アーキテクチャの特徴とは? わかりやすく解説

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アーキテクチャの特徴

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/08/26 13:40 UTC 版)

x64」の記事における「アーキテクチャの特徴」の解説

AMDx86命令セット64ビット化する際に使ったのは、x86命令先頭プリフィックスをつけるという手法である(REXプリフィックス呼ばれる)。プリフィックスを使うのは、インテル16ビットCPU 8028632ビット化(80386)するときに使った手法でもある。DEC Alpha設計者一人 ダーク・メイヤーAMD64仕様作成関わり、彼をはじめとするDEC出身者経験がこのプロジェクト活かされた。特筆すべき点は以下のようなのであるレジスタの追加と拡張 汎用レジスタ (GPR) 数はIA-32の8本 (EAX,EBX,ECX,EDX,ESI,EDI,EBP,ESP) に更にR8〜R15の8本を追加して16本に増やされ、各レジスタビット幅32ビットから64ビット拡張された。IA-32汎用レジスタ少ないことからコンパイラによる最適化限界があり、これが最も大きな欠点とされた。AMD64最適化されたアプリケーションでは、レジスタ本数増加によって性能向上が見込まれ、特に深いループ持った演算主体ソフトウェアでその傾向が強いと見込まれる。さらに128ビットXMMレジスタ本数も8本から16本に増やされた(Streaming SIMD命令使われる)。 アドレス空間の拡張 AMD64アーキテクチャでは、現状実装48ビットアドレス空間持ち256テラバイトまでのメモリを扱うことが出来る。IA-32アーキテクチャにおいて初期プロセッサでは、アドレス空間32ビット表現できる4GiBに制約されPentium Pro以降実装追加され物理アドレス拡張機能使用することで64GiBのメモリ接続できるが、1プロセス利用可能メモリ空間はやはり4GiBに制約された。32bitWindowsシリーズにおいてはOS仕様アプリケーション利用可能メモリはおよそ3GiBに制約される。これに対しAMD64Longモードでは、IA-32物理アドレス拡張ベースに、論理アドレス空間48ビット拡張し(現状物理アドレス空間52ビット)、将来拡張で4エクサバイトまでの仮想空間サポートできるようになっている関連2進接頭辞 RIP相対データアクセス プログラムカウンタ (RIP) 相対データアクセスすることができ、リロケータブル共有ライブラリコード作成できるまた、共有ライブラリ仮想アドレス空間のどこにでも配置することができる(位置独立コード)。 SSE 命令 AMD64アーキテクチャでは明確にインテルSSESSE2基本命令セット組み込んでいる。SSE2x8780ビット浮動小数点数から 32ビット/64ビット浮動小数点数置き換えたのである。SSE/SSE2命令セット追加の8本のXMMレジスタ扱えるように拡張された。SSESSE2AMD64命令セット組み込まれており、それが従来x87 FPUMMX3DNow!機能カバーするx64Windowsでの64ビットプログラムでは、FPU/MMXレジスタコンテキストスイッチの際に保存しないようにすると噂されたが、実際に保存されるようになっているNo-Executeビット NXビット(ページテーブルエントリのビット63)は仮想アドレス空間のどのページ実行可能か、実行不可かを指定することができる。NXビットセットされページにあるコード実行しようとするとメモリアクセス違反となり、実行できない。これは、リードオンリーページへの書き込み実行しようとしてもできないこと似ている。No-Execute機能は、ウイルスなどがバッファーオーバランなどを使用してオペレーティングシステム乗っ取ろうとすることを難しくする。 類似の機能は、セグメント属性として80286以降プロセッサー存在している。しかし、近代的なオペレーティングシステムではセグメント機能は古いものと見なされ、セグメントベースを0、リミットを4Gバイト(32ビットOS場合)に設定することにより、実質的にセグメント使用していない。 AMDはリニアアドレッシングモードでNo-Execute機能実装した最初x86ベンダーである。No-Execute機能は、PAE有効にすれば、32ビットOSでも使用可能である。 古い機能の削除 x86アーキテクチャーにある多くシステムプログラミング機能近代的なオペレーティングシステムでは使用されておらず、それら古い機能は、AMD64Longモードにはない。それらは、セグメントアドレッシング、タスクステートセグメントを使用したタスクスイッチ、仮想86モードなどである(ただし、FS, GSセグメントは、オペレーティングシステム構造体へのエクストラベースポインタとして残されている)。これらの古い機能は、Legacyモードでは依然として、完全に実装されているので、これまでの32ビット16ビットオペレーティングシステムは、修正なしにx64プロセッサー上で動作する

※この「アーキテクチャの特徴」の解説は、「x64」の解説の一部です。
「アーキテクチャの特徴」を含む「x64」の記事については、「x64」の概要を参照ください。

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