15/04/23 ハードウェア概論 第2回 コンピュータの基本構成 中央処理装置 制御装置 入力装置 データの流れ 制御の流れ 記憶装置 出力装置 演算装置 1 15/04/23 主記憶装置のアドレス 主記憶装置にはプログラムのほか，処理中の 演算結果なども保持される 取り出したい（処理したい）データを指定する しくみが必要 主記憶装置のアドレス コインロッカーのようにそれぞれに番号がついて いれば，あるデータが格納されている場所を特定 できる 0000 0001 … アドレス（番地） FFFF 2 15/04/23 CPU CPU (Central Processing Unit) 主記憶装置に読み込まれた（ロードされた） プログラム １つのプログラムの中にはたくさんの命令が つまっている CPU CPUは命令を1つずつ取り出して実行していく 取り出した命令を一時的に保存しておく場所が CPUに必要 レジスタ 3 15/04/23 レジスタの種類 プログラムカウンタ 次に実行する命令が入っているアドレス を記憶 命令レジスタ 取り出した命令を一時的に記憶 インデックスレジスタ アドレス修飾に用いる ベースレジスタ アドレス修飾に用いる アキュムレータ 演算の対象となる数や演算結果を記憶 汎用レジスタ 特に機能を限定していない CPUの命令実行手順 命令の取り出し 命令の解読 対象データの読み出し 命令の実行 4 15/04/23 CPUと主記憶装置（メモリ） CPU 汎用レジスタ メモリ 命令レジスタ プログラムカウンタ 0000 0001 … ALU 命令デコーダ FFFF 命令取り出し（フェッチ） CPU 汎用レジスタ メモリ 命令レジスタ プログラムカウンタ 0001 0000 0001 命令 … ALU 命令デコーダ FFFF 5 15/04/23 命令解読（デコード） CPU 汎用レジスタ 命令レジスタ 命令部 （命令の種類） オペランド部 （処理対象） プログラムカウンタ 0001 ALU 命令デコーダ メモリ 0000 0001 命令 … FFFF 対象データ（オペランド）読み出し CPU 汎用レジスタ 命令レジスタ 命令部 （命令の種類） オペランド部 （処理対象） プログラムカウンタ 0001 ALU 命令デコーダ メモリ 0000 0001 命令 … FFFF 6 15/04/23 命令実行 CPU 汎用レジスタ 命令レジスタ 命令部 （命令の種類） オペランド部 （処理対象） プログラムカウンタ 0001 ALU 命令デコーダ メモリ 0000 0001 命令 … FFFF 命令語 l すべて機械語（0と1の並び）で記述されてい る l 基本的には命令部とアドレス部（オペランド 部）で構成 l 命令の種類によってはアドレス部がないもの や複数あるものもある 7 15/04/23 アドレス指定方式 l アドレス部を指定する方法（アドレス指定方 式）はいくつかある l アドレス指定方式を使って実効アドレスを計 算する 実際に格納されている 主記憶装置上のアドレス 即値アドレス指定 l 命令のアドレス部にデータそのものを格納 l 主記憶装置への参照は行わない 命令部 （命令の種類） オペランド部 （処理対象） 20 8 15/04/23 直接（絶対）アドレス指定 l 命令のアドレス部に実効アドレスを格納 主記憶 命令部 （命令の種類） オペランド部 （処理対象） 20 … 10 … 20 … 間接アドレス指定 l 命令のアドレス部に実効アドレスを格納して いるアドレスを格納 主記憶 命令部 （命令の種類） オペランド部 （処理対象） 10 … 10 20 … 20 … 9 15/04/23 相対アドレス指定 l 命令のアドレス部の値に命令アドレスレジス タ（プログラムカウンタ）の値を加算した値を 実効アドレスとする 主記憶 命令部 （命令の種類） オペランド部 （処理対象） 100 プログラムカウンタ … 100 … 150 … 50 インデックス（指標）アドレス指定 l 命令のアドレス部の値にインデックスレジス タの値を加算した値を実効アドレスとする 主記憶 命令部 （命令の種類） オペランド部 （処理対象） 100 インデックスレジスタ 50 … 100 … 150 … 10 15/04/23 ベース（基底）アドレス指定 l 命令のアドレス部の値にベースレジスタの値 を加算した値を実効アドレスとする 主記憶 命令部 （命令の種類） オペランド部 （処理対象） 100 ベースレジスタ 50 … 100 … 150 … 例題 インデックスアドレス指定方式によってオペランドを指 定する場合，表に示す値のときの実効アドレスは何か． インデックスレジスタの値 10 命令語のアドレス部の値 100 命令が格納されているアドレス 1000 11 15/04/23 CPUの性能指標 ー クロック周波数 クロック コンピュータ内の動作のタイミングをとるために，一定 の周波数の信号を出力する装置 「クロック信号の速さ」 → クロック周波数 CPUを含め，各装置はクロック信号にあわせて動作する CPUの性能指標 ー クロック周波数 クロック コンピュータ内の動作のタイミングをとるために，一定 の周波数の信号を出力する装置 「クロック信号の速さ」 → クロック周波数 CPUを含め，各装置はクロック信号にあわせて動作する 12 15/04/23 CPUの性能指標 ー クロック周波数 「1秒間に出力されるクロック信号の数」 → クロック周波数 例えば，クロック周波数1GHz（ギガヘルツ）のCPUは，1 秒間に109個のクロックが出力される 基本的にはクロック周波数が高くなるほど，コンピュータ の処理速度は向上する 小テスト 【1】 図の(1)〜(3)に適する装置の名称を書き なさい． (1) 入力装置 データの流れ 制御の流れ (2) 出力装置 (3) 13 15/04/23 小テスト 【2】 図の(1)と(3)をあわせて何というか． (1) 入力装置 データの流れ 制御の流れ (2) 出力装置 (3) 【3】 10-6を表す補助単位は何か． 14
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