命令を並列にならべて、各ユニットを割り付ける
仕組みです。

パイプライン処理を取り入れたCPUが、更なる速度向上を目指す場合、
命令の実行度をあげるため、命令の実行ユニットを複数搭載し
同時に実行できる命令数を増やす方法があります。
これをスーパスカラとよびます
スーパスカラもパイプライン同様、命令の実行順序や依存関係により
性能が変わります。パイプライン同様に、コンパイラが並行して実行できる命令を
解析する方法やアウトオブオーダが重要になります。

CPUの性能を向上させるための方法のひとつが、前項で述べた
クロック周波数の高速化です。これは１命令あたりの実行時間を短くして
性能を向上させる手法です。
一方、ひとつの命令の実行時間が同じでも、並列に実行することができれば
単位時間当たりの命令実行数は増加します。
すなわちスループットが向上するわけです。
この手法がパイプライン処理です。
ここでは、パイプラインやほかのスループットを向上させるための
アーキテクチャについて解説します


１．パイプライン
CPUの内部動作をいくつかのステージに分割して、ステージ単位で並行処理を行う仕組みです
例えば、情報処理技術者試験では、以下の５つのステージに分割したアーキテクチャが出題されます。

１．命令取り出し（IF：Instruction Fetch)
２．命令解読 (ID:Instruction Decode)
３．オペランドアドレス計算(OA:Operand Addressing)
４．命令実行 (E:Execute)
５．実行結果の格納(S:Store)

命令を直列に実行した場合とくらべ、パイプラインを採用した場合でも
１命令の実行時間は変わりません。
しかしお、命令の並行実行度を高めることにより、
スループットは向上します。
１命令に５CPIを必要とするCPUが２命令を直列に実行した場合
単純に１０CPIかかります。
しかし、ステージ単位に並行実行が可能な
パイプライン処理を実行した場合、１０CPIで６命令を実行できます。



直列処理の場合
例えば命令１と命令２を直列処理した場合

　　1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (クロック）
１　IF ID OA E S
２　　　　　　　　　IF ID OA E S



パイプラインで処理した場合
１と同じクロック数で６個のもの命令を処理できることがわかります


1 2 3 4 5 6 7 8 9　１０
１　IF ID OA E S
２　　 IF ID OA E S
３　 IF ID OA E S
４　　 IF ID OA E S
５ IF ID OA E S
６　　　　　　　　　IF ID OA E S





ステージの分割数はCPUアーキテクチャによって異なります
例えば、初代のPentiumは、先ほどの例と同様の５ステージですが
pentium4では２０ステージに分割して命令実行のスループットを向上させています
このようにパイプラインのステージを細分化したものをスーパーパイプラインと呼んでいます
しかし実際のパイプライン処理は上の図のようにはなかなかいきません
次のような場合においては特にです

１・分岐命令による分岐が発生した場合
２・前の命令の実行結果を必要とする場合
分岐命令がある場合、パイプライン中の命令を破棄する必要があります。
このため、実行効率の低下を招きます。このような現象を命令ハザードと呼びます
これを解決するためには、分岐命令による繰り返しを予測し
分岐命令が出現した場合は分岐先の命令をパイプラインに投入します。
そのためには、過去の分岐パターンを記憶し、パイプラインに投入する以前に判断する必要があります。
このような仕組みを分岐予測と呼びます
また前の命令の結果を次の命令で処理する場合、前の命令の実行を終わらなければ
次の命令は実行できません
上の図で言えば、データ１の結果をデータ２で使う場合
パイプラインで並行に処理することができないためデータ２は実行できないことがわかります。

例えば次のような命令があったとします

ADD　R1.R2.R3　　（R1=R2+R3)
SUB　R4.R1.R5　　（R4=R1-R5)

加算命令の実行結果を減算命令で使っています。
このような場合、パイプラインをつかっていると加算の結果が出力される前に
R1の値を読み出してしまうことになります。
このような現象をデータハザードと呼びます。
データハザードを回避するためには、コンパイラがあらかじめ命令の実行順序を適切に
修正して実行コードを出力するか
CPU内部で命令の依存関係を確認し、命令の実行順序を変更する
アウトオブオーダのような機能が必要になります。

また上の図の命令はすべて同じマシンサイクルで実行されていますが
実際には命令の種類によって実行に必要なマシンサイクルが異なります。
パイプラインを効率的に処理するためには命令の実行サイクルの均一化が効果的です
RISCがCISCよりも高速な理由のひとつに、命令実行のサイクルの均一化を図ったため
パイプラインの処理の効率が高いという点が上げられます。

