理系大学院生

1-5 CPUの高速化処理

CPUは以下の順序で命令を実行する

1. 命令の呼び出し

2. 命令の解読

3. 実行アドレスを求める

4. 処理に必要なデータ(オペランド)の取り出し

5. 命令実行

6. 演算結果を格納

この1～6の作業の仕方が多様にあります。

・逐次制御方式

まず、逐次とは

順序通りする

という意味です。

つまり、1→2→3→4→5→6

と処理を行っていく方式です。

これでは処理の速度が遅くなってしまうので

以下に紹介する方式が考えられました。

・パイプライン方式

複数の命令に対して、1ずつずらしながら並行に処理を進めていく方式

命令①、命令②を実行したいとき

①-1→①-2, ②-1→①-3, ②-2→.......

のように処理を行っていく方式です。

しかし、分岐処理と呼ばれる処理(条件によって命令が異なる処理)において、

処理の順番が乱れることがあります。

これをパイプラインハザードと言います。

このパイプラインハザードを対策するために

実行される確率の高い方を予測する分岐予測や

確率の高い処理を行い、結果を保持しておき、

分岐先が正しければ、その結果を利用する投機実行

などが行われています！

・スーパーパイプライン方式

パイプライン方式をさらに細分化した方式

・スーパースカラ方式

複数のパイプライン方式で処理を行う方式

CPUの命令体系

CPUの命令セットアーキテクチャとして

CISC(シスク), RISC(リスク)

がある。

CISC(Complex Instruction Set Computer)とは

複雑な命令体系(命令数が豊富)で

1回の命令で複数の処理を行うことができる。

主にPCのCPU

RISC(Reduced Instruction Set Computer)とは

単純な命令体系(単純な命令に絞った)で

命令の実行時間が均等になり、パイプライン方式で効率よく処理できる

主にスマホ, タブレット, 組み込みシステムのCPU

他にもCPUの処理速度を上げる方法がある

・マルチコアプロセッサ

マルチ=複数の　

つまり、1つのCPU内に

複数のコア(演算回路の中核部品)を持っているもの

・GPU (Graphics Processing Unit)

行列演算を用いることで

3Dの画像処理を高速に行う画像処理装置

今日はここまで

ありがとうございました。

1-4 CPUの動作原理 (基本情報技術者試験)

1-4 CPUの動作原理

CPUには高速な記憶装置が内蔵されており、

それをレジスタと呼ぶ！

色々な役割を持ったレジスタがいます！

例えば、

・命令レジスタ

実行する命令を格納する

・命令アドレスレジスタ

次に実行する命令のアドレスを格納する

などなど

コンピュータは人間が書いたプログラムでは

処理することができないため、

コンピュータが理解できる言語

つまり、機械語(命令語)に翻訳しなければなりません！

命令語には

処理する内容が書いてある命令部と

どのデータを使うかを示しているアドレス部で

構成されています！

命令実行サイクルとして、

まず、大枠としてコンピュータはプログラム記憶方式で

処理を行なっています！

プログラム記憶方式とは

主記憶にプログラムを格納し

CPUが順に命令を処理していきます！

これに関して、もっと詳しく見ていきます！

1.主記憶から命令を取り出し(命令フェッチ)、命令レジスタに格納

2.命令レジスタに格納した命令語の命令部をデコーダで解読

3.命令レジスタに格納した命令語のアドレス部をアドレスレジスタに送り、実効アドレスを求める

4.求めた実効アドレスが示す主記憶のデータを取り出し、CPU(演算装置)に渡す！(オペランド処理)

5.処理実行

6.処理の結果を主記憶に格納

実効アドレスとは

主記憶に存在する実行したい処理に

必要なデータのアドレス

つまり、位置

命令のアドレス部から実効アドレスを求める方式を

アドレス指定方式という！

アドレス指定方式は6つの方法があります！

・即値アドレス指定方式

アドレス部＝必要なデータ

・直接アドレス指定方式

アドレス部＝実効アドレス

実効アドレスに格納されている

データが必要なデータ

・間接アドレス指定方式

アドレス部＝実効アドレスが格納されているアドレス

アドレス部のアドレスに格納されているのが

実効アドレスで実効アドレスに

格納されているのが必要なデータ

・相対アドレス指定方式

実効アドレス＝アドレス部＋プログラムカウンタ

プログラムカウンタ(命令アドレスレジスタ)とは、

次に実行するアドレス

・指標アドレス指定方式

実効アドレス＝アドレス部＋指標レジスタ

・基底アドレス指定方式

実効アドレス＝アドレス部＋基底レジスタ

以上、ここで終わりー！

ありがとうございました！！

1-3 CPU

1-3 CPU

CPUはコンピュータの頭脳にあたり、

プログラムを処理する(process)ため、

プロセッサ(processor)と呼ばれています。

また、CPUの性能は

クロック周波数とバス幅で表されます！

クロック周波数とは、

まず、クロックとは、一定の間隔で電圧が

「高」、「低」が繰り返す信号です。

つまり、クロック周波数は

この1秒間に「高」、「低」を何回繰り返すかを

表した数字です。

単位はヘルツ(Hz)

クロック周波数の値が高いと処理速度が速いです！

次に、バス幅とは

まず、バスとは

CPUや主記憶またキャッシュメモリなどが

お互いにデータを送受信する伝送路

身近なものに例えると

電線とか道路とかを思い浮かべました！

バスの幅が広いほど処理速度が速くなります！

今日は以上です！

ありがとうございました！

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ありがとうございました！！

1-2 コンピュータの構成　(基本情報技術者試験)