計算機(jī)構(gòu)造概論

1、計算機(jī)構(gòu)造概論（木）竹村治雄型基本型基本型型最初提示仕組原型現(xiàn)在大半引継型特徴型特徴內(nèi)蔵方式內(nèi)蔵方式実行時外部與，內(nèi)部裝置中內(nèi)蔵（格納），実行時必要読出逐次逐次（），実行中命令保持，逐次的実行固定命令固定命令型命令固定線形裝置線形裝置型1次元（線形）典型的型，（処理裝置）（格納裝置）分離，中命令共存，間要求転送競合，部分性能全體性能左右多転送路命令基本構(gòu)成CPU（ （Central Processing Unit） ）入出力裝置入出力裝置CPU制御裝置演算裝置裝置裝置命令入出力裝置入出力裝置通信裝置CPU“処理裝置”，“”，情報処理加工操作演算分擔(dān)資源（裝置）命令制御格納格納等処理（演算）処理

2、（演算）ALU等制御制御等裝置入出力裝置（register）：）：CPU內(nèi)情報格納裝置內(nèi)情報格納裝置“（累算器）”，“”，”，呼ALU（ （Aarighmetric and Logic Unit） ）:算術(shù)論理演算裝置算術(shù)論理演算裝置演算操作（Operation）演算対象情報（）種類多種考：制御裝置：制御裝置情報処理流制御裝置，特命令実行順序()制御裝置用語説明用語説明裝置裝置主情報格納裝置（主記憶）CPU內(nèi)部情報格納裝置比較，相対的大容量長期間格納機(jī)能特徴入出力裝置入出力裝置裝置補(bǔ)助形大容量情報格納裝置（外部裝置，補(bǔ)助裝置）外部裝置通信（入出力）行裝置，広意味入出力裝置各裝置間通信路特各裝置

3、共用情報転送路用語説明用語説明用語説明用語説明命令命令（）命令（）命令計算情報処理制御情報裝置內(nèi)命令格納(PC)計算処理対象情報內(nèi)格納普通（PC）別備，（MAR）命令PCMAR裝置內(nèi)命令命令命令機(jī)構(gòu)機(jī)能全體機(jī)能分擔(dān)役割，機(jī)構(gòu)機(jī)能示“命令機(jī)能”命令命令提示命令一覧命令命令命令協(xié)議考，Instruction Set Architecture（ISA:命令）內(nèi)部數(shù)表現(xiàn)形式內(nèi)部數(shù)表現(xiàn)形式2進(jìn)數(shù)“0”，“1”內(nèi)部電源“ON”，”O(jiān)FF”資源容量単位bitbyte （1Byte = 8 bit）word （ex. 1 word = 4Byte = 32 bit ）內(nèi)部容量基本単位決（異場合）命令形式命令形

4、式命令內(nèi)部幅合表現(xiàn)典型的命令1個命令（word:語）命令命令（1命令32bit一般的）命令命令種類示命令使用存在場所（）示命令実行処理（演算）示命令実行処理結(jié)果格納先示src1src2dest処理演算命令OPsrc1src2dest數(shù)命令形式分類數(shù)命令形式分類3形式2形式1形式11/2形式0形式4形式3形式形式src1src2dest処理演算opr2opr1opr3OPopr2opr1opr3命令形式形式src1src2dest処理演算opr2opr1OPopr2opr1命令形式形式src1src2dest処理演算opr1OPopr1命令A(yù)CAC:（累算器）1 1/2形式形式src1src2d

5、est処理演算opr2opr1OPopr2opr1命令短形式形式src1src2dest処理演算明示命令形式src1src2OP.Push downPop up形式形式src1src2dest処理演算opr2opr1opr3OPopr2opr1opr3命令PCNext(次命令）Next修飾方式空間修飾格納裝置絶対相対各種修飾方式空間多量格納，格納場所識別為格納場所空間物理空間論理空間命令中指定（柔軟性活用，命令物理空間直接指定避利用）修飾命令中指定論理空間，実際物理空間方法OPopr変換物理空間論理空間修飾EAEA対象EA(effective address):実際格納格納裝置対象資源主要裝置

