Ｂ−ＦｒｅｅＯＳの仕組みを説明する前に、ＣＰＵの動作について簡単に説明したいと思います。
●ＣＰＵを構成するもの
前に「ＣＰＵが主にできる事は、記憶・計算・判断 の３つしかありません」というお話をしました。
それを説明する前に、最低限覚えておいてほしい言葉があるので説明します。
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レジスタはＣＰＵ内の一時メモリで、いろいろな種類と役割があります。 よく○○bitＣＰＵとか言いますが、この○○bitとレジスタの大きさは大抵一致しています。 （32BitCPU→レジスタの幅も32Bitというように） どんな種類があるかは、後で説明します。 | |
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アドレスはＣＰＵにつながれたメモリの場所を意味しています。そしてその情報を伝えるハードとしてアドレスバスという物があります。 このアドレスで表せるメモリ全体をメモリ空間とかアドレス空間と呼びます。 | |
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データはＣＰＵが取り扱う内容です。そしてその情報を伝えるハードとしてデータバスという物があります。 | |
| メモリから命令を読み取ってレジスタやメモリの内容で計算を行います。そして結果をレジスタやメモリに書き出します。 |
●レジスタの種類
ここでは最低限必要な３種類だけ説明します。
カウンタ |
これは、次に実行する命令の位置を指すレジスタです。 ＣＰＵはプログラムカウンタが示すメモリを読み取って処理するとともに、プログラムカウンタに読み取ったデータのサイズを加算します。 こうする事で、次々と命令が実行されていきます。 |
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計算した結果に応じて状態レジスタのｂｉｔがＯＮ／ＯＦＦします。 条件判断などに使用します。 | |
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特に用途が決められていないレジスタで、計算時などに使用します。 | |
●クロックとＣＰＵの関係
よくパソコンのカタログのＣＰＵの所に「300MHz」のように書かれています。
これがクロック周波数です。
ＣＰＵの動作は先ほどプログラムカウンタの所でも書きましたが、もっと細かく見てみるとだいたい次のようになります。
| １． | プログラムカウンタの示すアドレスをアドレスバスに出力する （そうするとそれをメモリが読み取って該当アドレスのデータをデータバスに出力します） |
| ２． | データバスで命令やデータを読み取って演算装置に渡す |
| ３． | プログラムカウンタに命令の長さを加算 （これで次の命令の場所を示すようになる） |
| ４． | 演算装置が命令を解析したり、計算のために一時的にデータを記憶する |
| ５． | 命令を実行 |
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クロックが早ければ早いほど命令が早く実行できるのですが、遅いメモリがつながっていると２のデータの読み取りができるまでＣＰＵは待たされます。 ですからＣＰＵのクロックだけでなく、メモリなどのスピードも重要なのです。 |
たとえば１と２をたすという場合は、命令の後に１と２をメモリから持ってこなければならないので次のようになります。
なお、頭の数字は、先ほど説明したステップに対応しています。
| １． | プログラムカウンタの示すアドレスをアドレスバスに出力 |
| ２． | データバスで命令を読み取って演算装置に渡す |
| ３． | プログラムカウンタに命令の長さを加算 |
| ４． | 演算装置が命令を解析→「２つのデータを加算する命令」 |
| １． | プログラムカウンタの示すアドレスをアドレスバスに出力 |
| ２． | データバスで命令やデータを読み取って演算装置に渡す |
| ３． | プログラムカウンタに命令の長さを加算 |
| ４． | 計算のために一時的にデータを記憶→１つめのデータ「１」を記憶 |
| １． | プログラムカウンタの示すアドレスをアドレスバスに出力 |
| ２． | データバスで命令やデータを読み取って演算装置に渡す |
| ３． | プログラムカウンタに命令の長さを加算 |
| ４． | 計算のために一時的にデータを記憶→２つめのデータ「２」を記憶 |
| ５． | 命令を実行→「１」と「２」をたす |
次の章では、ここで説明した事のより簡単なモデルを使用して、プログラムの流れについて説明したいと思います。
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