计算机构造概论

1、計算機構造概論（木）竹村治雄型基本型基本型型最初提示仕組原型現在大半引継型特徴型特徴内蔵方式内蔵方式実行時外部与，内部装置中内蔵（格納），実行時必要読出逐次逐次（），実行中命令保持，逐次的実行固定命令固定命令型命令固定線形装置線形装置型1次元（線形）典型的型，（処理装置）（格納装置）分離，中命令共存，間要求転送競合，部分性能全体性能左右多転送路命令基本構成CPU（ （Central Processing Unit） ）入出力装置入出力装置CPU制御装置演算装置装置装置命令入出力装置入出力装置通信装置CPU“処理装置”，“”，情報処理加工操作演算分担資源（装置）命令制御格納格納等処理（演算）処理

2、（演算）ALU等制御制御等装置入出力装置（register）：）：CPU内情報格納装置内情報格納装置“（累算器）”，“”，”，呼ALU（ （Aarighmetric and Logic Unit） ）:算術論理演算装置算術論理演算装置演算操作（Operation）演算対象情報（）種類多種考：制御装置：制御装置情報処理流制御装置，特命令実行順序()制御装置用語説明用語説明装置装置主情報格納装置（主記憶）CPU内部情報格納装置比較，相対的大容量長期間格納機能特徴入出力装置入出力装置装置補助形大容量情報格納装置（外部装置，補助装置）外部装置通信（入出力）行装置，広意味入出力装置各装置間通信路特各装置

3、共用情報転送路用語説明用語説明用語説明用語説明命令命令（）命令（）命令計算情報処理制御情報装置内命令格納(PC)計算処理対象情報内格納普通（PC）別備，（MAR）命令PCMAR装置内命令命令命令機構機能全体機能分担役割，機構機能示“命令機能”命令命令提示命令一覧命令命令命令協議考，Instruction Set Architecture（ISA:命令）内部数表現形式内部数表現形式2進数“0”，“1”内部電源“ON”，”OFF”資源容量単位bitbyte （1Byte = 8 bit）word （ex. 1 word = 4Byte = 32 bit ）内部容量基本単位決（異場合）命令形式命令形

4、式命令内部幅合表現典型的命令1個命令（word:語）命令命令（1命令32bit一般的）命令命令種類示命令使用存在場所（）示命令実行処理（演算）示命令実行処理結果格納先示src1src2dest処理演算命令OPsrc1src2dest数命令形式分類数命令形式分類3形式2形式1形式11/2形式0形式4形式3形式形式src1src2dest処理演算opr2opr1opr3OPopr2opr1opr3命令形式形式src1src2dest処理演算opr2opr1OPopr2opr1命令形式形式src1src2dest処理演算opr1OPopr1命令ACAC:（累算器）1 1/2形式形式src1src2d

5、est処理演算opr2opr1OPopr2opr1命令短形式形式src1src2dest処理演算明示命令形式src1src2OP.Push downPop up形式形式src1src2dest処理演算opr2opr1opr3OPopr2opr1opr3命令PCNext(次命令）Next修飾方式空間修飾格納装置絶対相対各種修飾方式空間多量格納，格納場所識別為格納場所空間物理空間論理空間命令中指定（柔軟性活用，命令物理空間直接指定避利用）修飾命令中指定論理空間，実際物理空間方法OPopr変換物理空間論理空間修飾EAEA対象EA(effective address):実際格納格納装置対象資源主要装置

6、空間大修飾対象空間比小高速必要，修飾行直接番号指定入出力装置，制御装置，入出力装置制御装置一部認識番号（）割振，指定絶対相対絶対実効求，対象決定修飾方式相対2，加算実行決方式実効絶対EAEA1EA1()()相対EA=EA1+EA2各種修飾方式（immediate,即値）直接（direct,絶対）間接（indirect,絶対間接）（直接）間接間接相対相対（immediate,即値）即値）対象修飾機構経由行直接（直接（direct,絶対）絶対）直接実効命令opr312opr102312EA=102修飾機構，特複雑操作行必要高速可能物理空間広場合，相当長町必要，容量少場合適修飾方式間接（間接（ind

7、irect,絶対間接）絶対間接）直接修飾方式指定実際実効（直接）（直接）直接修飾方式，対象方法opr850312EA=101101850oprReg3312EA=Reg3間接間接間接修飾方式，最初読出実効場合oprReg4312EA=870870内容操作実行時動的実効変実効読出，間接方式欠点長時間短縮可能（即値）直接使用，指定値相対方式Reg3opr1opr2125-25Reg3312+Reg2opr1opr28068093Reg203 200+間接間接方式同様方法計算一端実効読出，実際行方式+312EA=203方式役割（格納）入替，格納利用方式20opr1opr2Reg3800312+Reg

