トロンプロジェクトとは

トロン（ TRON : The Real-time Operating system Nucleus ）は、理想的なコンピュータアーキテクチャの構築を目的として、 1984 年に東京大学の坂村健博士によって開始されたプロジェクトである。産業界と大学の協力のもとで、まったく新しいコンピュータの体系の実現を目指している。トロンプロジェクトでは、コンピュータ体系の再構築にあたって、近い将来に高度にコンピュータ化された社会 —電脳社会— が来ることを想定している。電脳社会においては、我々の日常生活を取り巻くあらゆる機器、設備、道具にマイクロコンピュータが内蔵される。さらに、それらがコンピュータネットワークにより相互に接続されて、協調動作することにより、人間の活動を多様な側面から支援する。コンピュータが内蔵されネットワークに接続された機器を、インテリジェントオブジェクト、それらが接続され協調動作するシステム全体を超機能分散システム（ HFDS : Highly Functionally Distributed System ）と呼ぶ。HFDS の実現は、トロンプロジェクトのもっとも重要なゴールである。

現在、トロンプロジェクトは、６つの基礎サブプロジェクトと、いくつかの応用サブプロジェクトに分かれて進行している。基礎サブプロジェクトでは、 HFDS の構成要素となるコンピュータシステムについて研究を行っている。具体的には、トロン仕様チップ（ VLSI を用いたマイクロプロセッサのアーキテクチャ）、 ITRON （組み込みシステム用リアルタイム OS 仕様）、 BTRON （パソコンやワークステーション用の OS 仕様とその関連仕様）、 CTRON （通信制御や情報処理を目的とした OS インタフェース仕様）、 MTRON （以上の OS を相互に接続するための追加仕様）、 TRON 電子機器ヒューマンインタフェース（各種の電子機器のヒューマンインタフェースの標準ガイドライン）の各サブプロジェクトが進行している。

応用サブプロジェクトでは HFDS 内での現実の応用システム実現のための問題点を取り上げ細かく分析し解決してゆく。未来のコンピュータ化された社会をミニモデル的にシミュレートし、基礎サブプロジェクトで開発されたアーキテクチャの成果を評価する。応用プロジェクトは問題解決に基礎プロジェクトの成果を利用し、基礎プロジェクトは応用からの貴重なフィードバックを研究に役立てるという構造になっている。

1990 年代と 21 世紀に向けて

トロンプロジェクトは 1990 年代から 21 世紀の技術レベルに基づいた理想的なコンピュータアーキテクチャを目指している。この理想の実現にあたり、高度な VLSI 技術を前提として、リアルタイム処理やコストパフォーマンスを重視し、究極のフォン・ノイマン型アーキテクチャの実現を目指している。家庭電器製品や産業用ロボット、パソコン、ワークステーション、大型コンピュータ、電話交換装置などといった広い分野にわたるアプリケーションに統一的な最新の設計思想が適用されることになる。

オープンアーキテクチャ

基本的な方針として、トロンプロジェクトの成果は公開された仕様という形で一般に入手できるようになっている。この仕様をもとに誰でも自由に製品を開発し市場に参入できる。この方針は HFDS の実現を目指すという立場からして当然であり重要なことである。トロン協会はトロン仕様に関して仕様作成や仕様適合性の検証を行う中核となる機関として設立された。トロンプロジェクトの趣旨に賛同し、協会の規則に従うならば誰でもトロン協会の会員になることができる。

弱い標準化

トロン仕様はコンピュータインタフェースを規定するが、基盤となるハードウェアやソフトウェアに関してはまったく規定せず、 OS 自身ではなく OS インタフェースを規定している。プログラムやデータの互換性を実現することで、開発コストを軽減し、ユーザやアプリケーションプログラマーの教育的効果を向上させることを狙っている。そういった意味で設計のコンセプトのみを規定するという弱い標準化が方針として採用されていて、標準化された設計コンセプトに従い実装者が実際のシステムを自由に実現することができる。弱い標準化は、発展し続ける最新の技術を採り入れることと、それと相反する HFDS 内の構成要素間の互換性を達成することとの折衷案としての意味合いも持つものである。

