１９９８／０１／１８
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「ＣＰＵは主記憶装置から一つの命令を取り出し、それを解釈、そして実行する」。「コンピュータ（というかＣＰＵ）はこの動作を次々と繰り返し処理を進行する」。
以上はこれまでも何回か説明した点です。
このとき、主記憶装置から一つの命令を取り出してから、その命令の実行を終了するまでの過程を、命令サイクルといいます。
今回はこの命令サイクルについて説明しましょう。
ただし、命令サイクルを理解するには機械語の命令の構成についても知っておく必要がありますので、まずは簡単にこの説明から。
機械語の命令に限らないのですが、一般に命令と呼ばれるものにはオペレーションとオペランドがあります。ちょっと難しく言えば、オペレーションとはその命令で規定する演算で、オペランドとはその演算の対象となるデータのことです。
例えば、”ｘ＋ｙ”という命令においては、”＋”がオペレーションで、”ｘ”と”ｙ”がオペランドになります。
そして機械語の命令にもオペレーションとオペランドがあり、機械語の命令におけるオペレーション部分を命令部、そのオペランド部分を番地部、といいます。この定義に従えば機械語の命令は、次の構成で表すことができます。
| 命令部 | 番地部 |
もちろん機械語ですから、命令部も番地部も２進数ですね。
機械語のオペランドを”番地部”と呼ぶことで分かるかもしれませんが、機械語のオペランドは一般に演算対象のデータそのものではなく、演算の対象のデータが存在する（主記憶装置上の）番地を指定します。だから先の例で言えば、”ｘ”や”ｙ”の値そのものではなく、これらのデータが存在する主記憶装置上の番地になります（絶対番地か相対番地かは、ここでは無視する）。
さてここで一つ疑問が出たかもしれません。”ｘ＋ｙ”の命令にはオペランドが二つありますが、機械語の命令の構成では番地部が一つしかありませんね。
実はオペランドは１つしかない場合もあるし、３つとる場合もあります。また番地部がない場合もあるのです。次の図を見てください。この図で”番地”となっている部分を総称して”番地部”といいます。だからオペランドを複数とることもできるのです。
| 命令部 |
| 命令部 | 番地 |
| 命令部 | 番地 | 番地 |
| 命令部 | 番地 | 番地 | 番地 |
（注）この形式のことを命令形式といい、上から順に０アドレス指定方式、１アドレス指定方式、２アドレス指定方式、３アドレス指定方式、といいます。どの命令形式をとるかは、各コンピュータ（というかＣＰＵ）のアーキテクチャ等によるのですが、ここでは無視。
ここからちょっとややこしいのですが、実は上記の４つの命令形式の他に、もう一つ命令形式があります。それは１＋１／２アドレス指定方式というものですが、何はともあれこの形式を以下に示しましょう。
| 命令部 | レジスタ | 番地 |
この形式の命令のオペランドは、一方をレジスタで、もう一方を番地で表現します。
０アドレス指定方式〜３アドレス指定方式は、番地部がすべて番地なのですっきりしていますが、１＋１／２アドレス指定方式は、番地部に”レジスタ”というものがあってちょっと奇異に感じるかもしれません。ところが、この命令形式が最もポピュラーな命令なのです。
ところで、”レジスタ”とは何でしょうか。
これを説明し出すと本筋からどんどん離れていってしましますので、ここでは簡単に、”レジスタとは、ＣＰＵの中にある数バイトの領域を持った（記憶をつかさどる）装置”と覚えてください。レジスタは主記憶装置より圧倒的に記憶容量が小さいですが、その代わり、主記憶装置よりも高速に読み書きすることができます。
また、一口にレジスタと言っても沢山の種類があります。ただしここで”レジスタ”と言った場合は、汎用レジスタを指すものと思ってください。
汎用レジスタとは、プログラムの中から自由にその内容を参照・更新することができるレジスタで、ＧＲ０〜ＧＲ１５（ＧＲはGeneral Registerの略）まで１６個あるのが一般的です。
（注）何と、汎用レジスタを主記憶装置の一部に割り当てている特殊なコンピュータもあるのですが、ここでは無視します。
ここまでついてきていますか？（心配だなー）。たぶん初心者にとっては、ここら辺が最初の壁でしょう。でもこれが理解出来ると、後々楽できますよ。なんせ今説明しているところあたりは、コンピュータの動作の神髄のようなものですから。閑話休題
前に述べたように、１＋１／２アドレス指定方式の命令が最もポピュラーな命令ですので、ここからの説明は、機械語の命令形式はすべてこの形式である、という前提で説明を行います（そうするとコンピュータの動作が理解しやすいので）。
さて、機械語の命令の番地部に表れるレジスタは汎用レジスタですので、命令形式を以下のように書き直しましょう。
| 命令部 | ＧＲ× | 番地 |
（注）×：０〜１５
また、ＣＰＵがこれから実行しようとする命令は、命令部が加算命令（便宜的に１６進数で２０を加算命令とする），ＧＲは１（１６進数で０１），番地は（１６進数で）１０００であるとします。すると機械語の命令は次のものとなります。
| ２０ | ０１ | １０００ |
この命令の意味は、「ＧＲ１の内容と（１６進数で）１０００番地の内容を加算して、それをＧＲ１に設定せよ」というものです。
これまで命令の演算結果をどうするかについては触れませんでしたが、この例の加算命令では、演算結果を元のレジスタに書き直します。
この様子を以下の図に示します。
以上説明したように、一般の機械語の命令を実行すると、汎用レジスタの内容と主記憶装置上の内容とで演算を行います。そして、その演算は命令部で、その演算のオペランドは番地部（レジスタ番号と主記憶装置上の番地）で示されるのです。
ここまでが機械語の命令の構成についての説明です。もっと簡単に説明しようと思いましたが、少しくどかったかもしれませんね（反省）。
ということで、命令サイクルはまた来週にしましょう（実をいうと、機械語の命令の構成の説明がこんなに長くなると思わなかったので、慌ててタイトルだけを変更したのです。終わり方が唐突なのはそのせいです）。
ではまた。