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コンピュータの種類・世代・仕組
ウルトラコンピュータ | エクサ(100京)級スパコン:ポスト富岳(富岳NEXT) |
2030年頃までの完成予定 ・CPUに加えて、GPUなどの加速部を導入。 ・電力性能の大幅に向上させた計算環境の提供。 ・既存の「富岳」でのシミュレーションに関しては、「富岳」の5〜10倍以上の実効性能の達成。 ・AIの学習・推論に必要となる性能に関しては、世界最高水準の利用環境(実効性能50EFLOPS以上)を実現。 |
汎用京速計算機:富岳 |
次世代スーパーコンピュータの開発と利用プロジェクト ・完成予定2012年(2006年から7年間計画) ・総工費1,154億円(神戸ポートアイランド) ・演算性能10PFLOPS(汎用スカラー&専用ベクトル混合プロセッサー方式) ↓ …NEC、日立の徹底や事業仕分での予算削減に伴い、計画が変更され… ↓ ・富士通主体超並列スカラー方式 (SPARC64 VIIIfx 45nm 2GHz 128GFLOPS 8core×8万個) (Linuxベース) (XP Fortran,Fortran,C,C++) |
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大規模スカラー並列計算機:京 | |
富士通が開発し、2003年1月末に出荷が予定されています。 (製品情報は こちら です) 最大128個のスカラプロセッサにより1ノードが構成され、 最大128ノード接続された場合のシステム性能は、 世界最高の85.1TFLOPS以上となります。 今後、平成15年には100TFLOPS以上、平成16年には150TFLOPS以上と、 継続して性能向上が行われる予定です。 オペレーティングシステムには、Solarisを採用することにより、 豊富な流通アプリケーションを利用することができます。 【高性能化を実現するテクノロジ】 ・クロックサイクル1.3GHzの高性能CPU ・並列同時演算実行技術(4命令同時発行) ・世界最大となる128CPUのSMP技術 ・世界最高の転送速度を持つ、並列光伝送技術を利用したインターコネクト (128ノード、16,384CPUの大規模並列システムが構築) |
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超高速ベクトル並列計算機:地球シミュレータ | |
NASDA(宇宙開発事業団)とJAERI(日本原子力研究所)とJAMSTEC(海洋科学技術センター)と により設置された地球シミュレータ研究開発センターにおいて 1996年当時のスーパーコンピュータの1000倍の 処理速度での超高速数値シミュレーションを達成するという目標のもと、 NECが開発した超高速ベクトル並列計算機です。 1CPU当たり8GFLOPSのスーパーコンピュータを8台で1つのノードとし、 超高速(16GB/秒×2)のネットワークで640ノード結合されています。 (総計5,120個のスーパーコンピュータから構成) ピーク性能は40TFLOPSで主記憶容量は10TBあります。 銅配線プロセス0.15ミクロン/約6000万トランジスタのCMOSテクノロジを採用し、 OSにはUNIXベースのSUPER‐UXを強化・拡張したものが使用されています。 言語は、Fortran90,HPF,C,C++等のコンパイラが用意されています。 2002年3月11日より運用が開始されました。 |
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ウルコン:? 大規模並列コンピュータ: グリッドコンピュータ: |
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スーパーコンピュータ | 興味のある方はスーパーコンピュータのせかいもご覧下さい |
その時代のあらゆる技術力が結集されてており、 また、同世代の中では一番処理速度が速いコンピュータです。 非常に高度な数値計算を得意とし、通信衛星やロケットの設計・制御や 気象観測や各種数値シュミレーション等の研究開発分野で利用されています。 従来、バイポーラ素子を使用して液体ヘリウム等を利用した水冷式の物が中心でした。 最近では、価格性能比の面からCMOS(相補性金属酸化膜半導体)が採用され 空冷式で商用電源(AC100V)でも稼働できる物が主流になって来ています。 また、今までは1つのCPUの処理能力をいかにして高められるかが競われていましたが、 今後は、多数のCPUを結合させて使用するといった、技術変更がもてはやられています |
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STC:Super Technical Computing server HPC:High-Performance Computing server 並列コンピュータ: スパコン |
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汎用コンピュータ (メインフレーム) |
興味のある方は汎用コンピータのひろばもご覧下さい |
その名の通り、あらゆる分野に利用されています。 昔は“コンピュータ”といえば、この“汎用コンピュータ”の事を指していました。 技術革新とともに、より小型でかつ高性能の製品が作られる様なりました。 ハードウェア的な性能では、今日のパソコンのほうが優れていますが、 現在までの豊富な資産(とくに基本ソフト(OS)等)が蓄積されています。 |
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超大型: 大型: 中型: 小型: 超小型 |
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ミニコンピュータ | |
主に制御系を中心に利用されています。 処理速度的には、かなり速いコンピュータの部類に属しますが、 用途が限定されている為、一般のコンピュータ技術者では扱うことが難しい面もあります。 但し、スーパーコンピュータや汎用コンピュータよりも小回りの利く物として重宝されています。 |
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スーパーミニコン: ミニコン: |
