第４回 CPUの役割と仕組み２ 命令の解析と実行、クロック、レジスタ 明星大学 情報学科 2010年度後期 コンピュータ設計論 第４回 CPUの役割と仕組み２ 命令の解析と実行、クロック、レジスタ @ DENGINEER
本日 の メニュー １．命令の解析と実行 ２．クロック ３．レジスタ ４．演習
１．命令の解析と実行（１） CPUの命令実行の仕組み 命令取り出し段階 （fetch cycle） 命令実行段階 （execute cycle） 命令サイクル １命令 １命令 １命令 １命令
１．命令の解析と実行（２） 命令取り出し段階（fetch cycle） 命令のフェッチ（F） 命令の解析（D） 主記憶装置に格納されている命令コードを 命令レジスタに取り出す 命令の解析（D） 命令レジスタの命令コードを、どんな命令か 命令デコーダによって解析する プログラムカウンタの更新（A） 解析した命令の長さの分だけ、 プログラムカウンタを加算する
１．命令の解析と実行（３） 命令実行段階（execute cycle） データの読み出し（R） 演算の実行（E） 実行結果の格納（S） 解析された命令が必要とするデータを 主記憶装置から読み出す 演算の実行（E） 入力データやレジスタを入力値として 演算回路を動作させて、命令を実行する 実行結果の格納（S） 実行した結果を、必要な場所へ格納したり 出力したりする
１．命令の解析と実行（４） 命令のフェッチ（F）
１．命令の解析と実行（５） 命令の解析（D）
１．命令の解析と実行（６） プログラムカウンタの更新（A）
１．命令の解析と実行（７） データの読み出し（R）
１．命令の解析と実行（８） 演算の実行（E）
１．命令の解析と実行（９） 実行結果の格納（S）
２．クロック（１） クロック信号 クロック周波数 Hz（ヘルツ） クロックサイクル時間（クロック周期） システムを順次動作させるための きっかけとなる同期信号 クロック周波数 1秒間に発生するクロック信号の数 Hz（ヘルツ） クロック周波数の単位 クロックサイクル時間（クロック周期） クロック信号が発生する時間の間隔 クロック信号1回分の所要時間でもある
２．クロック（２） 周波数と時間の関係 ･･･ 4（MHz） 1 4 x 10 6（Hz） 1 = = 0.25 x 10 -6（sec） １周期 １秒 ･･･ が ４×10 6個 ＝ ４×10 6 Hz ＝ ４MHz ４MHz動作時 の １クロックあたりの実行時間 4（MHz） 1 4 x 10 6（Hz） 1 = = 0.25 x 10 -6（sec） = 0.25（μs）
C P I（Clock per Instruction） ２．クロック（３） 順次動作 １つの命令を取り出して実行 クロックが 数回～十数回 必要 １命令当たり何クロック必要か？ C P I（Clock per Instruction）
２．クロック（４） Z80CPUの例 この命令の場合は、10クロックなので、 （この命令に限れば）10 CPI となる。
３．レジスタ（１） CPUの内部にあって、 情報を一時的に記憶するもの。 CPUの内部処理に必要。 それぞれ、専用の役割がある。
３．レジスタ（２） プログラムカウンタ アキュムレータ フラグレジスタ 次に読み込むべき命令が格納されている メモリの アドレスを指し示すレジスタ。 アキュムレータ 計算処理をするときに使用されるレジスタ。 フラグレジスタ 計算結果の状態を示すレジスタ。 条件分岐などで参照される。
３．レジスタ（３） スタックポインタ ベースレジスタ インデックスレジスタ スタック領域の最新のデータの格納アドレスを指し示す レジスタ。 サブルーチンからの戻り先アドレスの保存などに利用される スタック領域の最新のデータの格納アドレスを指し示す レジスタ。 ベースレジスタ プログラムやデータを参照する際の、基底となるアドレス を示すレジスタ。セグメントレジスタと呼ぶ場合もある。 インデックスレジスタ プログラムやデータを参照する際の、基底からの場所を 示すレジスタ。オフセットレジスタと呼ぶ場合もある。
３．レジスタ（４） 汎用レジスタ 命令レジスタ 原則として、用途を限定することなく 自由に使うことのできるレジスタ。 メモリから読み込んだ、命令に相当するデータを、 どんな命令か解析するためのレジスタ。 通常は、CPUの内部処理でしか参照しないため、 外部からの操作や参照はできない。
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