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計算機の基本原理を味わおう3 - CPUの基本動作をおさえよう

 この記事は、計算機の基本原理を味わおう2 - メモ用紙代わりにメモリの続きです。前回はメモリについて解説しました。今回はCPUについて解説します。
 前回は計算する人が使用する、メモ用紙に相当するメモリについて解説しました。今回解説するのは、計算する人の頭脳に当たるCPUです。以前CPUにはPC(プログラムカウンタ)というデータしか持たないと書きました。とはいえ、実際に動作するとなると、CPUの振る舞いを定義する必要があります。CPUの振る舞いは、命令をメモリから取り出す、命令を解析する、命令を実行するの3つです。
 計算する人が、メモ用紙を使って計算するには、メモ用紙に書いてある値を読まなくてはなりません。皆様も問題を解くとき、問題を読みます。それと同じで、値を取り出す必要があります。その値が書いてある場所はメモリなので、メモリから値を読み出します。以前紹介したPCはこの時の読み出す場所を示しています。このメモリから命令を読み出す行為をフェッチと呼びます。
 メモリから命令を表わす値を読み出した後は、0と1の2進数で表現されたバイナリ値を、命令へ変換する作業が必要です。それをデコードと呼びます。メモリ内の値は電気と相性がいい0と1で表現されています。この値はそのままだと何もわかりません。そこで、命令を実行する前に、何の命令を表わしているのか解釈する必要があるのです。
 ここまで来たら後は簡単です。デコードして分かった命令を実行するだけです。以上の3つがCPUの基本動作(振る舞い)です。
 イメージをつかむために、ここまでの内容を踏まえて、CPUを実装してみましょう。

using System;

namespace MiniBitMachine.V1
{
    //CPU( Central Processing Unit )。
    public class Cpu
    {

        //プログラムカウンタ(読み取るメモリの位置)。
        private byte _pc;
        public byte ProgramCounter
        {
            get { return this._pc; }
        }

        //メモリから命令を読み出す。
        public void Fetch()
        {
        }

        //命令を解析する。
        public void Decode()
        {
        }

        //命令を実行する。
        public void Execute()
        {
        }
    }
}

 ここまでの開設で、CPUの動作がよくわからないと思う読者もいるかもしれません。でも心配ご無用です。こういった物事は、自分でプログラミングして始めてわかっていくものです。今後プログラミングをしていると自然と理解できるので、安心して読み進めてください。
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ジャンル : コンピュータ

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