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オフィスコンピュータ | 興味のある方はオフコンのせかいもご覧下さい |
主に事務系を中心に利用されています。 パソコンよりも性能が良く、汎用コンピュータよりも価格が安いので 一時期圧倒的なシェアを誇りました。 現在では、その座をパソコンに受け渡しています。 |
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オフプロ:オフィスプロセッサ オフコン: |
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パーソナルコンピュータ | 興味のある方はPCサーバーのせかいもご覧下さい |
当初、個人利用を主体に考えられたコンピュータです。 その後、技術革新とともに見違えるほどに性能が飛躍的に上がり 現在では汎用コンピュータの分野までをもカバーしています。 |
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PCサーバー:(IA=Intel Architectureマシン) スーパーパソコン: パソコン: |
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その他 | |
TRON:The Real-time Operating system Nucleus M‐TRON: I‐TRON: μI‐TRON: C‐TRON: J‐TRON: e‐TRON: MSX: MSXturboR: MSX2+: MSX2: MSX1: AX: DOS/V: PC98: |
世代 | 論理素子 | 記憶素子 | 言語 | 利用技術 | 代表機種 |
第9世代 | 生体埋め込み型 | ||||
第8世代 | バイオチップ 分子チップ |
自己組織化推論エンジン | リフレクティブアーキテクチャシステム | ||
第7世代 | 進化計算 | バイオロボティクス | 有機コンピュータ | ||
第6世代 | ファジィ理論 | ニューロ・ネットワーク | |||
第5世代 | ビジュアル言語 | オブジェクト指向 並列処理 推論(AI) |
PSI、CHI、PIM | ||
第4世代 | 超々LSI | 超LSI | 4GL | 分散処理 | IBM 4300 |
第3.75世代 | 超LSI | LSI | 簡易言語 | データベース | |
第3.5世代 | LSI | IC | インタプリタ | 仮想記憶 | IBM S/370 |
第3世代 | IC SLT |
磁気コア | コンパイラ | TSS マルチプログラミング |
IBM S/360 |
第2世代 | トランジスタ ダイオード |
磁気コア 磁気ドラム |
アセンブラ | OLRT 自動バッチ処理 |
IBM 7090,1401 |
第1世代 | パラメトロン 真空管 リレー |
磁気ドラム 静電管 遅延管 ブラウン管 |
マシン語 | ワイヤード・ロジック 手動バッチ処理 |
IBM 650 |
ダイオード | DTL(Diode-Transistor Logic) TTL(Transistor-Transistor Logic) |
発光ダイオード |
トンネル(エサキ)ダイオード | ||
トランジスタ | 整流作用 | トランジスタの3大作用 |
増幅作用 | ||
発振作用 | ||
電圧駆動素子 (ユニポーラ) |
MOS (FET:電解効果型トランジスタ) |
P‐MOS |
N‐MOS | ||
C‐MOS | 相補性金属酸化膜半導体 | |
Hi−BiCMOS BiCMOS |
SiGe | |
電流駆動素子 (バイポーラ) |
Bi (ECL:エミッタ結合論理素子) |
PNP |
NPN | ||
ジョセフソン素子 | JJ | 電圧モード論理回路 位相モード論理回路 |
紙テープ | さん孔テープ | |||
せん孔テープ | ||||
紙カード | パンチカード | |||
マークカード | ||||
磁気テープ | オープンリール | |||
CMT(CGMT) | ||||
QIC | ||||
DAT | ||||
DDS | ||||
RAM | Random Access Memory | |||
SRAM | Static RAM | |||
DRAM | Dynamic RAM | |||
RDRAM | D‐RIMM | RIMM‐6400 | ||
RIMM‐4800 | ||||
RIMM‐4200 | ||||
RIMM‐3200 | ||||
S‐RIMM | RIMM‐2400 | |||
RIMM‐2100 | ||||
RIMM‐1600 | ||||
RIMM‐1420 | ||||
RIMM‐1200 | ||||
SDRAM | DDR‐SDRAM | DDR6(PC6)12,800〜17,000Mbit/S | ||
DDR5‐7600(PC5‐60800) | ||||
DDR5‐7200(PC5‐57600) | ||||
DDR5‐7000(PC5‐56000) | ||||
DDR5‐6800(PC5‐54400) | ||||
DDR5‐6600(PC5‐52800) | ||||
DDR5‐6400(PC5‐51200) | ||||
DDR5‐6200(PC5‐49600) | ||||
DDR5‐6000(PC5‐48000) | ||||
DDR5‐5600(PC5‐44800) | ||||
DDR5‐5200(PC5‐41600) | ||||
DDR5‐4800(PC5‐38400) | ||||
DDR5‐4400(PC5‐35200) | ||||
DDR5‐4000(PC5‐32000) | ||||
DDR4‐3200(PC4‐32000) | ||||
DDR4‐3200(PC4‐25600) | ||||
DDR4‐3000(PC4‐24000) | ||||
DDR4‐2666(PC4‐21300) | ||||
DDR4‐2133(PC4‐17066) | ||||
DDR3‐2133(PC3‐17066) | ||||
DDR3‐2000(PC3‐16000) | ||||
DDR3‐1800(PC3‐14400) | ||||
DDR3‐1600(PC3‐12800) | ||||
DDR3‐1333(PC3‐10600) | ||||
