CPUを理解する

CPUは命令を実行する中心装置であり、制御・演算・高速な一時記憶を協調させる。各部の役割を分けて理解すると、命令実行や性能問題の前提が整理できる。

この単元で学ぶこと

CPU内部には制御装置、ALU、複数のレジスタなどがあり、バスを介して命令やデータをやり取りする。プログラムカウンタや命令レジスタは命令実行の順序管理に重要である。

プログラムカウンタ次に取り出す命令のアドレスを保持するレジスタ。分岐命令では次アドレスが連続値ではなく書き換えられる。

命令レジスタ主記憶から取り出した現在の命令を保持するレジスタ。制御装置が命令を解読するときの入力になる。

汎用レジスタ演算対象や途中結果などを高速に保持するレジスタ。主記憶アクセス回数を減らし処理を高速化する。

ALU 加減算・比較・論理演算などを実行する演算装置。制御装置からの指示に従って演算する。

制御装置命令を解読し、CPU各部へ処理順序や動作を指示する。データそのものの長期保存ではなく制御信号を担当する。

「何を保持するか」「何を計算するか」「何を指示するか」の3軸で区別する。アドレスならプログラムカウンタ、現在の命令なら命令レジスタ、演算ならALU、全体制御なら制御装置という具合に役割から選ぶ。

命令フェッチではプログラムカウンタが示すアドレスを使って主記憶から命令を取り出し、命令レジスタへ格納する。その後制御装置が解読し、必要に応じALUで演算する。

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