TRONCHIP

TRONCHIP（トロンチップ）とは、TRONプロジェクトの一環いっかんで設計せっけいされた命令めいれいセットアーキテクチャ（ISA）およびそれを実装じっそうしたマイクロプロセッサである。仕様しようは書籍しょせきおよびウェブで公開こうかいされており自由じゆうに参照さんしょう・使用しようできる。

特徴とくちょう

基本きほんスペック

• 32ビット
• レジスタ本数ほんすう 16

異種いしゅオペランドの演算えんざん

従来じゅうらいのプロセッサの多おおくは、バイトの加算かさんとワードの加算かさん、といったようなデータ型がたごとの演算えんざん命令めいれいと、符号ふごう付つき拡張かくちょうとゼロ拡張かくちょうの命令めいれいがあった。異種いしゅオペランド同士どうしの演算えんざんでは、まず型かたを揃そろえてから、演算えんざんを実行じっこうし、レジスタ長ちょうより小ちいさい型かたが目的もくてきの結果けっかであれば、それをストアする別べつの命令めいれいを実行じっこうしていた。TRONCHIPでは、オペコードは共通きょうつうとし、型かたと拡張かくちょう方法ほうほう（符号ふごう付つきorゼロ拡張かくちょう）を示しめすフィールドをオペランド指示しじ部ぶに持もつことで、そういった演算えんざんを1命令めいれいで指示しじできる。

命令めいれい形式けいしき

命令めいれい形式けいしきは整理せいりされており、命令めいれい長ちょう32ビットの一般いっぱん形がたと、16ビットの短縮形たんしゅくけいがある。命令めいれいの種類しゅるいにより形式けいしきを分わけるのではなく、全すべての命令めいれいに一般いっぱん形がたがあり、よく使つかわれる命令めいれいやオペランドの組くみ合あわせには短縮形たんしゅくけいも用意よういされる、という方式ほうしきを取とっている。

高水準こうすいじゅん命令めいれい

ビットストリング命令めいれい

グラフィックVRAMの操作そうさなどをわずかな命令めいれい数すうで実現じつげんできる、ビットストリング命令めいれいがある。BTRONなどでの利用りようが想定そうていされていた。

キュー操作そうさ命令めいれい

連結れんけつリスト#双方向そうほうこうリストを操作そうさする命令めいれいを持もち、キューの途中とちゅうへ要素ようそを挿入そうにゅうする操作そうさ、キューから特定とくてい要素ようそを外はずす操作そうさをアトミック操作そうさとして実行じっこうできる。これにより、データ構造こうぞうの設計せっけいにもよるが、キュー操作そうさにともなう細ほそ粒つぶ度どのクリティカルセクションの制御せいぎょを省略しょうりゃくできる。

十じゅう進しん演算えんざん命令めいれい

二に進化しんか十じゅう進しん表現ひょうげんの演算えんざんを直接ちょくせつおこなえる命令めいれいがある。

多段ただん間接かんせつアドレッシングモード

C言語げんごにおいて、ポインタをデリファレンスする前ぜん置おけ演算えんざん子こ * を **p のように複数個ふくすうこ置おいて、メモリを参照さんしょうして得えた値ねを元もとにさらにメモリを参照さんしょうできるが、それと同様どうように、TRONCHIPのオペランド指示しじでは、取とり出だしたデータを元もとに実効じっこうアドレスを算出さんしゅつし、そこから取とり出だしたデータを更さらにアドレッシングに用もちいるという操作そうさを、形式けいしき上じょうは任意にんい回数かいすう反復はんぷくできる。

仕様しようでは任意にんい回かいの反復はんぷくの実装じっそうは要求ようきゅうしておらず、反復はんぷく段数だんすうを制限せいげんしている実装じっそうが多おおい。

レベルの定義ていぎ

実装じっそうする命令めいれいや仮想かそう記憶きおくの有無うむなど、実装じっそう範囲はんいのプロファイル化かが意図いとされており、最終さいしゅう的てきに以下いかが仕様しよう書しょでは示しめされている。

• L1R - 最小限さいしょうげんの命令めいれいセット
• L1 - 最小限さいしょうげんの命令めいれいセットとメモリ管理かんりユニット
• L2 - 拡張かくちょう命令めいれいセットとメモリ管理かんりユニット

EIT

汎用はんようのプロセッサの多おおくはプログラムを実行じっこう中ちゅうに、何なんらかの原因げんいんで実行じっこうを中断ちゅうだんして他たの処理しょりを行おこなう機構きこうを備そなえる。原因げんいんとしては、外部がいぶ割わり込こみ、ページ違反いはん、零れいによる除算じょざん、システムコールなどがあり、例外れいがい、割わり込こみ、トラップ、などと呼よばれ、CPU毎ごとに名称めいしょうや処理しょり内容ないようが異ことなる。TRONCHIPでは、これらを、例外れいがい（Exception）、割わり込こみ（Interruput）、トラップ（Trap）に分類ぶんるい整理せいりし、まとめてEIT処理しょりとした。

