ワイヤードロジック

ワイヤードロジック（結線論理）とは

ワイヤードロジック（Wired Logic）は、ハードウェアによる物理的な結線によって直接命令を実行する論理回路の構成方式です。ハードワイヤードロジック（Hard Wired Logic）、布線論理、配線論理、ランダムロジックとも呼ばれます。この方式は、回路内の物理的な配線によって論理演算が固定的に決定されるため、プログラムのような柔軟性はありませんが、非常に高速な処理を実現できるという特徴があります。

ワイヤードロジックの概要

従来のCISCプロセッサなど、複雑なステートマシンを構成する論理回路では、マイクロコード（マイクロプログラム方式）が状態遷移を管理する一般的な手法でした。マイクロコード方式では、一つの処理を実行するために複数のクロックサイクルが必要となり、その間は次の処理に進むことができませんでした。これは、クロックあたりの処理能力を向上させる上でのボトルネックとなっていました。

これに対して、ワイヤードロジックでは、マイクロコードにおける複数の処理ステップを、パイプライン化しやすい組み合わせ回路として展開します。これにより、命令実行の各段階を並列に進めることが可能となり、クロックあたりの処理能力を大幅に向上させることができます。このような回路は「ランダム論理」とも呼ばれます。

マイクロコード方式に対するワイヤードロジックのメリットとデメリット

ワイヤードロジックは、その高速性から多くの場面でマイクロコード方式に代わって採用されています。しかし、それぞれに利点と欠点が存在します。

メリット

高いクロックあたりの処理能力(CPI): ワイヤードロジックは、マイクロコード方式のように複数のクロックサイクルを必要としないため、1クロックサイクルあたりに実行できる命令数が多く、高い処理能力を発揮します。
パイプライン化による高速化: 処理をパイプライン化しやすい組み合わせ回路で実現されるため、クロック周波数を高く設定できます。これにより、全体の処理速度を向上させることが可能です。

デメリット

回路規模の増大: ワイヤードロジックは、複雑な処理を物理的な回路で実現するため、回路規模が大きくなりがちです。
修正の困難性: マイクロコード方式のように、マイクロプログラムROMを差し替えることで命令セットや機能を修正することはできません。回路の変更が必要となるため、柔軟性に欠けます。

ワイヤードロジックの具体的な応用例

ワイヤードロジックは、その高速性を活かして、以下のような分野で利用されています。

RISCプロセッサの命令実行部: RISCプロセッサでは、命令セットがシンプルであるため、ワイヤードロジックによる実装が容易です。
CISCプロセッサの高速化: CISCプロセッサにおいても、一部の処理をワイヤードロジックで実装することで、高速化が図られています。例えば、Intel 486以降のx86プロセッサでは、マイクロコード方式で実装されていた部分をワイヤードロジックに置き換えることで、パフォーマンスが向上しています。

まとめ

ワイヤードロジックは、高速な処理を必要とする場面で有効な技術ですが、回路の複雑さや修正の困難さといった課題も抱えています。そのため、それぞれのメリットとデメリットを理解し、適切な設計を選択することが重要です。

関連項目

マイクロコード
マイクロプログラム方式
クロック同期設計
論理回路
* ステートマシン

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