CPU (Central Processing Unit) はコンピュータの頭脳。基本的な構造を理解しておきましょう。
日野 こむぎ
CPUって何でできてるの?
藤森 さやか 先生
CPUは大きく制御装置と演算装置 (ALU)、そしてレジスタという超高速記憶領域でできているの。
青木 澪
つまり、制御装置は命令を読み取って解読する役割、ALUは実際に計算を行う装置で、レジスタは計算中の値を一時的に保管する小さな記憶、という理解で合っていますか?
桃井 すみれ
メモリとは違うのぉ?
藤森 さやか 先生
メモリ (主記憶) はCPUの外にあって大容量だけど遅い。
レジスタはCPUの中にあって超高速だけど少量。
役割が違うのよ。
青木 澪
プログラムは「命令フェッチ→デコード→実行→ライトバック」のサイクルを繰り返して実行されるの。
これを命令サイクルと呼ぶわ。
日野 こむぎ
じゃあCPUはこの順番をひたすら繰り返してるんだ!
あたし、シンプルでいいじゃんって思った!
加算命令をCPU内部で追ってみる
「メモリ上の値を読み、レジスタの値に加える」という命令を例にすると、各装置の役割を具体的に区別できます。
- フェッチ: プログラムカウンタが次の命令番地を示し、命令レジスタへ命令を取り込む。
- デコード: 制御装置が「どの値を読み、どの演算をするか」を解読する。
- 実行: ALUがレジスタから渡された値を加算する。
- ライトバック: 計算結果をレジスタへ書き戻し、次の命令へ進む。
| 構成要素 | 主な役割 | 典型的な誤答 |
|---|---|---|
| 制御装置 | 命令の解読と各装置への指示 | 算術演算をする装置と誤認 |
| ALU | 加減算・比較・論理演算 | 命令番地を保存すると誤認 |
| レジスタ | 命令・番地・計算途中の値を一時保持 | 主記憶やSSDと混同 |
桃井 すみれ
プログラムカウンタには、いま計算している答えが入るんですかぁ?
青木 澪
いいえ、基本は次に実行する命令の番地です。
命令そのものは命令レジスタ、演算対象や結果は汎用レジスタやアキュムレータに保持します。
藤森 さやか 先生
試験では『どのレジスタが何を保持するか』を入れ替えた選択肢が出るわ。
番地・命令・データをまず分類してから選ぶと、名称だけの暗記より確実よ。
確認クイズ
CPU内部で計算結果を一時的に保持する高速な記憶領域はどれか。
- 主記憶
- キャッシュ
- レジスタ
- HDD
こたえを見る
正解: 3. レジスタ
レジスタはCPU内部にある最も高速な記憶領域です。容量は小さいですが、ALUと直結して動作するため命令1サイクルでアクセスできます。