• 例外れいがい（Exception）- 命令めいれい実行じっこう中ちゅうに起おこる物もの、ページ違反いはん等とうで、ハンドラから復帰ふっきした場合ばあいは当該とうがい命令めいれいを再さい実行じっこうする
• 割わり込こみ（Interruput）- プログラムの実行じっこうと無関係むかんけいに、外部がいぶ要因よういんで起おこる物もの
• トラップ（Trap）- システムコール、零れいによる除算じょざん等とうで、ハンドラから復帰ふっきした場合ばあいは当該とうがい命令めいれいの次つぎの命令めいれいから再開さいかいする

拡張かくちょう性せい

当初とうしょの設計せっけい時点じてんから64ビットへの拡張かくちょうが考慮こうりょされており、データサイズを指示しじするフィールドなどで、64ビットの指示しじに相当そうとうする値ねやビットが予約よやくとされていた。プレフィクス命令めいれいの付加ふかやモードの追加ついかなどの変更へんこうをせずに、無理むりなく移行いこうできるようにという設計せっけいであった。

また、メモリ空間くうかんも、アドレス0を起点きてんとして、アドレスの数値すうちを2の補数ほすうとみなし、正せいの方向ほうこうと負まけに方向ほうこうに伸のびているもの、とするモデルとした。これも64ビット化かした際さいに、32ビットの単純たんじゅんな拡張かくちょうとみなせるように、との配慮はいりょである。正せい側がわをユーザ半はん空間くうかん、負まけ側がわをシステム半はん空間くうかんとし、基本きほん的てきなメモリ保護ほごもこれを利用りようして定義ていぎされた。

ただし以上いじょうの拡張かくちょう性せいに関かんしては、予約よやくされたのみで、実際じっさいにそれを拡張かくちょうした仕様しようや実装じっそうは（2017年ねん現在げんざい）存在そんざいしていない。

NEC Vシリーズ

ほぼ同どう時期じきに、NEC VシリーズのV60～V80の32ビットシリーズが開発かいはつされている。豊富ほうふなアドレッシングモード、命令めいれいとアドレッシングモードの高たかい直交ちょっこう性せいなどの、いずれも多おおくのCISCプロセッサに見みられる特徴とくちょうだが、そのような共通きょうつう点てんがある。一方いっぽうで、レジスタ本数ほんすうが、TRONチップの16本ほんに対たいし、V60系けいは32本ほんと多おおくこれはむしろ当時とうじのRISCに見みられる設計せっけいである。そのためV60系けいではレジスタの指定していに5ビットを必要ひつようとすることもあり、命令めいれいフォーマットは全まったく異ことなっている（アセンブリ言語げんごでの見みた目めは似にているかもしれないが、アセンブリ言語げんごでの類似るいじは実際じっさいのチップが似にているか否ひかとは全まったく無関係むかんけいである）。TRONチップの命令めいれいは2バイト単位たんいでの可変長かへんちょうで、命令めいれいフォーマットの種類しゅるいは少すくなく抑おさえられているのに対たいし、V60系けいは1バイト単位たんいの可変長かへんちょうでフォーマットの種類しゅるいも多おおい。

特許とっきょ

TRONCHIPの設計せっけいにおいては、最初さいしょの2年間ねんかんを特許とっきょのチェックのみにあてた、という。設計せっけいにおいて回避かいひのためチェックした特とくに重要じゅうような特許とっきょとして、DECによる、バイト可変長かへんちょう命令めいれい（VAX）・プログラムカウンタが汎用はんようレジスタでもある（PDPシリーズ、VAX）・スケール化かインデクスによる修飾しゅうしょく（VAX）、NSによる、外部がいぶアドレシングによるモジュールのサポート（NS32000）、DGによる、アドレスによるリング保護ほご（Eclipse MVシリーズ）を挙あげている。

SISCまたはEISC

「RISC対たいCISC」と業界ぎょうかいジャーナリズムが煽あおっていた時期じきであったが、坂村さかむらはヘネシーとパターソンによるRISC（R2000やBerkeley RISC）を評価ひょうかしたうえで、

• リアルタイム応用おうようを指向しこうしているため、たとえ少々しょうしょう大おおきな操作そうさをする命令めいれいでもクリティカルな部分ぶぶんでの性能せいのうに必要ひつようであればそれを削けずることはできない。
• RISCは使つかい易やすさを考慮こうりょしていない。アドレッシングが自由じゆうでなければ、コンパイラの最適さいてき化かの実装じっそうは難むずかしい。
• RISCではプログラムサイズが増大ぞうだいする。そのため、キャッシュメモリの大だい容量ようりょう化かやバスの高速こうそく化かが必要ひつようになってしまう。