DDR3‐1066(PC3‐8500) | ||||
DDR3‐800(PC3‐6400) | ||||
DDR2‐1066(PC2‐8500) | ||||
DDR2‐800(PC2‐6400) | ||||
DDR2‐667(PC2‐5300) | ||||
DDR2‐533(PC2‐4200) | ||||
DDR2‐400(PC2‐3200) | ||||
DDR‐533(PC‐4200) | ||||
DDR‐500(PC‐4000) | ||||
DDR‐400(PC‐3200) | ||||
DDR‐333(PC‐2700) | ||||
DDR‐226(PC‐2100) | ||||
DDR‐200(PC‐1600) | ||||
SDR‐SDRAM | PC133 | |||
PC100 | ||||
PC66 | ||||
PC33 | ||||
EDO | DRAM | |||
FPM | ||||
ROM | Read Only Memory | |||
PROM | EPROM | UV‐EPROM | ||
EEPROM | ||||
MaskROM |
コンピュータの分類 | ノイマン型(プリンストン) 非ノイマン型(ハーバード) |
プログラム内蔵方式 | Princeton Architecture | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
Harvard Architecture | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
アナログ方式 デジタル方式 ハイブリッド方式 |
2進数数値演算 |
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キャラクタ・マシン ワード・マシン バイト・マシン |
1バイト=8ビット |
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コンピュータの構成要素 | 入力装置 | Input Device | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
出力装置 | Output Device | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
制御装置 | Control Device | Base Register Decoder Index Register Instruction Register Program Counter |
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演算装置 | Accumulator Arithmetic and Logic Unit(ALU) Register |
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記憶装置 | Memory Storage Device | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
論理回路 | 論理和 論理積 否定 排他的論理和 否定論理和 否定論理積 フリップフロップ |
AND OR NOT XOR NOR NAND FF |
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構造原理 | チューリングマシン | Turing Machine | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
補数 | Complement Number | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
参照の局所性 | Locality Reference | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
先入れ先出し 後入れ先出し |
FIFO LIFO |
First In First Out Last In First Out |
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リング保護 | MPU | Memory Protection Unit | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ring Protection | Ring:7(Users Program 5) Ring:6(Users Program 4) Ring:5(Users Program 3) Ring:4(Users Program 2) Ring:3(Users Program 1) Ring:2(SoftWare Device Driver) Ring:1(HardWare Device Driver) Ring:0(Supervisor Mode/Kernel Mode) Ring -1:(HiperVisor mode) Ring -2:(1/2 Kernel(UEFI/SMM) mode) Ring -3:(Internal(MINIX3) mode) |
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UEFI
(UEFI kernel mode - 64bit)
SMM (System Management mode - 16bit i8086 Real Mode) MINIX3 (Mini-uNIX mode) ├IME:Intel Management Engine ├ISH:Integrated Sensor Hub └IE:Innovation Engine |
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複合命令セットコンピュータ 縮小命令セットコンピュータ |
CISC RISC |
Complex Instruction Set Computer Reduced Instruction Set Computer |
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CPUの計時機構 | CPUタイマー インターバル・タイマー クロック・コンパレータ TODクロック |
