コンピュータの基本構成と命令の実行

コンピュータは5つの装置でできている

結論：命令は「記憶装置」から取り出され、「制御装置」が解釈します。 コンピュータは入力・記憶・演算・制御・出力の5つの装置（5大装置）でできています。このうち制御装置と演算装置をまとめたものがCPU（中央処理装置。プロセッサとも呼ぶ）です。

厨房にたとえると、記憶装置はレシピ本と食材の棚、制御装置はレシピを読んで指示を出す料理長、演算装置は実際に包丁を握る調理担当です。料理長（制御）はレシピ（命令）を棚（記憶）から取ってきて読みますが、自分では切りません。

基本構成図の読み方：図ではデータの流れを実線、制御の流れを破線で描きます。全部の装置に破線を伸ばしているのが制御装置です。入力→記憶→出力と実線で並ぶ真ん中が記憶装置、記憶装置と実線で行き来するもう1つが演算装置です。

試験での問われ方：「命令を解釈するのは演算装置」「命令は入力装置から直接取り出す」という選択肢がひっかけです。取出し＝記憶、解釈＝制御の組み合わせで覚えてください。

プログラム内蔵方式（ノイマン型）

結論：プログラムを先に主記憶に入れておき、CPUがそれを順に読み出して実行する方式を「プログラム内蔵方式」と呼びます。 考えた人の名前からノイマン型とも呼ばれ、今のコンピュータはほぼ全部この方式です。試験ではプログラム格納方式、プログラム記憶方式という呼び方でも出ます（3つとも同じ意味です）。

ひっかけには、名前が似ている別の仕組みが選択肢に並びます。どれも「実行方式」ではないので、まとめて切れるようにしておきます。

見分け方：問題文に「主記憶に記憶されたプログラム」「順に読み出して実行」とあれば、答えは名前にプログラムと格納・記憶・内蔵が入っている選択肢です。

命令はこう実行される（CPUの中のレジスタ）

結論：CPUは「命令の取り出し（フェッチ）→解読→実効アドレス計算→データ読出し→実行」を繰り返します。 レジスタは、CPUの中にある小さくて高速な記憶場所です。それぞれのレジスタには決まった係があります。

flowchart LR
  A["① 命令フェッチ<br>PCの番地から命令を取る"] --> B["② 命令解読<br>命令レジスタ→命令デコーダ"]
  B --> C["③ 実効アドレス計算"]
  C --> D["④ オペランド読出し"]
  D --> E["⑤ 実行（ALU）"]
  E --> A

1. **プログラムカウンタ（PC）**が持っている「次の命令の番地」を使って、主記憶から命令を取り出す
2. 取り出した命令を命令レジスタに入れ、命令デコーダが意味を解読する
3. データが置かれている番地（実効アドレス）を計算する
4. その番地からデータ（オペランド）を読み出し、ALUで計算する

解読（②）とオペランド読出し（④）の間にあるのは実効アドレス計算です。この順番はそのまま問題になります。

試験での問われ方：PCの役割を聞く問題では、命令レジスタ（命令を保持）、フラグレジスタ（演算結果の状態）、データ用レジスタ（データを保持）の説明が選択肢に並びます。PCが持つのは命令ではなく番地です。また、図で「主記憶→a→命令デコーダ」と並んでいれば、aは命令レジスタです。

命令語の形：命令部とアドレス部

結論：1つの命令は「何をするか（命令部）」と「何に対してするか（アドレス部＝オペランド）」の組み合わせです。 オペランドとは、命令の対象になるデータや、その番地のことです。

押さえるのは次の2点だけです。

• オペランドがない命令もある（例：停止命令）
• 命令語の長さ（命令語長）は、1台のコンピュータの中でも命令によって違うことがある

ひっかけは「オペランドの個数＝主記憶の番地の個数」「命令語長はすべて等しい」のように言い切っている選択肢です。オペランドにはレジスタを指定することもあるので、番地の数と一致するとは限りません。

アドレス指定方式（最頻出）

結論：命令のアドレス部の値に何を足すか、何回たどるかで、データがある番地（実効アドレス）が決まります。 アドレス指定方式は、その決め方のルールです。この分野でいちばん多く出題されています。

間接アドレス指定を住所でたとえると、「20番地に行け」と書いたメモがあり、20番地に着くと「25番地に行け」と書いてある、という二段の道案内です。データにたどり着くのは25番地です。

見分け方は足す相手で決まります：インデックスレジスタなら指標、ベースレジスタなら基底、プログラムカウンタ（命令のある場所）なら相対です。

試験での問われ方

• 図の矢印が主記憶の中で2回跳んでいたら間接アドレス指定。1回で終わる直接アドレス指定と迷わせる
• インデックス修飾の計算問題に命令が格納されているアドレスがわざと書いてある。これは相対アドレス指定で使う値なので、足さない
• 「オペランド＋命令アドレスレジスタ」の説明に、指標アドレス指定を並べて迷わせる

ベースレジスタ方式の計算

結論：実効アドレス＝AD（アドレス部）＋ベースレジスタの中身。読み込まれるのは、その番地に入っている値です。 番地そのものを答えにしないことが一番大事です。

解き方は毎回同じです。

1. ADとベースレジスタの中身を足して、実効アドレスを出す
2. 主記憶の表で、その番地の中身を読む
3. それが答え（もう一度たどらない）

試験での問われ方：選択肢には「足し忘れ（ADの番地の中身）」「足した番地の中身を、さらにもう一度たどった値」「ずれた番地の中身」が並びます。足すのは1回、たどるのも1回です。下の例題で手順を確認してください。

エンディアン：バイトを並べる順番

結論：リトルエンディアンは、下位のバイトを小さい番地から置きます。 複数バイトのデータをメモリに並べるときの順番をエンディアンと呼びます。

試験での問われ方：逆にするのはバイト（16進数2桁）単位です。1文字ずつ逆にした「43, 21, DC, BA」は誤りです。書いた順のままの並びはビッグエンディアンです。

アドレスバスの本数

結論：信号線がn本あれば、2のn乗個の番地を区別できます。必要な本数は、2のn乗が番地の数以上になる最小のnです。 1本の信号線は0か1の2通りを表せるので、n本なら2のn乗通りになります。

試験での問われ方：図にデータバス（D0〜D7の8本）が描かれていますが、本数の計算には関係ありません。答えを決めるのは番地の数だけです。