はじめて読む486 第2章 486の履歴書

2.1 486の位置付け

• CISC（Complexed Instruction Set Computer）
  • 80/86系
    • 8080
      • 8ビットCPUの源流
    • Z80
    • 8086
      • 8ビットCPUの8080からの移行を容易にすることを主眼において開発された16ビットCPU
    • 8088
      • 8086と同アーキテクチャ、外部データバスを8ビットにしたもの
    • 8087
      • 数値演算専用のチップ
      • 8086と協調して動作するように設計されたコプロセッサ
    • 80186
      • 8086に割り込みコントローラなどの各種コントローラ機能を加えて、さまざまな電子制御装置に内蔵しやすくしたもの
    • 286
      • 命令の実行速度の高速化
      • プロテクトモードの導入
      • MS-DOSとの互換性やセグメントの制約があったため、8086の高速版として利用されるのに留まった
    • 386
      • 86系で初の32ビットCPU
      • セグメントのサイズは4Gバイトに
      • 仮想8086モードとページング機能の追加
      • 386DX
        • 80386とも呼ばれる、32ビットCPU
        • 後述する386SXの外部データバスが32ビットのもの
      • 386SX
        • 内部アーキテクチャは386DXと同じで、外部のデータバスを16ビットにしたもの
    • 486
    • Pentium
  • 68系
    • 6800
    • 6809
    • 68000
    • 68020
    • 68030
    • 68040
• RISC（Reduced Instruction Set Computer）
  • MIPS
    • R2000
    • R3000
    • R4000
  • SUN
    • SPARC
    • SuperSPARC
  • IBM
    • PowerPC

2.2 486のアーキテクチャ

• アーキテクチャ概要
  • 386のアーキテクチャをそのまま引き継ぎ、性能を大幅に向上させたCPU
  • いくつか種類があるが、486DXが基本形
  • 486DXの特徴
    • キャッシュメモリ
      • メモリとCPUの演算処理部との中間に置く高速メモリ
      • 486は8Kバイト
      • メモリから読み込んだデータのコピーを保持しておく仕組み
        • 高速なメモリチップは高価なので、低速なメモリを基本的には使うが、この場合CPUにウェイトがかかる現象が生じる
        • そこで、キャッシュメモリに最近使われたデータを保持しておくことで、ウェイトがかかる頻度を減らすことができる
      • キャッシュメモリと本来のメモリに書き込む方式は以下の2つがある
        • ライトスルー方式
          • キャッシュメモリと本来のメモリに同時に書き込む
        • ライトバック方式
          • 本来のメモリには、その後の別のタイミングで書き込む
          • 高速な処理が可能な反面、一貫性を保つのが難しくなる
      • CPU内蔵のキャッシュメモリのことを1次メモリ、外部のキャッシュメモリのことを2次メモリという
    • FPU（浮動小数点プロセッサ）内蔵
• 486SX
  • 486DXは非常に集積度が高く、製造にかなりのコストがかかるため、比較的安価に製造できるよう486SXが考えられた
  • 486DXのFPUの部分を無効にしたもの
  • 浮動小数点演算を高速に実行することはできないが、487SXを追加することで浮動小数点演算機能を追加することができる
    • 487SXはCPU部分も含んだ完全な486
    • 486SXに487SXを装着すると、486SXは動作を停止し、487SXが代わりに動作する
• 486DX2/ODP
  • クロックダブラー（CPU内部のクロック信号の倍速化）によって高速化を実現した486
  • CPU外部は動作が遅い（外部のクロック速度になる）点に注意、但しCPU内部のキャッシュメモリがあるので、これにヒットしている間は倍速で実行できる
• DX4
  • クロックトリプラー回路の内蔵
  • キャッシュメモリの容量も16Kバイト（2倍）
  • 消費電力が486DX2より小さい

2.3 486の操り方

• 基本機能とシステム管理機能
  • 基本機能
    • 一般命令
      • メモリアクセス
      • 演算・分岐
      • 入出力
      • 浮動小数点演算
    • 特殊命令（リアルモードではモード移行のための一部の命令のみ実行可能）
      • システム管理機能
      • メモリ管理
      • タスク管理
      • 保護機能

2.4 486のレジスタ

• レジスタセット
  • 一般レジスタ群
    • 全てのソフトウェアが利用するレジスタ群
    • セグメントレジスタ以外の各レジスタが32ビットに拡張
    • セグメントレジスタもFG, GSが追加
  • 浮動小数点レジスタ群
    • 浮動小数点演算を行うプログラムが利用する
    • 386まではFPUとして独立したチップでサポート
  • システムレジスタ群
    • オペレーティングシステムが利用するレジスタ群
    • これらのレジスタを設定して、メモリ管理やタスク管理機能を働かせる
  • デバッグレジスタ群
    • デバッガが利用するレジスタ
    • プログラムの実行を指定した条件で中断させ、プログラムの実行状況を確認するために使用

2.5 486の32ビットアーキテクチャ

• 32ビットのサポート

	16ビットCPU	32ビットCPU
オペランドサイズ（扱える数値の範囲）	0~65535 -32768~32767	0~4294967295 -2147483648~2147483647
アドレスサイズ（扱えるアドレス空間オフセットアドレス）	64Kバイトまで	4Gバイトまで

• 32ビットバス
  • データバスが32ビット（本）に拡張
• 32ビットレジスタ
  • 各レジスタの下位16ビットは8086のレジスタと全く同じ役割を持っており、8086のマシン語命令で扱うことができる