間隔計時機構 時刻比較機構 リアルタイム・クロック |
CPU Timer Interval Timer Clock Comparator Time Of Day Clock |
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TSC(64bit、CPU CLOCK直結) HPET(64/32bit、100ナノ秒) ACPIPMT(32/24bit、280ナノ秒、3.579545MHz) PIT(16bit、10〜1ミリ秒、1.19318MHz) RTC(500〜0.122ミリ秒) |
Time Stamp Counter High Precision Event Timer ACPI Power Management Timer Programmable Interval Timer Real Time Clock |
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主記憶管理方法 | 再配置方式 | 静的再配置方式 | Static Relocation | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
動的再配置方式 | Dynamic Relocation | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
スキャッタ・ローディング方式 | 分散格納方式 | Scatter-Loading | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
セグメント・アドレス方式 | オーバー・レイ方式 (セグメンテーション) |
Overlay(Segmentation) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ロールイン・ロールアウト方式 (スワッピング) |
Roll In Roll Out(Swapping) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ページ・アドレス方式 | ページ・イン・ページアウト方式 (ページング) |
Page In Page Out(Paging) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
セグメンテーション・ページング方式 | Segmentation Paging | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
仮想記憶方式 | 単一仮想記憶方式 | SVS(Single Virtual Storage) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
多重仮想記憶方式 | MVS(Multiple Virtual Storage) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
単一レベル仮想記憶方式 | SLS(Single Level Virtual Storage) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ロードモジュール構造
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(OS IV/X8 FSPの仮想記憶領域)
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(MVS/XAの仮想記憶領域)
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アドレス変換 | MMU | メモリ管理ユニット | Memory Management Unit | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
DAT | 動的アドレス変換機構 | Dynamic Address Translator | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
TLB | 高速索引緩衝機構 | Translation Look-aside Buffer | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
アドレッシング | 24ビット 31ビット 48ビット 56ビット 64ビット |
MVS/SP MVS/XA OS/400 z/OS |
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エンディアン (バイト・オーダー) |
ビッグ・エンディアン リトル・エンディアン ミドル・エンディアン バイ・エンディアン |
Big Endian Little Endian Middle Endian Bi Endian |
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インストラクション (命令) ミックス |
ギブソン・ミックス コマーシャル・ミックス オンライン・ミックス |
科学技術計算用 商業計算用 オンライン処理用 |
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アクセス方式 | 基本アクセス方式 | BSAM BISAM BTAM BSAM BDAM BPAM BGAM |
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待機アクセス方式 | QSAM QISAM QTAM |
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仮想記憶アクセス方式 | VSAM VTAM |
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マルチプロセッサ | 対称型マルチプロセッサ 非対称型マルチプロセッサ |
Symmetric Multi-Processor Asymmetric Multi-Processor |
