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CPUの構成 レジスタ 基本情報技術者試験対策

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コンピューターの構成

CPUの構成「レジスタ」

まず、CPUの働きを理解するうえで大切な、「レジスタ」について説明します。

CPU内部には、「レジスタ」を呼ばれる小さな記憶装置を複数もっています。

1つのレジスタの記憶容量は、コンピュータによって異なりますが、8ビット、16ビット、32ビット、最近では64ビットのレジスタなどもあります。

ここで1ビットは、2進数1桁の数値の0か1を記憶するだけの容量です。
32ビットのレジスタでは、2進数32桁分の記憶ができる容量で、非常に小さい容量となっています。

また、「レジスタ」はCPU内部でもっているため、非常に高速でデータの読み書きが行われます。

新しいCPUでは、たくさんの役割のレジスタを持ち、処理速度を上げるようになっています。

CPUがプログラムを実行するために必要な「主記憶装置(メモリ)」

メモリには、通常1バイト(8ビット)毎に0番地から順番に1番地、2番地とアドレスが割り振られています。

画面の図のように、4桁の16進数(2バイト)でアドレスが割り振られている場合の先頭の番地は、0番地から始まり、最後の番地は16進数でFFFF番地となります。

この16進数については、後の講習で詳しく説明します。

ここでは、主記憶装置(メモリ)には、番地(アドレス)が先頭から順番に割り振られていることを覚えておいて下さい。

そしてこの主記憶装置(メモリ)には、プログラムの命令やデータが格納されています。

この命令とは、CPUが処理する操作で、プログラムはこの命令で構成されています。

CPUがどの命令を実行し、どのデータを読んでくるかは、このメモリの番地を元に命令やデータを参照します。

なので、主記憶装置(メモリ)の番地(アドレス)は非常に大切な役割があります。

CPUを構成する「制御装置」について

制御装置には、「命令解読器(デコーダー)」、「プログラムカウンタ」と「命令レジスタ」があります。

デコーダーは、命令レジスタに記憶されている命令を解読します。

「プログラムカウンタ」は、プログラムが次にどの命令を実行するのか、その命令が記憶されている、メモリのアドレスが登録させています。

例えば、プログラムカウンタに、0001 というアドレスが登録されていると、メモリの 0001番地に記録されている命令を読みに行きます。

また、この「プログラムカウンタ」は「プログラムレジスタ」「命令アドレスレジスタ」とも呼ばれます。

次に「命令レジスタ」は、プログラムの命令を記憶する「命令部」と、その命令の対象となるデータがメモリのどこの番地に格納されているかを記憶する「オペラント部」に分かれます。

「命令レジスタ」にはこれから実行する命令がメモリから読みだされ「命令部」に記憶されます。

その命令がメモリのどこのデータを参照するかが「オペラント部」にアドレスとして記憶されます。

制御装置にはこの他にも、スタックポインタなどがあります。

スタックポインタについては、後ほど講習で詳しく説明を致します。

演算装置には、実際に計算処理を行う「算術論理演算装置(ALU)エーエルユー」があります。

レジスタには、演算結果を一時的に保存する「アキュムレータ」や、アドレスを修飾するのに使われる「ベースレジスタ」や「インディックスレジスタ」などがあります。

またそれ以外に、いろいろな用途で使用される「汎用レジスタ」などがあります。

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