SH7750 シリーズ

SH-4はスーパースカラ方式を採用した、高性能な組み込み向けRISCプロセッサです。組み込み向けのRISC CPUとして多くの採用実績を持つSuperHアーキテクチャをさらにマルチメディア向けに拡張しています。
SuperHはコード効率の良い16bit固定長命令セットを持った、組み込み機器に最適なRISC CPUです。

SH-4は16bit固定長命令を継承し、さらに浮動小数点命令、キャッシュ操作命令を追加しています。
また強力な積和命令も持っています。

スーパスカラ構成のCPU

SH-4はスーパスカラ方式を採用しています。プロセッサの中に２つの処理系統(パイプライン)を持ち、２つの命令を並列に処理することができます。

スーパースカラ方式とは、1クロックで複数の命令を実行する方式です。この方式を採用しているSH-4では、図のように１クロックで最大２命令の処理が可能です。したがってシングルスカラ方式と比べた場合、同一動作周波数ならば処理によっては実行時間は半分、性能は２倍となります。

特に浮動小数点の演算とデータのロードストアを平行して実行できることでフーリエ変換やデジタルフィルタ処理などを高速に実行できます。

また、同じ性能をシングルスカラ方式よりも低い周波数のクロックで実現できるため、消費電力や電磁ノイズを低減できる効果もあります。

FPUにより、積和演算(DSP演算)を高速に実行可能

SH-4は強力なFPU（浮動小数点演算器）を搭載しています。
例えば3Dグラフィックスでは、視点変更等の処理において3次元座標の位置ベクトルの変換演算（アフィン変換）を行ないます。
この時のアフィン変換における座標計算には一般に４X４行のマトリクスが必要になります。
SH-4ではFTRV命令を持っており、４X４行のマトリクス演算を４サイクルピッチで実行可能です。

この命令を連続で実行した場合、かけ算を１６回、加算１２回の計２８演算を４サイクルで実行することになり1.7GFLOPS/240MHzの高速演算が可能となります。
スーパースカラ方式により、FPU（32ビットX16本、2バンクのレジスタ）へのデータ移動を切れめなく実行できます。
DSPが得意としていた、FIRフィルタ、FFT演算等の積和演算を高速に実行できます。

FLOPS:Floating point number Operations Per Secondの略

図. 処理の流れ

スーパースカラ方式により、FPU Register Fileに対する「FMOV命令によるLoad/Store」と「FTRV命令によるFPU演算」が並列に実行されます。
また、 FPU Register File1とFPU Register File2を交互に切り替えて使うことにより、片方のRegister Fileとデータキャッシュとの間でデータを転送している最中でも、別のRegister Fileを使って演算を続けることができます。

【解説】
上図は、(1)のマトリクス演算式における＊1 部分のデータを入れ替えながらマトリクス演算を行う例を示しています。
マトリクス演算命令FTRV発行前に、まずレジスタ(FPU Register File)に演算したいデータをLoadします。
ここでレジスタ

DR8,DR10 = FV8
DR12,DR14 = FV12
DR4,DR6 = FV4

は、それぞれ同じレジスタを示します。
FTRV命令を実行後、演算結果をデータキャッシュにStoreします。

MMUを内蔵、Windows(R)CE、Linux等の汎用OSに対応

SuperHファミリのうちSH-3、SH3-DSP、SH-4の各CPUをコアとする製品は、メモリ管理ユニット(MMU)を内蔵しています。MMUはメモリのマッピングや保護を目的としたメモリ管理のためのハードウェアです。

MMUを用いると、アプリケーションなどのソフトウェアから見える論理的なアドレス空間と、物理的なメモリ空間を別々に扱うことができます（アドレス変換が可能）。

またアプリケーションからアクセス出来るメモリ領域を制限することにより、万一アプリケーションが暴走してもOSに影響を与えず、システムへの影響を最小限に抑えることができます。

＊ MMU：Memory Management Unitの略
＊ Windowsは米国Microsoft Corporationの米国およびその他の国における登録商標または商標です

【解説】

MMU、論理空間の概念

MMUは、物理的なメモリをページ毎に分割して管理し、これを論理アドレス空間に割り当てます（マッピング）。この機能を応用すると、物理的なメモリより大きい仮想的なメモリ空間をソフトウェアに提供できます。また、個々のアプリケーションやOS本体を別々の論理アドレス空間で実行することにより、セキュリティを高めることもできます。

-論理アドレスを任意の物理アドレスに変換可能－

PCIコントローラーを内蔵(SH7751/SH7751R)

情報機器では表示やネットワークとのインタフェースやストレージデバイスとプロセッサを接続するためにPCIバスのような標準バスを使用することがあります。

特に技術革新がめまぐるしく、たえず新しい表示/ネットワーク/ストレージなどのコントロールデバイスが開発されている状況下において短期間で製品を市場に出すためには、このようなコントロールデバイスとのインタフェースにPCIバスを採用することが得策です。

PCIコントローラを内蔵したSH7751/SH7751R（ＳＨ-4）を選択することでグラフィックスコントローラ、イーサネットコントローラ、DVD、CD-ROMコントローラ、などとの接続が容易に実現できます。