同じ命令セットをもつコンピュータAとBがある。
それぞれのCPUクロック周期と、あるプログラムを実行したときのCPI
は、表のとおりである。コンピュータAがこのプログラムを実行したときの処理時間は
コンピュータBの処理時間の何倍になるか。

　　　　　　　CPUクロック周期　CPI
コンピュータA　 1ナノ秒　　　4
コンピュータB 4ナノ秒　　　０．５


1 1/32
2 1/2
3 2
4 8




解説
単純にCPIが８倍なのだから８倍を選択した人もいるのではないでしょうか
クロック周期が一緒であればそれいいのですが

CPUクロック周期とは１秒当たりに１回の振幅が起こる時間です
コンピュータAは１クロックあたり１ナノ秒(1秒に１０億）なので、おおよそ１GhzのCPUでしょう
コンピュータBは４ﾅﾉ秒（１秒間に２５００万）なので、おおよそ２５０MhzぐらいのCPUであることがわかります

CPIとは何クロックで命令がしょりできたかの指標でしたね
コンピュータAでの４クロック分とは
１クロックに１ナノ秒かかるので、１サイクルはそのまま４ナノ秒かかることになります

コンピュータBでの０．５クロック分とは
１クロックに４ナノ秒かかるので０．５クロックは２ナノ秒分であることがわかります

つまりコンピュータAの処理時間はコンピュータBの２倍です
従って正解は３になります。

CPUを含め、コンピュータの動作はクロックに従います
つまりコンピュータはすべて、マザーボード上に発振器（クリスタル）
をもち、そのクロック周波数を基準にして動作しています。
ただし、現在のほとんどのコンピュータは、そのロジックボード
（マザーボード）の提供する周波数の何倍かの周波数で動作しています
例えば、pentium4 3Ghzは、マザーボードが８００MHｚ、CPUはその４倍の
クロックで動作しています
３Ghzということは、１秒間に３０億回の振幅が発生します。
この１回の振幅する時間をマシンサイクルと呼びます。
従って、３GhzのCPUの１マシンサイクルは
３０億分の１秒（１／３ナノ秒）になります。もし、１命令を平均
６マシンサイクルで実行できるのならば１命令の実行時間は２ナノ秒ということになります
またこのマシンサイクルのことを
CPI（Cycles Per Instrcution)といいます

１．CPUの動作原理
アーキテクチャとは本来建築様式のことですが、転じて組織や構造を意味するのように
なりました、CPUアーキテクチャとは、CPUの構造もしくは設計思想という意味です。
ここでは、CPUの動作原理について学習します

CPUは制御装置と演算装置からなり、そのおもたる役割は機械語命令の解読と実行です
現在のコンピュータはそのほとんどがノイマンアーキテクチャ
（ストアドプログラミング方式）を採用しているため、必ずメモリから命令
およびデータを取り出し、実行結果をメモリに書き込みます。

処理系列

１。命令の取り出し（フェッチ）
２．命令解読（デコード）
３．オペランド（アドレス計算）
４．オペランド（取り出し）
５．命令の実行
６．演算結果の格納

ここでの命令は、機械語命令の形をとります。


１．命令の取り出し
命令の取り出しはCPUの命令アドレスレジスタというものの中にある
内容をメモリ上のアドレス選択回路に送ります

このアドレス選択回路を通じて、該当するアドレスにある命令を見つけます
そしてメモリ上の読み書き回路を通じて、命令をCPUの命令レジスタに送ります
そして命令アドレスレジスタに命令後の長さを加算します

２．命令の実行
CPUの命令アドレスレジスタにはいっている命令をデコーダとよばれる
命令の解読装置（CPU内）に転送します
ここでデコーダが命令を解読しCPU内の演算回路におくられ初めて演算がおこなわれます



このCPU動作をいかに高速化していくかがコンピュータアーキテクチャの発展の歴史です
ハードウェアからみたコンピュータの必要用件は、データをいかに速く
大量にそして正確に処理できるかということです
CPUに限りませんが、高速化のために必要な要素は二つあります



１．処理時間の短縮
デバイス単体の高速化→一つ一つの処理時間を短縮できるように機能改善する
たとえばCPUのクロックをあげたりハードディスクの回転数を上げるなど

２．スループット（単位時間当たりの処理量）の向上
並行度を高める。つまり、単体の処理時間は変わらないが、一度に処理できる
データ量を多くする
たとえばCPUを何個も積んだりRAIDを組むなど、単体の性能に頼らず
平行して処理をさせることにより処理能力を上げます


