ハードウェアの基礎知識オペレーティングシステム第２回前回の絵    ある程度のハードウェアの知識が必要別の講義で聞いているかも知れないここで説明するものは簡略化したひとつの例簡略化した構成図バス後でよく出てくるバスの下にあるが意味はないメモリ（１）    主記憶装置ある単位で区切られていて，それぞれに番地（アドレス）番地により，特定の位置を指定８ビットのことが多い  データの読み出し・書き込み過去のコンピュータの場合，別のサイズのものがあるメモリ（２）     HDDも記憶装置のひとつメモリよりは読み書きに時間がかかるが，容量が大きく値段が安い高速なものと低速なものを組み合わせる  記憶装置の階層化 C P U (1)     Central Processing Unit 中央処理装置単にプロセッサ（processor） “頭脳” ひとつのLSIにまとめられていることが多い  MPU（Micro Processing Unit） C P U (２) 1. 命令をメモリから取り出す 2. 命令を実行する  データをメモリから読み出す  演算する  結果をメモリに書き込む（格納する）  …  1，2 を繰り返す（サイクル）いろいろたくさんある C P U (３)     いろいろな部品で構成されるレジスタ（register）  演算対象のデータを保持プログラムカウンタ（program counter ）  次に取り出す（実行する）命令が格納されているメモリの番地  PCと略すとりあえず，この２つを C P U (４)  レジスタの使い方（使われ方）の例 83 8 C P U (５)     メモリのデータをレジスタにコピーレジスタのデータとメモリのデータを演算  結果はレジスタのデータを上書きレジスタのデータをメモリにコピー  メモリのデータを上書きちょっと注意（個人的には）  レジスタに値を設定，メモリに値を格納 C P U (６)  実行モード  特権モード  OSを実行するためのモード  すべての命令を実行可  非特権モード（一般ユーザモード）  一般のプログラムを実行するためのモード  特権命令（システムを管理するための命令など）は実行不可プログラムの実行（１）  プログラム（一連の命令）もデータもメモリに格納されているプログラムの実行（２） 1. PC ← 1000 （PCはプログラムカウンタ） 2. PC番地から命令を取り出す 3. PCの値を1増やす 4. 取り出した命令を実行する 5. 2に戻る命令の種類（１）   CPUにより，大きく異なる命令の長さ  ここではひとつのメモリ（の単位）に入るとしているが，複数のメモリ（の単位）が必要なものもある命令の種類（２）  データ転送命令  メモリ ⇔ レジスタ  例 3002番地のデータをレジスタに  データを，メモリからCPUに  例レジスタのデータを3001番地に  データ（計算結果）を，CPUからメモリに命令の種類（３）  演算命令  レジスタとメモリのデータの演算  例レジスタのデータと3000番地のデータを足して，結果をレジスタに  算術演算だけでない  例レジスタのデータと3003番地のデータを比較  注意複数のレジスタがあることも命令の種類（４）  PCの値の変更する命令  次に実行する命令を変える  分岐命令  例 PCの値を2000にする  例直前の演算の結果が0ならば，PCの値を 1001にする（条件付き）命令の実行（１）例 “レジスタのデータと3000番地のデータを足して，結果をレジスタに”という１命令 ① 命令の解釈  “足し算”である ② 必要なデータはどこにあるのか  レジスタとメモリ（3000番地） ③ 実際に演算  足し算を実行 ④ 結果はどうするのか  レジスタ命令の実行（２）    命令が実行単位しかし，１命令であっても，いくつかの処理ステップからなる CPUは命令を処理単位とする  途中で中断することはない機械語    コンピュータが理解できるものビットの並び  人間には分かりにくい分かり易くしたものがアセンブリ言語  情報処理技術者試験 CASLⅡ  命令を英単語（を略したもの）  番地を名前アセンブリ言語（CASLⅡ）による 1番レジスタ（GR1)に A番地のデータをプログラム例持ってくる（load) A B C LD GR1, A ADD ST … DC DC DS GR1, B GR1, C GR1のデータにB番地のデータ（A番地のデータは変わらない）を加える（add） Cのプログラムだと GR1のデータをC番地に格納 GR1は和となる（変化する）する（store） B番地のデータは変わらない int a=3, b=5, c; GR1のデータは変わらない C番地のデータは上書きされる c = a + b; メモリのあるところにAという名前を付ける 3 5 1 メモリのAの次に，Bという名前を付ける数値3を格納する数値5を格納するメモリのBの次に，Cという名前を付ける (場所を確保するだけ）マルチプロセッサシステム     複数のプロセッサからなるシステム複数のプログラムを同時に実行できる  並列処理高速化マルチプログラミングという言葉が出てくるが異なるものであるマルチコア  ひとつのLSIの中に，複数のプロセッサ  LSI技術（集積度の向上）の発達で可能になった  省エネという面もあるまとめ（１）  ひとつの命令が実行単位  命令の解釈いくつかの処理が必  必要な準備（番地計算など）要になる  実行まとめ（２）     c = a + b; ひとつの“計算”だと思っても，いくつかの機械語の命令で実行される LD GR1, A ADD GR1, B ST GR1, C 途中で中断することがある！と，どうなるか？  後で取り上げる予定まとめ（３）   実行モード  特権モードと非特権モード割込みで重要まとめ（４）  記憶装置の階層化  レジスタ  キャッシュメモリ  主記憶（メモリ）  “仮想”という言葉が HDD いろいろな場面で  低速なメモリとして扱うことができる出てくるので注意  仮想記憶まとめ（５）  “マルチ …”  後でいろいろ出てくるので注意まとめ（６）  ハードウェアは多種多様  技術の進歩で大きく変わる  例えば，いろいろな入出力装置を容易に使えるようにすることもOSの機能簡単に歴史おまけ歴史   コンピュータ史（IEEE Computer Society) http://www.computer.org/computer/timeline/ti meline.pdf コンピュータ博物館（情報処理学会） http://museum.ipsj.or.jp/ では    キーボードのキーの配列  文献15 最初のコンピュータ  文献14 最初のマウス  http://www.youtube.com/watch?v=1MPJZ6M 52dI では  最初のコンピュータウイルス  インターネットの始まり  etc.