とし、TRONチップは「ノイマンアーキテクチャの究極きゅうきょく」（これは論理ろんり推論すいろんマシンや非ひノイマン型がたマシンの喧伝けんでんをうけて）、「CISCの究極きゅうきょく」、「（RとCの）どちらでもなく、SmartのSでSISCまたはElegantのEでEISCとでもいうべきもの」、等ひとしとしていた。

実装じっそう

Gmicroシリーズとして日立製作所ひたちせいさくしょがH32(Gmicro/500)・Gmicro/200、三菱電機みつびしでんきがM32(Gmicro/100・400)、富士通ふじつうがF32(Gmicro/300)を作成さくせいしていたほか、沖電気おきでんきがO32、東芝とうしばがTLCS-90000/TX(TX1、TX2)、松下電器まつしたでんきがMN10400など、各社かくしゃで開発かいはつされた。

また、富士通ふじつうによるベクトルプロセッサ（浮動ふどう小数点しょうすうてんプロセッサとは別べつ）μみゅーVPなどのコプロセッサ、メモリやバスのコントローラその他たの周辺しゅうへんチップが同時どうじに各社かくしゃにより開発かいはつ・実装じっそうされた。

その後ご

大おおきな応用おうよう先さきと考かんがえられたBTRONプロジェクトが、教育きょういく用ようへの採用さいよう中止ちゅうしで失速しっそくしたこと、RISCをターゲットとしたコンパイラ技術ぎじゅつの発展はってんや、計算けいさん機きの高性能こうせいのう化かによって重おもい最適さいてき化か技術ぎじゅつが実用じつようになったこともあり、あえてCISCを採用さいようする意義いぎが失うしなわれたこともあって、各社かくしゃとも32ビット以上いじょうのCPUはRISCに集約しゅうやくする方向ほうこう(日立ひたち:SH、富士通ふじつう:SPARC、日本電気にほんでんき・東芝とうしば:MIPS、三菱みつびし:M32R)となった。

TRONCHIPの影響えいきょうとしては、次つぎのようなものがある。SHの開発かいはつ者しゃが反面はんめん教師きょうしとして言及げんきゅうしている。いくつかのプロセッサにおいて、EITという事象じしょうの分類ぶんるいが見みられる。LDCTX、STCTXなどといったTRONCHIPと共通きょうつうのニモニックを使つかっているプロセッサが（特とくにCISCマイクロコントローラに）見みられる。M32Rの命令めいれいフォーマットにも類似るいじ性せいが見みられる。

TRONCHIPの採用さいよう例れいを示しめす。GMICRO/100が半導体はんどうたい製造せいぞう装置そうちや人工じんこう衛星えいせいの制御せいぎょ装置そうちに使つかわれた。GMICRO/200は宇宙うちゅう線せん対策たいさくをしたものがきく7号ごうに使つかわれた。電話でんわ交換こうかん機きにGMICRO/300と500が使つかわれた。

参考さんこう文献ぶんけん

• 坂村さかむら健けん「TRONチップ(特集とくしゅう 32ビットマイクロプロセッサ)」『コンピュトロール』第だい16号ごう、コロナ社しゃ、1986年ねん10月がつ。 
• 坂村さかむら健けん『TRONで変かわるコンピュータ』日本にっぽん実業じつぎょう出版しゅっぱん社しゃ、1987年ねん。ISBN 4534012411。OCLC 47401824。 
• 坂村さかむら健けん (1988). “TRONチップの設計せっけい思想しそうとアーキテクチャ”. TRONプロジェクト'87-'88. パーソナルメディア. pp. 265-310. ISBN 489362055X. OCLC 674517051 
• 坂村さかむら健けん『トロン仕様しようチップ標準ひょうじゅんハンドブック』パーソナルメディア、1991年ねん。ISBN 4-89362-084-3。OCLC 674629515。 
• 坂村さかむら健けん 編へん『トロン仕様しようFPU標準ひょうじゅんハンドブック』パーソナルメディア、1992年ねん8月がつ。ISBN 4-89362-099-1。OCLC 122891553。 
• トロン協会きょうかい 著ちょ、パーソナルメディア 編へん『トロン仕様しようチップ標準ひょうじゅんガイドブック』トロン協会きょうかい、1992年ねん。ISBN 4-89362-108-4。OCLC 675158628。 
• 『32ビット・マイクロプロセッサ TRON仕様しようチップ活用かつよう法ほう』スペック、1993年ねん。ISBN 4769202717。OCLC 675421957。 
• 坂村さかむら健けん「TRON仕様しようチップ (<特集とくしゅう>TRONプロジェクトの15年ねん)」『情報処理じょうほうしょり』第だい40巻かん第だい3号ごう、情報処理じょうほうしょり学会がっかい、1999年ねん3月がつ15日にち、252-257頁ぺーじ、NAID 110002763902、2009年ねん2月がつ5日にち閲覧えつらん。