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密結合型マルチプロセッサ 疎結合型マルチプロセッサ |
Tight Coupling Multi-Processor Loose Coupling Multi-Processor |
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実行制御 | マスター・スケジューラ | Master Scheduler | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ジョブ・スケジューラ | Job Scheduler | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
イニシエータ | Initiator | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ターミネータ | Terminator | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
PSW PWR |
プログラム状況ワード プログラム状況レジスタ |
Program Status Word Program Status Register |
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タスクの3状態 | 実行状態 実行可能状態 待機状態 |
Run Ready Wait |
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プログラム構造 | 再使用不可能プログラム | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
再使用可能プログラム 逐次再使用可能プログラム 再入可能プログラム |
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再帰的プログラム | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RASIS | 信頼性 | 信頼度 | Reliability | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
可用性 | 利用可能度 | Availability | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
保守性 | 保守容易度 | Serviceability | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
保全性 | 完全性 | Integrity | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
機密性 | 機密保守 | Security | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
クラスタ | HA (High Availability) Cluster |
フェイルオーバー型クラスタ | 共有ディスクタイプ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
データミラータイプ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
遠隔クラスタ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HPC (High Performance Computing) Cluster |
負荷分散型クラスタ | ロードバランスクラスタ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
並列データベースクラスタ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
階層記憶管理 | キャッシュ・メモリ | TLB、レジスタ、SRAM(L1/L2/L3/L4/L5…) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
主記憶 | DRAM | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
拡張記憶 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ディスク・キュャッシュ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
IOバウンダリ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
半導体ディスク | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
磁気ディスク | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
光磁気ディスク | MO、CD-RW | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
フロッピー・ディスク | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
磁気テープ、紙カード | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
記憶領域 | 静的領域 (Static Area) |
コンパイル/リンク時に確定 オーバーヘッドなし、利用効率が悪い |
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スタック領域 (Stack Area) |
実行時に確定(自動割り当て) |
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ヒープ領域 (Heap Area) |
実行時に確定(任意割り当て) オーバーヘッドが大きい、プログラミングが必要 |
