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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
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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
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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
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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
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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
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１．命令の解析と実行（４） 命令のフェッチ（F）
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１．命令の解析と実行（５） 命令の解析（D）
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１．命令の解析と実行（６） プログラムカウンタの更新（A）
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１．命令の解析と実行（７） データの読み出し（R）
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１．命令の解析と実行（８） 演算の実行（E）
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１．命令の解析と実行（９） 実行結果の格納（S）
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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
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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）
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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）
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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。
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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。
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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。
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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。
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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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