8、3EA=820可変固定方式方式融合修飾方式面，読出，加算実効求Reg2opr1opr2Reg4200312+Reg4EA=221Reg221相対（相対（PC）代用方式変形PC普通単一相対高級言語制御構造実現分岐命令，変更各種活用opr42312+EA=342300PC相対（相対（PC）代PC用場合方式相対同様，特徴1利用oprReg2312+EA=200-15215PC形式内部操作情報，命令以外命令処理（）定義（）定義中宣言，後，実行時装置割付言語構成命令一端構成生成生成生成構成命令一端構成属性属性種性質（属性）決次領域領域同属性持相互識別可能種類示指標，以下要因構成範囲：取値個数範囲精度：引

9、続値間距離演算演算対適用処理機能格納（内部表現方式）格納（内部表現方式）論理的物理的（）資源上表現処理機能型型同属性集合整数型（numeric）論理値型（boolean）文字型（character）数値型数値型自然数：正（非）整数整数：自然数，負整数，合有理数：整数分数合実数：有理数無理数合複素数：実数虚数合非数値型整数型整数型範囲：自然数，不整数精度：演算：算術演算格納形式：固定長形式：範囲限利用，決単位格納方式可変長形式：単位格納場所長変方式格納装置利用効率機構複雑実数型実数型範囲：-+精度：表現形式決演算：算術演算，制同程度演算種類持格納形式：主，浮動小数点表現論理値型論理値型範囲：真偽

10、演算：論理演算格納形式：1文字型文字型範囲：印刷可能文字（）印刷不可能制御文字（制御）演算：他型相互型変換操作文字列対操作（抽出，連結，削除，挿入）転送（move），探索（search）格納形式：構造型構造型基本型対，多数基本型複雑合作成型構造型，範囲有限（静的固定）無限（動的可変）操作方法複雑度異配列型配列型同一型要素集合値可能（ex, array100）型型異型混在可能要素集合要素（）名前（名）行集合型集合型列挙（数上）可能要素集各要素型異，各要素非構造文字列型：文字列型：文字型配列命令実行1命令仮定経実行1命令実行過程命令実行PCMARMARMARM MM MM MMDRMDRMDRI

11、R変換実行命令命令（結果）結果faaaabcfcccceeeeae説明 a) 命令命令（PC）命令(MAR)設定，命令読出装置（MM）指令読出命令（MDR）経命令（IR）設定課程命令装置読出，CPU内格納命令格納命令論理場合，課程物理変換必要b) 命令命令命令命令形式従符号化，回路解読課程c) 従命令実行使用読出装置場合，命令論理，変換機能物理変換MAR設定，読出装置指令読出課程b) 実行実行用命令（演算）実行e) 結果格納結果格納命令実行結果格納先示従格納格納必要場合，実行結果MDR，設定，書込指令f) 次命令決定次命令決定現在実行命令次実行命令，現在実行命令機能暗黙的明示的指定，PC設定課

12、程基本命令操作（演算）命令（命令）処理操作(演算）命令順序制御命令命令実行順序明示的制御処理命令OS関係命令停止（halt）入出力装置制御割込制御命令実行消費，実際何命令主直接使用命令/命令機能分担境界線（），機能機能，機能分担割合左右命令（）設計際，技術技術（）配慮OS言語命令命令機能一部組込ex)言語処理（等）設計際具体的作業，OS構成方法（機能分担）考中心言語処理（）言語処理（）命令形式修飾（）方法表現形式命令機能（命令）関，先決場合，意識言語処理方式設計OSCPU管理（管理）管理入出力処理割込例外処理実行制御，左右普通，先決，意識OS設計言語処理方式言語処理方式方式実行先立命令列翻訳方

13、式言語側埋方法方式（構文）（意味）解釈実行直接解釈実行方法言語A言語B言語CISAaISAbISAc方式方式言語処理言語処理方式分類CISCRISC超CISCCISC(Complex Instruction Set Computer)言語処理機能実現採汎用汎用採用多保守的既存互換性移植性重視RISC(Reduced Instruction Set Computer)CISC逆，言語処理機能実現採“CISC様多種多様命令提供，必実現際低化”認識生出命令，特VLSI思考採用多超超CISC高級言語呼，対象言語機能思考命令CISC機能重視，言語処理機能大半実現採特定応用高速化，問題適応性柔軟性欠，汎用専用採用多命令機能評価命令機能評価TPI = TPC x CPITPI（平均命令実行時間）1命令平均実行時間，性能指標TPC（時間）1長CPI（命令実行）1命令何実行（）TPI(1命令)TPC123nCPI=n時間TPC主実装技術，CPI決RI