【プロセッサ】種類、構成・動作原理、割込み、性能と特性など

プロセッサの種類、構成・動作原理、割込み、性能と特性などについて解説します。

【コンピュータ及びプロセッサの種類】

プロセッサ (processor) とは、ソフトウェアプログラムに記述された命令セットを実行するためのハードウェアです。
演算装置、命令や情報を格納するレジスタ、周辺回路などから構成されます。

【構成・動作原理】

【割込み】

割込みとは、システムに問題が生じたときに、実行中のプログラムの処理を一旦停止し、問題対処を優先する仕組みです。
割込み発生時は次の手順で処理が実行されます。

手順
ユーザモードから特権モードへ移行します。
プログラムレジスタ(次に実行するべき命令の格納先である主記憶上のアドレスを保持するレジスタ)の値をスタックへ退避します。つまり、割込み処理終了後にもとの命令位置に戻れるように現在のプログラムカウンタの値をスタックに退避させます。
割込み処理ルーチンの開始番地を決定し、所定の割込み処理の開始アドレスを取得してプログラムカウンタにセットします。
割込み処理ルーチンを実行し、所定の割込み処理を行います。
割込み処理が終了したら、スタックは退避していたアドレスをプログラムカウンタに戻し、中断時の場所から処理を再開します。

【性能と特性】

項目 概要
クロック周波数 回路が処理の歩調をあわせるために用いる信号が、1秒間に何回発生するかを示す値です。クロック数ともいいます。1秒間にクロックが100個あれば動作周波数は100[Hz]となり、1クロックが0.01秒間で発生したことになります。クロック周波数の値が高いほど、多くの処理を同一時間内にこなすことができ、処理性能が高さを表します。
MIPS CPUが1秒間に実行可能な命令数を百万単位で表したものです(Million Instructions Per Secondの略)。

【構造と方式】

【RISCとCISC】

【命令とアドレッシング】

命令実行の流れ
①命令フェッチ プログラムカウンタが示すアドレスから命令語を命令レジスタに取り出します。
②命令デコード 命令デコーダが取り出した命令を解読します。
③実効アドレスの計算 命令語のオペランド部の値を用いて、演算対象のデータを保持する主記憶のアドレスを計算します。
④オペランドフェッチ 計算されたアドレス値を用いて主記憶からデータを汎用レジスタに取り出します。
⑤実行 解読された命令と演算対象のデータで命令を用いて演算を行います。
用語 概要
アキュムレータ 演算途中の結果を一時的に保持しておくためのレジスタです。
データキャッシュ データ(オペランド)をキャッシュするキャッシュメモリの1つです。
プログラムレジスタ 次に実行するべき命令が格納されている主記憶上のアドレスを保持するレジスタです。(プログラムカウンタともいう)
命令レジスタ 主記憶から取り出された命令が格納される場所です。

【マルチコアプロセッサ】

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