インタフェースは、マイクロプロセッサの命令セット、 OS 核（カーネル）、 OS 外核、アプリケーションプログラムという形で階層的に定義されている。仕様が階層的なので多くの会社がそれぞれの階層を互いに別々に開発・実装することができる。 1 つのシステムでも、異なった階層を別々の会社で開発できることはもちろん、同じ階層も各社の自由競争の下で実現することができる。

将来の互換性

トロンプロジェクトでは将来の上位互換性を実現するために、過去の互換性にひきずられることのないようにしている。既存の多くのコンピュータシステムは初期のアーキテクチャを拡張することで実現されてきた、いわば何度も改築が繰り返されて大きくなった家のようなものである。一方トロンは未来の VLSI 技術を基盤とするまったく新しいアーキテクチャである。例えば TRON 仕様チップに関しては 32 ビットバス対応だが、基盤システムが 64 ビットに拡張されることも想定されている。トロンでは各種アプリケーション間でのデータ互換性を実現するため、 TAD （ TRON Application Databus ）という標準データフォーマットが規定されている。 TAD フォーマットにより既存の OS がトロンと共存する道も提供されている。

自動車を運転するようにコンピュータを使えたら：操作の標準性

トロンプロジェクトのもう 1 つの目的は、ちょうど現在の自動車が基本的にはメーカーやモデルによらず運転できるように、誰でも使えるコンピュータを実現することである。ハードウェアやアプリケーションが改良や変更されても使い方を学ぶために余分な労力をかけることのないよう、特にパソコンには車と似たようなヒューマンマシンインタフェース（ HMI : Human Machine Interface ）の標準化が大切なのである。