やはりテクノロジーの進化というのは、＝デバイス単体の高性能化
といってもいいのではないでしょうか
新しい素子、ナノテクノロジー、光エレクトロニクスなど
新しい技術が生まれてこそ進化です

これに対してスループットの向上はアーキテクチャや既存のテクノロジーの工夫により実現することができます

１．改変
具体的な設問の例として「〜ができるようにへんこうするには、ＯＯ関数にどのような
処理を加えればよいか」などが挙げられます。このような設問では
具体的な追加処理（命令文）ではなく、処理内容を２０字程度で
表現することを求められます。
もちろん記述に使う言葉はなるべく問題文にあるものを使うように心がけます

また「設問で何を聞かれているのか」を少しでも読み違えてしまうと
「理解できているのに解答がずれてしまっている」ということにもなりかねません。
記述した後は、もう一度、設問と自身の解答を読み直しましょう。

２．計算
具体的な設問の例として「図のようなデータの場合、プログラム文中の
☆（問題によってしるしはことなります）の命令は、何回実行されるか」
などが挙げられます。このような設問の場合は、特に計算するまでも無く
ソースプログラムの構造を把握していれば容易です。
問題文に記載されているたくさんの数字を使って、計算しなければならないような
設問の場合ケアレスミスをしないように、表を使って整理しながら計算を進めたり
必ず式には単位を書くなどの工夫をしてください。

３．メッセージ
具体的な設問の例として「プログラム文中の☆においてどのような
メッセージを表示させればよいか？」などがあげられます
既にプログラムの穴埋め作業で、どのようなメッセージを表示させればよいかは
漠然とわかるのではないかと思います。
ただ、これに限られた字数で表現すると
なかなか頭を悩ませてしまうところです。ここで、もう一度、問題文や図
プログラムにもどってください。その中から解答しなければならない
メッセージとは、違う種類のメッセージを発見したら
同じ表現方法を使って記述します。また、記述する際にメッセージで用いられる言葉は
なるべくもんだいぶんからピックアップしてください。

最初に、問題文と設問分を読み
どのようなプログラムであるか、どのようなことが問われているかを確認します。
大半の設問がソースプログラムの空欄を埋めるものであれば
穴埋めのための部分的なトレースだけで十分です。
しかし、穴埋め以外の設問が多くある場合
ソースプログラムを詳細に把握しなければなりません。
これは、設問に解答するためには、"問題文"とソースプログラムの両方をヒントにしなければならないものが多いからです。従って、どの程度トレースでいいのか
プログラムをどの程度把握すればよいのかは、最初に設問分を確認することによって
判断します。
まずは、ソースプログラムの穴埋めの設問から回答していきましょう。


１．ソースプログラムの把握手順
繰り返し処理の部分、分岐部分などを明確にします
自分なりの記号を使ってプログラムを見やすくするとわかりやすくなるでしょう
（特に多重Ｆｏｒ文や多重Ｉｆ文などわかりにくいものです）


２．パーツで考える
繰り返し部分や分岐部分をパーツと考え、それぞれがどのような役割をもっているか、
書き込みをしていくとよいでしょう。どのようなパーツかを把握しながら
空欄になっている部分を埋めていきます。


１分岐部分
分岐は、ある条件によって処理がわかれます。多くの場合
この”条件”や”処理”は、問題文中に直接記述されているか、
問題文中から容易に予測できます。
変数の役割が把握できず、その場で変数を使って記述することが困難な場合は
日本語でどのような処理をすればよいか、どのような条件かを記述しておくとよいでしょう。

２繰り返し処理
繰り返し部分全体で、何ができるのかを整理します
特に、入れ子（ネスト）構造になっている場合は、この作業が重要です
何回繰り返せばよいのかがわかれば繰り返し部分の役割が明確になります。
問題文にあるサンプルのデータで考えていくとよいでしょう。
このとき、継続条件を記述するのか、終了条件を記述するのかを必ず確認し
配列の添字がいくつから始まるのかもあわせて確認します。
また、繰り返し部分の条件で使われる変数がどこの位置で初期化されているか
どの位置で値を更新しているかを把握することが、繰り返しの部分の構造を整理する
突破口となることが多いです。変数の役割を確認するとともに、初期亜化
と値更新の位置を確認しましょう。