第1章 パソコンの基礎知識
1-2 CPU

1-2-4 CPUの基本動作

 プログラムは、命令の実行手順が記述されたものです。そして命令の実行は、命令取り出し段階命令実行段階の2つの動作を繰り返します。この過程を命令サイクルといいます。

 命令取り出し段階と命令実行段階による一連の流れのうち、個々の過程をステージといいます。最も基本的な命令実行過程は、次の4つの過程(4ステージ)に分けられます。

  1. F:命令の取り出し
  2. D:命令の解読
  3. E:有効アドレスの計算と命令の実行
  4. WB:演算結果をメインメモリに書き戻す

 命令の実行は、下の図の逐次制御方式が基本的な流れとなります。これは、1つの命令の4ステージを終了してから、次の命令に移るものです。

 ただし、現在のCPUは、複数の命令実行をステージごとにずらして並列処理する先行制御方式が多く採用されています。先行制御方式は、このような流れ作業によって複数の命令を効率よく処理していくことで、単位時間当たりに実行可能な命令数を増やすことができます。命令1個ずつの実行時間には変化はありませんが、平均実行時間(=経過時間÷実行命令数)は短縮されます。下の図のように、逐次制御方式が2命令を実行する間に、先行制御方式は5命令を実行しています。

 

1-2-3 キャッシュメモリの仕組み 1-2-5 CPUの高速化技術