|
|
|
|
 |
 |
|
 |
CPU章トップ｜誰にでもわかるCPUの仕組み
第1節：CPUとは何か
第2節：命令の実行サイクル
第3節：レジスタの役割
第4節：メモリとCPUの関係
第5節：アドレス指定とメモリマップ
第6節：整数演算とフラグ
第7節：浮動小数点演算
メモリとCPUの関係
CPUは計算を行う装置ですが、
単独では何もできません。
プログラムやデータを保持する
メモリと組み合わさることで、
初めてコンピュータとして機能します。
CPUはなぜ直接メモリを使わないのか
メモリは容量が大きい反面、
CPU内部のレジスタに比べてアクセスが遅くなります。
そのためCPUは、
レジスタやキャッシュを介して
段階的にメモリへアクセスします。
メモリ階層の考え方
現代のコンピュータでは、
速度と容量のバランスを取るため、
複数段階の記憶装置が使われます。
高速 ↑ レジスタ キャッシュメモリ メインメモリ（RAM） 補助記憶装置（SSD / HDD） 低速 ↓
CPUに近いほど高速・小容量、
遠いほど低速・大容量になります。
キャッシュメモリの役割
キャッシュメモリは、
CPUとメインメモリの速度差を埋めるための
中間的な記憶装置です。
最近使用したデータや、
これから使われる可能性が高いデータを
一時的に保持します。
これにより、
CPUがメモリ待ちで停止する時間を
大幅に減らすことができます。
アドレスとメモリアクセス
CPUはデータそのものではなく、
アドレスを指定して
メモリにアクセスします。
このとき使われるのが、
メモリアドレスレジスタ（MAR）と
メモリデータレジスタ（MDR）です。
- MAR：アクセスするメモリ位置を指定
- MDR：読み書きするデータを保持
仮想メモリという考え方
仮想メモリは、
物理メモリの容量を超える
アドレス空間を
プログラムに提供する仕組みです。
CPUとOSが協調して動作し、
必要なデータだけを
メモリへ読み込みます。
これにより、
複数のプログラムを同時に
安全に実行できるようになります。
CPUとメモリの関係まとめ
- CPUは高速だが記憶容量を持たない
- メモリは容量が大きいが速度が遅い
- レジスタとキャッシュが両者を橋渡しする
この役割分担があるからこそ、
現代のコンピュータは
高性能と柔軟性を両立できます。
次に読むべき節
CPUは計算を行う装置ですが、
単独では何もできません。
プログラムやデータを保持する
メモリと組み合わさることで、
初めてコンピュータとして機能します。
CPUはなぜ直接メモリを使わないのか
メモリは容量が大きい反面、
CPU内部のレジスタに比べてアクセスが遅くなります。
そのためCPUは、
レジスタやキャッシュを介して
段階的にメモリへアクセスします。
メモリ階層の考え方
現代のコンピュータでは、
速度と容量のバランスを取るため、
複数段階の記憶装置が使われます。
高速 ↑ レジスタ キャッシュメモリ メインメモリ（RAM） 補助記憶装置（SSD / HDD） 低速 ↓
CPUに近いほど高速・小容量、
遠いほど低速・大容量になります。
キャッシュメモリの役割
キャッシュメモリは、
CPUとメインメモリの速度差を埋めるための
中間的な記憶装置です。
最近使用したデータや、
これから使われる可能性が高いデータを
一時的に保持します。
これにより、
CPUがメモリ待ちで停止する時間を
大幅に減らすことができます。
アドレスとメモリアクセス
CPUはデータそのものではなく、
アドレスを指定して
メモリにアクセスします。
このとき使われるのが、
メモリアドレスレジスタ（MAR）と
メモリデータレジスタ（MDR）です。
- MAR：アクセスするメモリ位置を指定
- MDR：読み書きするデータを保持
仮想メモリという考え方
仮想メモリは、
物理メモリの容量を超える
アドレス空間を
プログラムに提供する仕組みです。
CPUとOSが協調して動作し、
必要なデータだけを
メモリへ読み込みます。
これにより、
複数のプログラムを同時に
安全に実行できるようになります。
CPUとメモリの関係まとめ
- CPUは高速だが記憶容量を持たない
- メモリは容量が大きいが速度が遅い
- レジスタとキャッシュが両者を橋渡しする
この役割分担があるからこそ、
現代のコンピュータは
高性能と柔軟性を両立できます。
宇宙誕生の少し前から宇宙終焉の少し先までを数で表す論文 