プログラムはなぜ動くのか

①プログラマにとってＣＰＵとはなにか

プログラムって何？ コンピュータに実行させる処理の順番を示すもの。 運動会やコンサートのプログラムのように、「何かを行う順番を示すもの」という意味。

プログラムの中には、何が含まれている？ プログラムは、命令とデータの集合体になっています。 例えば、Ｃ言語のｐｒｉnｔｆ（”こんにちは”）；というプログラムは、ｐｒｉnｔｆが命令であり、”こんにちは”がデータです。

マシン語って何？ ＣＰＵが直接解釈できる言語。 Ｃ言語やＪＡＶＡなどで記述されたプログラムは，最終的にマシン語に変換されます。

実行時のプログラムはどこにある？ メモリー（メインメモリー）にコピーされてから実行されます。

メモリーのアドレスとは、何ですか？ メモリー上で命令やデータが格納されている場所を示す値。 番地とも呼びます。 アドレス メモリーの内容 ０１００ ０１０１ ０１０２ ０１０３ ０１０４ アドレス ０１０５ ０１０６ メモリーの内容 命令：０１０５番地の値をアキュムレータに格納せよ 命令：０１０６番地の値を汎用レジスタに格納せよ 命令：アキュムレータの値に汎用レジスタの値を加算せよ。 命令：アキュムレータの値をディスプレイに表示せよ 命令：プログラムを終了せよ。（ＯＳに戻れ） データ：１２３ データ：４５６

コンピュータの構成要素の中で、プログラムを解釈・実行する装置は何ですか。 ＣＰＵ。（ＣＥＮＴＲＡＬ　ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ　ＵＮＩＴ） 中央処理装置のこと。 プログラムの命令にしたがって、データの演算やコンピュータ全体の制御を行う装置をＣＰＵと呼びます。 多くのトランジスタから構成されたＩＣという電子部品からなる。

プログラム実行のイメージ プログラムをコンパイルしてマシン語のＥＸＥファイルに変換する。 ＣＰＵが、プログラムの内容を解釈、実行する。 プログラマが、Ｃ言語などの高水準言語でプログラムを記述 プログラムをコンパイルしてマシン語のＥＸＥファイルに変換する。 プログラムの起動時に、ＥＸＥファイルのコピーがメモリー上に作成される。 ＣＰＵが、プログラムの内容を解釈、実行する。 #include<stdio.h> int main() { 　　　　　int data[100]; ０１１００１０００１１１００１０１１００１０ ０１１００１０１１０００１１００１０１１００

ＣＰＵを構成する４つの機能要素 制御装置 演算装置 クロック レジスタ１ レジスタ２ レジスタｎ ・

コンピュータの５大装置 制御装置 演算装置 入力・記憶・演算・出力の各装置が効率よく動作するようにコントロールする装置。 制御装置　　 入力・記憶・演算・出力の各装置が効率よく動作するようにコントロールする装置。 演算装置　　 記憶したデータをもとに命令に従って四則演算や比較判断を行う装置。 全商　３級

レジスタってなに？ 処理対象となる命令やデータを格納する領域で一種のメモリーのようなもの。 １つのＣＰＵの内部には種類によって異なるが２０～１００個ほどのレジスタがある。 プログラムはレジスタを対象として記述される。 16ビットＰＣや32ビットＰＣという時の「○○ビット」とは、レジスタの桁数のことを表す。

主なレジスタの種類とその役割 レジスタの種類 役割 アキュムレータ 演算を行うデータ及び演算後のデータを格納する。 フラグ・レジスタ 演算処理後のＣＰＵの状態を格納する。 プログラム・カウンタ 次に実行する命令が格納されたメモリーのアドレスを格納する。 ベースレジスタ データ用のメモリー領域の先頭アドレスを格納する。 インデックスレジスタ ベースレジスタからの相対アドレスをかくのうする。 汎用レジスタ 任意のデータを格納する。 命令レジスタ 命令そのものを格納する。ＣＰＵが内部的に利用する。 スタック・レジスタ スタック領域の先頭アドレスを格納する。

プログラムの流れを決める プログラムカウンタ アドレス メモリーの内容 ０１００ ０１００ 命令：０１０５番地の値をアキュムレータに格納せよ プログラムの流れ ０１０１ ０１０１ 命令：０１０６番地の値を汎用レジスタに格納せよ ０１０２ ０１０２ 命令：アキュムレータの値に汎用レジスタの値を加算せよ。 ０１０３ ０１０３ 命令：アキュムレータの値をディスプレイに表示せよ ０１０４ ０１０４ 命令：プログラムを終了せよ。（ＯＳに戻れ） ０１０５ データ：１２３ ０１０６ データ：４５６ ＊実際には、１つの命令やデータが複数のアドレスにまたがって格納されている。

基本制御構造 順次構造 選択構造 繰り返し構造 順番に実行される処理を表現する構造 処理の流れは、順次、選択、繰り返しの３つの構造で表現できる。 順番に実行される処理を表現する構造 順次構造 状態によって処理を選択する構造 選択構造 何を、どのような条件の間繰り返すかを表現する構造 繰り返し構造

順次構造 処理１ 処理２ 処理３

選択構造 条件 偽 処理２ 真 処理１

繰り返し構造 繰り返し条件 処理 偽 真

選択、繰り返しのしくみは？ プログラムの中に条件分岐や繰り返しがある場合は、それらのマシン語命令が、プログラムカウンタの値を任意のアドレスに（＋１でない値に）設定することになる。

ＣＰＵにできることは、いたって単純 種類 機能 データ転送命令 レジスタとメモリー、メモリーとメモリー、レジスタと周辺装置の間でデータを読み書きする。 演算命令 アキュムレータで算術演算、論理演算、比較演算、シフト演算を行う。 ジャンプ命令 条件分岐、繰り返し、無条件のジャンプを行う。 コール／リターン命令 関数を呼び出す／呼び出し元に戻る

②データを２進数でイメージしよう

３２ビットは、何バイトですか？ ８ビット＝１バイトなので、３２ビットは 　３２÷８＝４バイトになります。

０１０１１１００ （０１０１１１００）２＝4+8+16+64 =92 ０１０１１１００という２進数は、１０進数でいくつになりますか ２ ２進数の各桁に重みに掛けた結果を足すことで１０進数に変換できる。 ０１０１１１００ ２ ０ １ ３ ４ ５ ６ ７ （０１０１１１００）２＝4+8+16+64 =92

００００１１１１という２進数を、２桁左シフトすると、元の数を何倍したことになりますか。 ２進数を１桁左シフトすると、元の値が２倍されます。２桁左シフトすると、４倍されます。 （００００１１１１）２＝１５１０ ２倍 ４倍 （０００１１１１０）２＝３０１０ （００１１１１００）２＝６０１０

なぜコンピュータが情報を２進数で扱うのか？ コンピュータ内部がＩＣで構成されている。 ＩＣには数本から数百本のピンがある。 ピンは直流電圧０Ｖか＋５Ｖのどちらかの状態になっている。 つまり、ＩＣのピン１本では、２つの状態しか表せない。

３２ビットは、何バイトですか？ ８ビット＝１バイトなので、３２ビットは 　３２÷８＝４バイトになります。