x86

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x86 (80x86)
開発者 インテル/AMD
ビット数 16ビット/32ビット/64ビット
発表 1978年
デザイン CISC
タイプ Register-Memory
エンコード Variable (1 to 16 bytes)
ブランチ Condition code
エンディアン性 Little
ページサイズ 4 KiB
拡張 x87, IA-32, P6, MMX, SSE, SSE2, 64, SSE3, SSSE3, SSE4, SSE5, AVX
オープン No
レジスタ
汎用 16 bit: 6 semi-dedicated registers + bp and sp;
32 bit: 6 GPRs + bp and sp;
64 bit: 14 GPRs + bp and sp.

x86または80x86は、インテル8086、およびその後継(32ビットではIA-32、64ビットではx64マイクロプロセッサ命令セットアーキテクチャである。転じて、インテル社自身の製品に加えAMDなどの互換プロセッサメーカーを含む各社の互換マイクロプロセッサや、それを利用した製品を指す総称としても使われる。

16ビット8086で登場し、32ビット拡張の80386(後にIA-32と命名された)を経て、64ビット拡張であるx64XeonIntel Core i7などに至るが、基本的な命令セット後方互換を保っている。名称がまぎらわしいがIA-64は全く異なる。

名称[編集]

初期のプロセッサの型番が「8086」「80186」「80286」「80386」「80486」と続いたため、総称して「80x86」、更に短縮して「x86」(エックスはちろく、ペケはちろく)や「86系」などと呼ばれるようになった。これらは初期の8086から80286までの16ビットのプロセッサの俗称として始まって主にユーザーや互換チップメーカーによって使用され、80386以後の32ビットのアーキテクチャ拡張を経て、64ビットに拡張された「x64」まで、命令セット上位互換性のあるアーキテクチャや製品のシリーズを広範に含んだ呼称として使用されている。またオリジナルのインテルの製品以外にも、AMDVIAなどの互換プロセッサも含まれる。

パーソナルコンピュータ (PC) から、スーパーコンピュータサーバ組み込みシステムまで広く使われていることから、従来「PCサーバ」や「IAサーバ」と呼んでいたカテゴリーを、「x86サーバ」「x86システム」と呼ぶベンダーが増えている。

32ビットプロセッサの範囲では、x86とIA-32はほぼ同義語だが、「IA-32」は独自の64ビットアーキテクチャであるIA-64との対比でインテルが使用した語のため、インテル社製の32ビットプロセッサのみを指す場合が多い。

歴史[編集]

x86の歴史は、世界最初のマイクロプロセッサ4004から、8ビットの8080を経て、1978年に発売された16ビットマイクロプロセッサ8086から始まる。8086は、8080とのバイナリ互換は無く、大幅に拡張されたものの、アセンブリ言語によるソースコードは大幅な書き換えなしで移植できるよう配慮されていた(そのためx86には、さらに過去からの影響が残った)。「セグメント」と称された(本物のセグメント方式とは異なる。セグメント方式#x86を参照)変則的なアドレッシングによってプログラミング上は不便ではあるものの、1MiBと当時としては広大なメインメモリ空間をサポートし、それとは別にI/O空間も設けられた。1979年には、外部データバスを8ビットとし、当時普及していた8ビット用の周辺ICを使いやすくした8088を発表した。

1982年、IBMからIBM PCが発売されたが、これに8088が採用されたことが、以後のx86の運命を決定した。IBM PCの後継となったIBM PC/ATの互換機(PC/AT互換機)は後年には単にPCと呼ばれるようになり、x86はPCの為のプロセッサと認知されているが、IBM PCの設計の時点では、1年間で開発を完了するために、安定して入手可能で周辺回路も既存品の使用が可能であること、などから選定されたに過ぎない。

8018680286が1982年に発表された。80286は1984年から出荷され、プロテクトモードや24ビット(16MiB)のアドレス空間を持つなどしていたが、パーソナルコンピュータでは専らリアルモードで、ほとんど「単に高速な8086」としてしか活用されなかった。

