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CPUアーキテクチャ

ＭＰＵの命令サイクル

命令フェッチ(読み出し：ＩＦ）・命令デコード（解読：ＩＤ）・アドレス計算（Ａ）・オペランドフェッチ（読み出し：ＯＦ）・命令実行（ＥＸ）・結果書き出し（ＷＢ）

パイプライン方式

ＭＰＵが複数の命令ストリームを１ステージずつずらして連続処理を行う　スループット向上

スーパスカラ

ＭＰＵ内部に複数のパイプラインを備え、同時に複数のステージを実行

スーパパイブライン方式

パイプラインのステージを細分化して、ステージ毎のロジックを簡単にすることで高速化

CPI(Clock Per Instruction)

一つの命令を平均何クロックサイクルで実行できるかを示す単位

RISC(Reduced Instruction Set Computer)

命令を単純な体系で固定長のものに絞り、高速化
レジスタ−レジスタ形式　ワイヤードロジックを使用

水平型マイクロプログラム

命令中の１ビットに制御信号を割り当てる　命令解読を必要としない

デュプレックスシステム

ＭＰＵシステムを２セット用意、主従関係があり、主が故障時に従が稼動

疎結合マルチプロセッサシステム

複数のＭＰＵがそれぞれ主記憶を有するシステム

密結合マルチプロセッサシステム

複数のＭＰＵが主記憶装置を共有するシステム

アレイプロセッサシステム

配列データ処理専用プロセッサシステム

メモリアーキテクチャ

ライトスルー方式

キャッシュメモリの書き換えと同時に主記憶も書き換え

ライトバック方式

最初にキャッシュメモリだけを書き換え、このブロックが追い出されるときに主記憶を書き換え

ダイレクトマッピング法

主記憶中のブロックがキャッシュメモリ上に直接割り付けられる方式
ハードウェア化が簡単で、キャッシュアクセス時にオーバヘッドがない
ただし、同一キャッシュブロックに割付される複数のメモリブロックへのアクセス競合によりキャッシュヒット率が激減

フルアソシアティブ方式

主記憶中のブロックをキャッシュメモリ中の任意のブロックに配置できる方式

入出力アーキテクチャ

シングル転送モード

１バイト転送ごとにＭＰＵにバス使用権を返す

バースト転送モード

１バイト転送ごとにＤＭＡ要求信号をチェック、要求あればＤＭＡ転送、なければＭＰＵにバス使用権を返す

ブロック転送モード

指定されたバイト数転送までＭＰＵにバス使用権を返さない

デマンド転送モード

ＤＭＡコントローラがバス使用権の獲得と放棄を繰り返しながら大量データを転送
DRQ（データ転送要求信号）により制御

連続転送モード

設定した回数のデータ転送が完了するまでバスを占有

メモリマップドI/O

メモリのアドレス空間にI/Oアドレスを割り当てる　DMA転送が可能

I/OマップドI/O

I/Oアドレスとメモリアドレスを分離して割り当てる

A/D変換方式

フラッシュ方式・デルタシグマ方式・２重積分方式・逐次積分方式

フラッシュ方式

最も高速

デルタシグマ方式

&mimetex型変調器で１ビット量子化

エンベデッドシステム

ファジー制御

あいまいな度合いを定量化して数値的に取り扱い制御する

シーケンス制御

あらかじめ定められた順序、又は、あらかじめ定められた条件による手順に従う

フィードフォアード制御

外乱に弱いフィードバック制御の欠点を補い、外乱による偏差を事前に想定して制御

サーボ制御

物体の位置、方位、姿勢などを制御量とし、目標値の任意の変化に追従するようにさせる

DSP(Digital Signal Processor)

音声や画像などのデータ処理をリアルタイムで行わせるためのプロセッサ
フィルタリングなどの畳み込み演算と呼ばれる積和演算処理に適している

エンコーダ

回転角度をディジタル値で出力する回転角度検出センサ

インクリメンタルエンコーダ

軸の回転に応じて位相のずれた２層のパルス波を出力

アブソリュートエンコーダ

エンコーダの軸の回転角度に応じて位相のずれた多層のパルス波を出力

圧力センサ

加えられた圧力に応じた電圧を発生する圧電素子など

温度センサ

温度変化で抵抗値が変化するサーミスタなど

光量センサ

光量に応じた電流が流れるフォトトランジスタなど

MPUの動作確認作業

電源電圧　→　クロック信号波形　→　リセット信号波形　→　制御信号　→　ＲＯＭ内の命令コード

マイコンのノイズ対策

筐体外側の表面の伝導性を良くして外来ノイズを防止する
信号線にノイズが入らないようにシールドケーブルを使用する

ロジックアナライザ

測定する信号線の信号が設定条件に一致した時点前後の測定信号線の状態を記憶する
プローブに多くの信号線（アドレスバス・データバス・コントロールバス）を接続し、MPUにプログラムを実行させる
バスに対するリードライトサイクルのタイミングを測定し、Ｈ／Ｗのデバグに使用する

OSの機能

マイクロカーネルアーキテクチャのＯＳ

H/W依存のサービスやコマンドを出来るだけカーネル外部に置くことでカーネルのサイズを小さくしたＯＳ

セマフォ

「信号機」　共有資源の排他制御、タスク間の同期に利用される非負変数　Ｐ操作とＶ操作
複数タスクの同期待ちを同時に解除することには向かない

Ｐ操作

セマフォＳが０でないならＳをデクリメント、０ならば正になるまでウェイト状態

Ｖ操作

セマフォＳを待っているタスクがあればその一つを実行可能状態とする、なければＳをインクリメント

バイナリセマフォ

セマフォが０か１かしか取らないもの　同期制御に使用できる

イベントフラグ

タスク間での事象の通知を行うためのフラグ

ランデブ

二つのタスク間の同期型メッセージ通信方式　タスク間の同期と通信を同時に行う

メールボックス

キューを用いて二つのタスク間のメッセージを行う方式

デッカーズアルゴリズム

２つの資源の排他制御を実現できる
リアルタイムシステムには不向き
タスクがタイムスライスなどで平等に実行されるシステム向け