基礎プロジェクト

トロン仕様チップ: インテリジェントオブジェクトを作成するためには、汎用マイクロプロセッサシリーズが必要である。トロン仕様チップは HFDS 構成要素を提供する VLSI マイクロプロセッサとして独自に開発された仕様である。トロン仕様チップは 1990 年代と 21 世紀の半導体技術がフルに生かせるよう、将来拡張されても大丈夫なように設計されている。最初のバージョンは 32 ビットであるが、 64 ビット拡張がスムーズにできるようになっている。; 命令セットは ITRON や BTRON で生かせる特殊命令を含んでいる。良く使われる命令には、コンパクトな短縮フォーマットが用意されており、実行効率の向上とプログラムサイズの縮小を実現している。; トロン仕様チップは異なったメーカーにより同時に実装されている。各社の製品名は Gmicro/100 ・ 200 ・ 300 ・ 400 ・ 500 、 TX1 、 TX2 、 MN10400 、 O32 といったものである。 Gmicro/400 と Gmicro/500 は、スーパースケーラアーキテクチャを採用しており、後者はもっとも高い実行性能を持つ。 TX-2 は、低消費電力を狙ったプロセッサで、電力消費量あたりで最大の性能を持っている。; トロン仕様チッププロジェクトではシステムバス標準についても研究され、二つのバス仕様が実際に公開されている。 1 つは TOXBUS といい、プロセッサ、メモリや入出力機器間での高速同期転送を目指したものである。もう 1 つは汎用非同期バスである TOBUS である。; チップ検証セットは実装されたチップがトロン仕様に準拠しているかどうかを検証するためのプログラム類である。 1992 年に開発と検証テストが行われ、 1993 年 2 月より検定が開始されている。
ITRON (Industrial TRON ）: ITRON は機器組み込み制御用リアルタイム OS のアーキテクチャである。インテリジェントオブジェクトのリアルタイムマルチタスク OS として使われる。最初の ITRON カーネル仕様である ITRON1 は 1987 年に公開され、その後、 8bit MCU に適用するための μITRON 仕様（バージョン 2 ）、主にトロン仕様チップに適用するための ITRON2 仕様が 1989 年に公開された。これらの仕様に基づき、多くの ITRON 仕様のカーネルが実装され、広範なアプリケーションに適用されている。社内用に実装されているものも多く、全体の数はわかっていないが、トロン協会に登録されているものだけでも、約 30 の実装例がある。; 最新の仕様である μITRON3.0 仕様は、 1993 年に公開され、現在、各種のマイクロプロセッサ上に実装作業が進められている。 μITRON3.0 仕様には、ネットワークで接続された分散システムに適用するための仕様も含まれている。カーネル以外では、 BTRON ファイルのシステムと互換性のあるファイル管理機能を持つ ITRON/FILE 仕様が公開されている。; 現在の研究課題としては、共有メモリプロセッサシステムに適用するための ITRON-MP 仕様（ MP はマルチプロセッサをあらわす）や、システム稼働中にネットワーク構成が変化するような状況に対応する IMTRON 仕様がある。 IMTRON は、 HFDS 実現へ向けて重要な仕様となる。その他の課題として、 ITRON 仕様カーネル上でのソフトウェア開発をサポートする開発環境、デバッグ環境の標準化にも取り組んでいる。
BTRON (Business TRON ): BTRON は人間と計算機がスムーズに情報伝達できるようなパソコンやワークステーションのアーキテクチャである。統一的なヒューマンマシンインタフェース（ HMI ）、そしてデータ移植性を目的とするトロンアプリケーションデータバス（ TAD ）を用いてデータ互換性が保証されることが重要視されている。 BTRON HMI の主たる特徴はキーボードと電子ペンを入力デバイスとするグラフィカルユーザインタフェース（ GUI ）である。タッチパネルを電子ペンの代わりに入力デバイスとすることができ、ペンだけを使用する HMI ガイドラインも現在作成中である。; TRON HMI ガイドラインはさまざまなユーザやアプリケーションに応用可能なボタン、スイッチ、ハンドルなどのいくつかの物理的なインタラクションパーツについて規定している。多様なユーザに適応する例として、イネーブルウェア仕様と多国語仕様がある。前者は、いろいろなハンディキャップを持つ障害者のための HMI 、後者はあらゆる人に自分の母国語でコンピュータを操作することを可能にするためのものである。このガイドラインに沿って作成された HMI の元では、ユーザは互換性の違いなどにより戸惑うことはなくシステム間の移行をスムーズに行うことができる。; TAD はトロンアーキテクチャに従って設計されたコンピュータ間でのデータの互換性を実現する。従来の文書や絵のデータはもちろん、音声や画像などのリアルタイムデータやいろいろな環境情報なども扱える汎用的データ互換フォーマットである。これまで述べてきた目的を満たす仕様として BTRON1, BTRON2,BTRON3 の仕様が公開された。 BTRON1 は限定されたハードウェアリソースの上での実装を想定して設計されている。一方 BTRON2 ， BTRON3 は強力なコンピュータシステムのハードウェアリソースをフルに活用できるように設計されている。また、 BTRON3 仕様では、疎結合ネットワークによる μITRON3.0 仕様 OS との接続も考慮している。; ノートブック型のパソコン上で動作する BTRON1 仕様 OS は 1991 年に発売された。トロン仕様キーボードも BTRON 仕様コンピュータ用に開発されている。これまでのものより簡単に使えて、疲れも少ないように設計されている。電子デジタイズペンがポインティングデバイスとして使われているが、マウスなどより手書き文字入力や図形の描画に適している。トロン仕様キーボードは 1991 年に発売された。 μBTRON バス仕様は新しいパーソナル LAN （ Local Area Network ）を規定している。このバスは「電子文房具」と呼ばれる周辺機器を BTRON 仕様コンピュータに接続するためのものであり、リアルタイム性と使いやすさの両方を追求している。; 現在は、 BTRON のための新しいウィンドウシステムアーキテクチャ、 BTRON でのグラフィカルアプリケーション群のバッチ処理を実現する TACL （ TRON Application Control Flow Language ）、マルチメディア TAD 仕様の整備などを中心に研究している。
CTRON (Communication and Central TRON ): CTRON は情報通信ネットワークの交換処理、通信処理、情報処理の各ノードに共通に適用できるオペレーティングシステムインタフェースである。情報化社会の幕開けといわれた 80 年代から、 CTRON は情報通信ネットワークの核となるべく、 CTRON インタフェース仕様の検討、ソフトウェアポータビリティ評価実験、リアルタイム性の評価実験などが行われてきた。; CTRON インタフェース仕様は 1988 年に第 1 版が公開され、その後仕様変更の集積、仕様のスリム化などにより全面改訂を行い、 1993 年に「新版原典 CTRON 大系」として出版された。 1989 年には CTRON 仕様の OS 検定が開始され、現在までに 20 を超える製品が合格している。; 1990 年から 1992 年にかけて、 CTRON インタフェース仕様に準拠した製品の流通性を実験によって定量的に把握するために、ソフトウェアポータビリティ評価実験が行われた。この実験によりソフトウェア流通性の高いことが検証され、さらにソフトウェア流通にかかわる課題を抽出し、 CTRON 仕様書へ反映された。; このように CTRON は 90 年代の高度情報通信ネットワークでの基本的なソフトウェアプラットホームとしてほぼ確立された。今後は 21 世紀に向けて、マルチメディア時代の通信ネットワークの核となるべく検討されつつある。
MTRON (Macro TRON ): HFDS 実現の鍵となるのが MTRON サブプロジェクトである。 MTRON は大規模コンピュータネットワークのための「オペレーティングシステム」を構築するための 1 つの体系としての意味合いを持つ。 MTRON での研究は最近になって活発となってきた。基礎プロジェクトの成果がようやく利用可能段階に入ってきたからである。ということで、 MTRON サブプロジェクトは現在基礎的な研究段階である。重要研究テーマには TULS （ TRON Universal Language System ）を用いたプログラマブルインタフェースや、 MTRON の核となる ITRON を拡張した IMTRON などがある。
トロン電子機器 HMI: HFDS は人間の生活を支えるために多くのインテリジェントオブジェクトが協調動作することで達成される。すべての HFDS 環境にわたり一貫性のとれた HMI がトロンプロジェクトで必要となってくる。このサブプロジェクトは、パソコン、電子機器、自転車などを含めたあらゆるインテリジェントオブジェクトのための HMI ガイドラインの作成を目的としている。プロジェクトの成果はトロン電脳生活ヒューマンインタフェース仕様として公開されている。 1992 年と 1993 年の 2 回、この仕様に従った HMI デザインコンペティションが開催され、仕様の有効性の評価が行われている。