1985年には32ビットに拡張された80386が発表された。後にIA-32と呼ばれることになるアーキテクチャの誕生である。

32ビット化にあたって、16ビット時代のマイクロコントローラ的な部分(特にその傾向が強かったのは80186)を見直し、メインフレームと渡り合えるような、という意味でコンピュータとして再設計された。

80386は、8086ほぼそのままのリアルモードと、32ビットのプロテクトモードを持つ。さらにプロテクトモード中の仮想86モードにより、従来の8086のプログラムを仮想化して実行できる。階層化された特権レベル(特権リング、4つの階層で構成される)は80286ではスケールダウンしたエミュレーターには使えたが、80386ではこれに加えて割り込みサポートを強化した結果、従来メインフレームクラスのコンピュータでしか利用できなかった仮想マシンモニタの実装を可能とし、後年になってVMwareを筆頭に仮想マシン環境をパソコンレベルで実現に至らしめた。

後にIA-64の誕生に際し、32ビットx86アーキテクチャにはIA-32の名称が与えられた。なお、16ビットアーキテクチャに対しては現在でも公式の名称は与えられていない。

80386を搭載したPCを最初にリリースしたのは、本家IBMではなく、互換機メーカーのコンパックであった。

その後、486Pentiumと続き、64ビット化では最終的にx64アーキテクチャを採用し今日に至る。

インテル自身は、80386より古くから計画された「マイクロメインフレーム」iAPX 432、90年代にはRISCのi860i960、2000年代にはVLIW(を改良したEPICと称された)のIA-64といった、革新的アーキテクチャによりx86を置き換えようとしたが、ことごとく不成功に終わっている。結果としてx86は後付けの拡張を続け、64ビット化では互換CPUメーカーのAMDが定義した拡張を逆輸入までして、今日までインテルの主力アーキテクチャとして延命している。

製品群と世代[編集]

x86が採用されたマイクロプロセッサは多岐にわたり、世代も多く存在している。インテル自体の製造が需要に応え切れない可能性から、インテルは普及を目的にセカンドソースを推奨していたため、各社よりクローン製品が発売された。

一方で独自に互換機能を実装したNEC V30などの製品に対し、著作権を侵害しているとして訴訟を起こしたこともあったが、デッドコピーではないことから、著作権を盾にV30を阻止することは不可能であった。