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記憶域操作 | ピーク | PEEK | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ポーク | POKE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ポインタ | POINTER |
RAID | Redundant Arrays of Inexpensive Disks | ||||
RAID 0 | ストライピング | ||||
RAID 1 | ミラーリング | ||||
RAID 0+1 | ストライプセットのミラーリング | ||||
RAID 1+0 | ミラーセットのストライプ | ||||
RAID 2 | 1ビットハミング符号誤り訂正 | ||||
RAID 3 | パリティ符号誤り訂正 | ||||
RAID 4 | RAID 3のブロック単位I/O | ||||
RAID 5 | パリティ分散記録 | ||||
RAID 0+5 | |||||
RAID 5+0 | |||||
RAID 1+5 | |||||
RAID 5+1 | |||||
RAID 5+5 | |||||
RAID 6 | 複数パリティ分散記録 | ||||
RAID 0+6 | |||||
RAID 6+0 | |||||
RAID 1+6 | |||||
RAID 6+1 | |||||
RAID 5+6 | |||||
RAID 6+5 | |||||
RAID 6+6 | |||||
RAID 7 | 非同期データ転送 | ||||
RAID Z | 可変ストライプ幅 |
データセット | SLIB | SYSIN | 原始プログラム |
MLIB | SYSLIB | 原始プログラム登録集 | |
LIST | SYSPRINT | 編訳結果リスト | |
RLIB | SYSLIN | 目的プログラム | |
MAP | SYSPRINT | 結合編集結果リスト | |
ELIB | SYSLMOD | 実行プログラム | |
PRGLIB | STEPLIB | 副プログラム |
レジスタ | プログラム状況ワード:PSW | Program Status Word | 64〜128bit |
汎用レジスタ:GR0〜15 | General Register | 32〜64bit | |
制御レジスタ:CR0〜15 | Control Register | ||
アクセス・レジスタ:AR | Access Register | ||
浮動小数点レジスタ:FPR | Floating Point Register | 64bit |
割り込みコード | PSW(新‐旧) | |||
割り込み | 再始動 外部 監視プログラム プログラム 機械チェック 入出力 |
restart external SVC(Super Visor Call) program machine check I/O(Input Output) |
‐ 134(86) 138(8A) 142(8E) 232(E8) 186(BA) |
0(0)‐8(8) 24(18)‐88(58) 32(20)‐96(60) 40(28)‐104(68) 48(30)‐112(70) 56(38)‐120(78) |
完了コード | ||
演算例外 特権命令例外 実行例外 保護例外 アドレス指定例外 指定例外 データ例外 固定小数点桁あふれ例外 固定小数点除算例外 10進桁あふれ例外 10進除算例外 指数桁あふれ例外 指数下位桁あふれ例外 有効数字例外 浮動小数点除算例外 変換指定例外 セグメント変換例外 ページ変換例外 |
Operation Exception Privileged-operation Exception Execute Exception Protection Exception Addressing Exception Specification Exception Data Exception Segment-translation Exception Page-translation Exception Translation-specification Exception Fixed-point-overflow Exception Fixed-point-divide Exception Decimal-overflow Exception Decimal-divide Exception Exponent-overflow Exception Exponent-underflow Exception Significance Exception Floating-point-divide Exception |
S-0C1 S-0C2 S-0C3 S-0C4 S-0C5 S-0C6 S-0C7 S-0C8 S-0C9 S-0CA S-0CB S-0CC S-0CD S-0CE S-0CF S-0D2 _ _ |
命令の形式 | 基本命令形式 | RR形式 RX形式 RS形式 SI形式 S形式 SS形式1 SS形式2 |
アドレス方式 | 0アドレス方式 | [命令部] |
1アドレス方式 | [命令部][第1オペランド部] | |
2アドレス方式 | [命令部][第1オペランド部][第2オペランド部] | |
3アドレス方式 | [命令部][第1オペランド部][第2オペランド部][第3オペランド部] |
命令の種類 | 算術演算命令 |
論理演算命令 | |
転送命令 | |
比較命令 | |
分岐命令 | |
シフト命令 | |
入出力命令 |
基本的な機械命令 | レジスタのコピー | LR |
レジスタのコピーと符号判定 | LTR | |
アドレス値のロード | LA | |
メモリからレジスタへのフル転送 | L | |
メモリから複数レジスタへのフル転送 | LM | |
メモリからレジスタへのハーフ転送 | LH | |
レジスタからメモリへのフル転送 | ST | |
複数レジスタからメモリへのフル転送 | STM | |
レジスタからメモリへのハーフ転送 | STH |
標準リンケージ規約 | リンケージ・レジスタ | ||
入口点アドレス | GR15 | ワーキング用レジスタ | |
復帰アドレス | GR14 | ワーキング用レジスタ | |
呼び出し元レジスタ保管域 | GR13 | ||
パラメータ | GR1 GR0 |
ワーキング用レジスタ | |
復帰コード | GR15 | ワーキング用レジスタ |