CPUはどのように計算しているのか（2）：PC Online

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2007年8月7日　page:1/3

CPUはどのように計算しているのか（2）

（中編）CPUの基本的な動作原理とは

市川　幸弘＝日経パソコン

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出典：日経パソコン　2002年1月21日号（執筆時の情報に基づいており、現在では異なる場合があります）

[（前編）プログラムの実態は命令の集まり：前回へ]

4ステップで命令を実行

　命令について理解したところで、もう少しCPU内部に入り込んでいこう。「スーパーパイプライン」などの最新技術を理解するためには、もうちょっと基礎知識をたくわえる必要がある。

　先ほど、CPUは単純作業を繰り返すという話をした。さらに細かく見てみると、実は1つの命令は4つのステップで実行されている。その流れを示したのが下左図だ。CPU内部には「外部バスインタフェース」「制御ユニット」「演算ユニット」という3つの部分がある。

　外部バスインタフェースは、命令やデータをメモリーとやり取りするための門のようなもの。制御ユニットは、読み込んだ命令を「解読」して、さらに具体的な処理内容を指示するところだ。ここには、命令の解読を専門に行う「デコーダー」という機能がある。そして演算ユニットは、制御ユニットが解読した処理内容に従って実際の処理を行う。

　メモリー上の命令を外部バスインタフェースを通して制御ユニットに読み込む作業を「フェッチ」と呼ぶ。フェッチされた命令は制御ユニットにあるデコーダーで、足し算なのか、かけ算なのか、あるいはデータ転送なのか、といった具体的な情報に解読される。この作業をデコードと呼び、解読された命令は「制御情報」に姿を変える。これは、演算ユニットをどのように動作させて演算させるかをコントロールする情報だ。演算の対象となるデータは、メモリーから外部バスインタフェースを通して演算ユニット内に読み込まれる。

　実際に演算を行う演算ユニットの内部を図解したのが下図だ。演算ユニットの中には、処理中のデータを格納する「レジスター」と、実際に演算を行う「演算器」がある。レジスターは複数あり、演算対象のデータはここに読み込まれる。実はどのレジスターを使うかは命令で指定する。アセンブリ言語にある「eax」はレジスターのことだ。演算器はレジスター内のデータを使って演算し、結果をレジスターに書き込む。レジスターに書き込まれた結果は、メモリーに出力される。