  • 第一世代 - 8086およびその派生。後に複数の互換製品が登場した。
  • 改訂第一世代 - 80186およびその派生。後に複数の互換製品が登場した。
  • 第二世代 - 80286。 後に複数の互換製品が登場した。この頃より、製造を拡充したインテルは、セカンドソースも認めない方針に転換した。しかし既得権として各社は引き続き製造を続行し、それに留まらず独自改良を行うメーカーも現われた。
  • 第三世代 - 80386およびその派生。後に複数の互換製品が登場した。
  • 第四世代 - 486およびその派生。後に複数の互換製品が登場した。
  • 第五世代 ("P5") - PentiumおよびMMX Pentium。後に複数の互換製品が登場した。互換製品メーカーに対してインテルが訴訟を起こしており、以後、各社はそれ以前のインテル製品に改良を行った製品か、逆に独自に開発を行うようになった。インテルとのクロスライセンスを利用して合法的に互換のある製品も存在する。AMDは訴訟の和解条件として、独自なものを開発するようになった。
  • インテル
  • AMD
    • 第四世代 - Am4x86の他にAm5x86が発売された。
    • 第五世代 ("K5") - AMD K5
    • 第六世代 ("K6") - AMD K6AMD K6-2AMD K6-III
    • 第七世代 ("K7") - AthlonDuron
    • 第八世代 ("K8") - OpteronおよびAthlon 64系。
    • 第九世代 ("K9") - K9と発音が同じ犬 (canine) から、Houndと呼ばれていた系統だと推定される。インテルと同様に方向性の失敗によりキャンセル。
    • 第十世代 ("K10") - PhenomAthlon II、K10に基づくOpteronSempronなど。
  • NexGen
    • 第五世代 - Nx586。バスやチップセットなどインテルと互換性がなく普及しなかった。
    • 第六世代 - Nx686。開発途中でAMDに買収される。AMDは開発中のK6を中止し、Nx686を改良した製品をK6として発売した。
  • Rise Technology
    • 第五世代 - mP6。インテルの第五世代のマザーボードが使用できる。数字が6なのは、インテルなど他社が第六世代に突入していたためと思われる。
    • 第六世代 - RiSE Tiger370。mP6に競争力が無く、今世代は製品化されていない。SiSにライセンス供与してRiSEは撤退した。
  • サイリックス
    • 第四世代 - Cx486SLCCx486DLC。386用のI/Oバスを持った第四世代のCPU。
    • 第五世代 - M1およびそれの派生コア、M2コアを採用した5x866x86、6x86MX、MII。
  • Integrated Device Technology (IDT)
    • 第六世代 - IDT-C6を開発。商品名はWinChip。技術的にはIntelのP5の世代。
  • VIA
    • 第六世代 - 買収したCentaur TechnologyのWinChip4をCyrix IIIと改称・設計変更して商品化。その後、VIA C3に名称変更。その後、インテルとのライセンス切れによりC3を置き換えるC7を発売。
    • 第七世代 - インテルとのライセンス切れにより、そのライセンスに拠らないV4バスを採用したC7を発売。基本的にはC3と特段の違いはない。
    • 第八世代 - VIA製CPUとして初めてアウト・オブ・オーダー実行およびスーパースケーラ命令パイプラインを搭載したVIA Nanoを発売。
  • トランスメタ
    • 第六世代 - 命令セットのみx86を採用したVLIW型CPUを開発。世代は全く関係なくここでの表記上の便宜的なもの。最初の製品としてCrusoeを発売。低消費電力の先鞭を付けた。
    • 第七世代 - 後継のEfficeonを発売。しかし財務的に思わしくなく、チップ開発販売ではなくライセンス販売するように方針を転換した。

主な拡張[編集]

ソフトウェア的な環境は、80386から下位互換性を保ちながら拡張されて来た。これらはユーザが使用可能な拡張については486以降のCPUではCPUID命令を発行することにより、どの拡張が有効であるかを知ることが出来る。

プロセッサ全体[編集]

プロテクトモードに関する拡張[編集]

  • 物理アドレス拡張 (PAE) Pentium Pro以降
  • ページサイズ拡張 (PSE) Pentium以降
  • 36ビットPSE (PSE36) DeschutesコアのPentium II/Pentium II Xeon以降
  • 40ビット物理アドレス拡張 XeonMP

仮想86モードに関する拡張[編集]

  • 仮想モード拡張 (VME) Pentium以降

仮想マシンに関する拡張[編集]

数値演算に関する拡張[編集]

  • 浮動小数点演算機能の統合:486以降
  • 高速な浮動小数点演算コンテクストのセーブ
  • MMX:MMXペンティアム以降
  • SSE:Pentium III以降
  • 3DNow!:AMD独自のSIMD拡張命令
  • SSE2:Pentium 4以降
  • SSE3:Pentium 4、Prescottコア以降
  • SSSE3:Xeon 5100, Core 2 以降
  • SSE4.1:Xeon 5400, Core 2 Penrynコア 以降
  • SSE4.2:Core i7 以降
  • SSE5:AMD Bulldozerコア 以降。SSEで初のAMD独自命令。

省電力に関する拡張[編集]

その他[編集]

脚注[編集]

  1. ^ インテル (2008年3月17日). “Intel Corporation's Multicore Architecture Briefing”. 2008年4月16日閲覧。

関連項目[編集]

外部リンク[編集]