１９９８／０１／２５
注意１：このページは、回線を切断した後でゆっくりご覧になってください（テキストを印刷する場合は、その取り扱いに注意してくださるようお願いします）。
注意２：背景が白地の画面を長時間見つめていると頭が痛くなってしまいますので、ここは背景をグレーにしています。
先週は解説がシリキレトンボですみませんでした。今週こそ命令サイクルについての解説を行います。
命令サイクルとは、「ＣＰＵが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」のことをいいます（これは先週もちょっとだけ触れました）。
ここでは、先週も用いた加算命令を例として、この命令を主記憶装置から取り出してから、その命令実行が終了するまでのＣＰＵの動作を説明をしましょう（すべての命令でＣＰＵが完全に同じ動作をするとは限らないのですが、とりあえずは同じ動作を行う、と考えて結構です）。
例にする加算命令の構成をもう一度以下に示します。
| ２０ | ０１ | １０００ |
（注１）すべて１６進数で示しています。また、１６進数で２０を加算命令としましたので、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、その結果をＧＲ１に設定せよ、というものです。
（注２）命令部は８ビット、レジスタ指定も８ビット、番地指定は１６ビットの合計３２ビットで１命令を構成するとします。
（注３）一見、ＣＯＭＥＴの機械語に見えますが、ちょっと違います。ＣＯＭＥＴで同じ動作を行うには、（２０１０１０００）16でなければなりません。
ＣＰＵは主記憶装置に格納してあるプログラムの若い番地（小さい数の番地）から順に命令を取り出して実行します（第10回講座を参照）。つまり、プログラムの先頭が１６進数で０３００番地ならば、まず０３００番地の命令を取り出して実行し、次に０３０１番地、その次が０３０２番地．．．．と順に実行するのです（プログラムの停止命令に出会うまで）。
ただしこの説明で用いるコンピュータは、１６ビットごとに番地が振られると仮定しました。
すると、もしプログラムの先頭が１６進数で０３００番地ならば、最初の０３００番地の命令を取り出して実行すると、次に実行する命令の番地は０３０２番地です。そして次が０３０４番地．．．と２番地づつ増加することになります。
なぜだか分かりますか？。次の図を参考にして考えてみてください（一つの命令が３２ビット構成ですよ）。
さて図１を見ると、制御装置の中に命令アドレスレジスタというものがあって、その値が１６進数で０３００になっていますね。
命令アドレスレジスタとは、これから実行する（または次に実行する）命令のアドレスを内容とするレジスタで、このレジスタでもってプログラムの流れを（どの番地の命令を実行するかを）制御しているのです。図１はプログラム開始直後の状態ですので、命令アドレスレジスタはプログラムの先頭の０３００となっています。
（注）命令アドレスレジスタは命令カウンタとか、プログラムカウンタとか、逐次制御カウンタ等と呼ばれることもあります。
ここまでが前置きで（いつもながら長いなー）、ここからが本題の命令サイクルの説明です。
今ＣＰＵは０３０２番地の命令の実行を終了したとします（０３０２番地の命令分の命令サイクルが終了したとします）。すると命令アドレスレジスタの内容は０３０４になっているはずで、ここから０３０４番地の命令分の命令サイクルが開始されます。
実は、命令サイクルはさらに、命令取り出し段階と命令実行段階の２段階に分けることができます（命令サイクル＝命令取り出し段階＋命令実行段階）。
命令取り出し段階における各装置の動作は次の通りですので、図２を見ながら動作を追ってください。
- 制御装置は命令アドレスレジスタの内容（つまり０３０４）を主記憶装置のアドレス選択機構に送る。
- 主記憶装置のアドレス選択機構は、送られた番地に存在する命令（つまり２００１１０００）を制御装置内の命令レジスタに送る。
- 次の命令に備えて、制御装置は命令アドレスレジスタの内容を更新する（＋２する。つまり０３０６にする）。
同じく図３を見ながら、命令実行段階における動作を追いましょう。
- 制御装置は命令部の値を命令デコーダで解釈し（ここで加算命令と分かる）、命令の種類に応じた動作を行う演算回路を選択する（つまり、加算回路が選択される）。
- 制御装置は命令の番地部からレジスタの番号（０１だからＧＲ１）を指定するとともに、データが存在する番地（つまり１０００）を主記憶装置のアドレス選択機構に送る。
- 演算装置は（５）で指定された番地にあたるデータ（つまり０００３）とＧＲ１の内容（つまり０００５）を演算回路に取り込む。
- 演算装置は（演算回路を用いて）演算を実行し、結果（つまり０００８）をＧＲ１に格納する。
ここまでで０３０４番地の命令分の命令サイクルが終了し、次に０３０６番地の命令分の命令サイクルが開始されます。
（注１）命令取り出し段階を、命令取り出しサイクルやフェッチサイクル等と呼ぶこともあります。
（注２）命令実行段階を、命令実行サイクルやエグゼキュートサイクル等と呼ぶこともあります。
以上で命令サイクルの説明は終わりです。
今週はちょっとハードだったかもしれませんね。重要な用語もたくさん出てきました。しかも皆似た用語なので覚えずらいかもしれません。
来週はこれまで演習がなかった分、たくさん演習を行いますので、２〜３回前の講座から復習をしておくように。
ではまた来週。