応用プロジェクト

トロン電脳住宅: トロン電脳住宅は未来のホームオートメーション研究のための実験的住宅である。東京都西麻布での電脳住宅パイロット版への居住実験が 1992 年の 12 月にはすでに完了している。現在のパイロットハウスでの研究は近未来の居住空間をシミュレートするという発展的段階に入ってきている。シミュレーションにより、生活用式のあるべき姿、発展の可能性についての探求が続けられている。インテリジェントハウスではコンピュータとセンサーが内外の状況すべてを把握し、もっとも快適となるように統合システムを操作する。例を挙げれば、気温と湿度は空調システムだけではなく、気象条件に応じて窓を自動開閉することでも調整される。また、老若男女に関わらす誰もが住宅内のシステムすべてを簡単に使えるように統一的操作作法が採用されている。
トロン電脳ビル: トロン電脳ビルの目的は、働く人にとって最適のオフィスを提供するためにコンピュータ化されたビルの設計に各基礎研究の成果を適応することである。 HFDS でのトロンコンセプトを採り入れた電脳ビル内では、照明、空調、窓などのビルの構成要素にコンピュータ、センサー、アクチュエーター（モーターなどの動力部分）が組み込まれている。より能率的で快適な生活環境、労働環境を適用するために、さまざまなインテリジェントオブジェクトが互いに通信しあい協調動作を行う。 BTRON 仕様パソコンのネットワークがビル内での通信に使われる。ロボットにより書類や作業器具を近代的に移動させるのが、自動貯蔵物流分散システムである。トロン電脳ビルの 1 号ビルはまもなく着工される予定である。
トロン電脳都市: トロン電脳都市は、生活の快適さと知的生産性を向上させるために、トロンプロジェクトのコンセプトを大規模に採り入れている。オフィスビル、住居、道路など、都市のすべての構成要素がコンピュータ化され、ネットワークで接続されている。この都市は 21 世紀前半に完成する予定になっている。この未来都市では例えば、インテリジェント自動車は目的地に自動運転で向うことができるようになっている。道路にはセンサーが埋め込まれていて、突然近付いてきた人間を検知し車に警告を発することなどもできるのである。オフィスビルを接続しているコンピュータネットワークにより、どのビルにいても同じ仕事をすることができるし、自宅で仕事をすることさえ可能なのである。
トロン電脳自動車網: トロン電脳自動車網研究委員会では、未来のコンピュータ社会での自動車交通網の研究を行っている。想定システムでは、各自動車はその他の自動車、道路、都市と、コンピュータネットワークにより自由にデータ交換をすることができるので、安全と快適な運行に関していつでも最新の情報を手にすることができる。