bit指定について
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- OSECPU-VMのrev2には、アセンブラにbitというよくわからないものが標準で出てくるようになりました。それについての説明です。
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- パソコン向けCPUの歴史を考えてみると、8ビットCPUから始まって、16ビット、32ビット、64ビット、と発展してきました。将来はどうなるのでしょうか。128ビットとか256ビットになるのでしょうか。
- こうしてみると、まるでビット数が増えることが技術の進歩のように思うかもしれません。実際64ビットのレジスタはかなり広い範囲の整数を扱うことができます。それまで32ビット演算で収まらなかった場合、複数の整数演算を組み合わせて64ビット計算をしてきたので、プログラムは単純化されて分かりやすくなり高速化されます。
- しかし一方で、デメリットもあります。たとえば1+2+3+...+9+10の計算をすることを考えてみた時に、こんな計算は8ビットどころか、6ビットもあれば十分な計算なのですが、それにもかかわらず64ビットのCPUはこれを64ビットで計算します。その分余計に電力を消費していますし、回路内のゲートも多くなって、高クロック化の妨げになっています。・・・100メートル先のお店に行くために、超高速飛行機を飛ばすようなものです。そんなの徒歩か自転車くらいで十分なのです。演算対象によって適切なビット数というものがあって、それより大きいのは結局は無駄なのです。だから一番大きなビット数に合わせてすべてを設計してしまうと、無駄の多いシステムになってしまいます。
- もし64ビット演算が時々しか必要ないのなら、結局は32ビットCPUが一番良いのかもしれません。いやそれどころか、もしかしたら16ビットCPUくらいが一番いいのかもしれません。
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- もし全ての分野に共通な最適なビット数が分かれば話は単純です。たとえばそれは32ビットだとしましょう。それならOSECPU-VMは32ビットのVMとして設計してしまえばいいのです。これでOSECPU-VMは全ての分野に適合できるすばらしいVMになります。
- 最適なビット数がわからない以上は、この演算は○○ビットでやってください、とプログラム内に記述できるようにすることが一番いいと僕は考えました。そのためにすべての整数演算にbitという定数を記述する部分があります。
- VMは、もしCPUのアーキテクチャが16ビットで、それにもかかわらず32ビットの演算を要求されれば、多倍長演算アルゴリズムを使って32ビット演算をします。したがってプログラマは本当に必要なビット数を書けばいいのです。我慢して小さな数を書く必要はないですし、必要もないのに無駄に大きな数を書く必要もありません。これにより、16ビットや8ビットの組み込みCPUなどでも、無駄に32ビット演算のエミュレーションなどをする必要はなくなります。8ビット演算で十分な時は8ビット演算しかしないからです。逆にもし本当に必要なら遠慮なく256ビットでも4096ビットでも書くべきです。それをわざわざ多倍長演算する必要はありません。それはVMが自動でやってくれることだからです。
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- 一方で、世界最小サイズを目指してコードを書きたい場合は、bit=32とすることをお勧めします。もちろんそれでは無駄な演算になってしまうこともあるでしょう。しかし32ビットはデフォルトになっているので、これをよく使うことはサイズの上では有利です。
- なぜ32ビットをデフォルトにしたかです。正直、多くのケースでは16ビットで十分だと感じてはいました。しかしゲームなどを作る際に、スコアなどは3万以上の数値を使いたいかもしれないと思いました。また、カラーコードでも24ビット以上がほしくなるのではないかと思いました。ということで、デフォルトは32ビットとしました。ちなみにAPIの引数では、16ビットしか要求しないものがかなりあります。
- 註：16ビットしか要求していない引数に対して32ビットで渡すことは何の問題もありません。上位ビットが無視されるだけです。
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