Execution of instruction
命令実行の4つのstage(命令取り出し/解読/オペランド読み出し/命令実行)からなる。 以下の1つ1つをステージと呼ぶ。
Instruction fetch(命令とオペランドをフェッチ)
プログラムカウンタ-命令を取り出して命令レジスタに. MemoryからCPUへ命令とオペランドをとってくる
- プログラムカウンタに格納されたアドレスの命令をfetch
- 命令にinstruction fieldとoperand fieldがあるが、それぞれinstruction registerに格納
- program counter値を1増 メモリ(主記憶装置)とやりとりをする。主記憶に格納された命令を順番に取り出して実行する方式。ノイマン型。Von Nemann Bottleneck
CPUと主記憶のやり取り多すぎ
CPUと主記憶の間でやりとりが頻繁に行われるので両者間のデータ転送能力がコンピュータの性能向上を妨げる。キャッシュメモリで解決。
Decode
(命令を処理)命令をデコーダで解読し、ALUに処理内容を伝える信号を飛ばす
- instruction register instruction fieldに格納された命令コードをdecoderで解読
- 演算装置に信号を飛ばすなどする
Operand fetch
(オペランドを処理/:命令部がデコーダで解読されて演算処理へ信号) オペランド部にデータを指定してもらって汎用レジスタにデータを送る、 Operand部にadressが格納されているので、そのメモリのデータを演算装置の汎用レジスタに格納する。
命令デコーダのオペランド（対象データ）フィールドでは、（データ量が多いから）様々な方法で工夫してアドレスを指定してある。
- effective address
- addressing mode
オペランド部は、色々な方法で対象データ指定する
https://youtu.be/qCYXgbMzhLA?si=Xq-Wb3xOplSk5gXy
- immediate addressing
オペランド部に対象データそのもの自体を格納する
- direct addressing
operand部に、メモリadressを格納する
- indirect addressing
operand部に入ってるのはadress そのadressにもadressが格納されている データの変更の自由度がより高くなる。
- indexed addressing
operand部の値 + index registerの値 = この値はadress。 index registerは等間隔で増えていく。 プログラミングで多い、連続したデータを扱う時に便利。
- base addressing
computing deviceにbase registerがある場合
プログラムが補助記憶装置から主記憶装置に移された時の先頭adressを記憶しているので、メモリのどこに来ても、プログラムのデータ自体が連続してくっついていれば、base adress + operand部のnumberのadressに格納されているデータは常に同じになる。 相対的に同じで便利。
ベースレジスタがない場合、プログラミングカウンタで代用する。
- relative addressing
operand + program counter ベースレジスタを持たないCPUのベースアドレス指定方式の代わり。 実行する命令を一時的に記憶