6、空間大修飾対象空間比小高速必要，修飾行直接番號指定入出力裝置，制御裝置，入出力裝置制御裝置一部認(rèn)識番號（）割振，指定絶対相対絶対実効求，対象決定修飾方式相対2，加算実行決方式実効絶対EAEA1EA1()()相対EA=EA1+EA2各種修飾方式（immediate,即値）直接（direct,絶対）間接（indirect,絶対間接）（直接）間接間接相対相対（immediate,即値）即値）対象修飾機(jī)構(gòu)経由行直接（直接（direct,絶対）絶対）直接実効命令opr312opr102312EA=102修飾機(jī)構(gòu)，特複雑操作行必要高速可能物理空間広場合，相當(dāng)長町必要，容量少場合適修飾方式間接（間接（ind

7、irect,絶対間接）絶対間接）直接修飾方式指定実際実効（直接）（直接）直接修飾方式，対象方法opr850312EA=101101850oprReg3312EA=Reg3間接間接間接修飾方式，最初読出実効場合oprReg4312EA=870870內(nèi)容操作実行時動的実効変実効読出，間接方式欠點(diǎn)長時間短縮可能（即値）直接使用，指定値相対方式Reg3opr1opr2125-25Reg3312+Reg2opr1opr28068093Reg203 200+間接間接方式同様方法計算一端実効読出，実際行方式+312EA=203方式役割（格納）入替，格納利用方式20opr1opr2Reg3800312+Reg

8、3EA=820可変固定方式方式融合修飾方式面，読出，加算実効求Reg2opr1opr2Reg4200312+Reg4EA=221Reg221相対（相対（PC）代用方式変形PC普通単一相対高級言語制御構(gòu)造実現(xiàn)分岐命令，変更各種活用opr42312+EA=342300PC相対（相対（PC）代PC用場合方式相対同様，特徴1利用oprReg2312+EA=200-15215PC形式內(nèi)部操作情報，命令以外命令処理（）定義（）定義中宣言，後，実行時裝置割付言語構(gòu)成命令一端構(gòu)成生成生成生成構(gòu)成命令一端構(gòu)成屬性屬性種性質(zhì)（屬性）決次領(lǐng)域領(lǐng)域同屬性持相互識別可能種類示指標(biāo)，以下要因構(gòu)成範(fàn)囲：取値個數(shù)範(fàn)囲精度：引

9、続値間距離演算演算対適用処理機(jī)能格納（內(nèi)部表現(xiàn)方式）格納（內(nèi)部表現(xiàn)方式）論理的物理的（）資源上表現(xiàn)処理機(jī)能型型同屬性集合整數(shù)型（numeric）論理値型（boolean）文字型（character）數(shù)値型數(shù)値型自然數(shù)：正（非）整數(shù)整數(shù)：自然數(shù)，負(fù)整數(shù)，合有理數(shù)：整數(shù)分?jǐn)?shù)合実數(shù)：有理數(shù)無理數(shù)合複素數(shù)：実數(shù)虛數(shù)合非數(shù)値型整數(shù)型整數(shù)型範(fàn)囲：自然數(shù)，不整數(shù)精度：演算：算術(shù)演算格納形式：固定長形式：範(fàn)囲限利用，決単位格納方式可変長形式：単位格納場所長変方式格納裝置利用効率機(jī)構(gòu)複雑実數(shù)型実數(shù)型範(fàn)囲：-+精度：表現(xiàn)形式?jīng)Q演算：算術(shù)演算，制同程度演算種類持格納形式：主，浮動小數(shù)點(diǎn)表現(xiàn)論理値型論理値型範(fàn)囲：真?zhèn)?/p>

10、演算：論理演算格納形式：1文字型文字型範(fàn)囲：印刷可能文字（）印刷不可能制御文字（制御）演算：他型相互型変換操作文字列対操作（抽出，連結(jié)，削除，挿入）転送（move），探索（search）格納形式：構(gòu)造型構(gòu)造型基本型対，多數(shù)基本型複雑合作成型構(gòu)造型，範(fàn)囲有限（靜的固定）無限（動的可変）操作方法複雑度異配列型配列型同一型要素集合値可能（ex, array100）型型異型混在可能要素集合要素（）名前（名）行集合型集合型列挙（數(shù)上）可能要素集各要素型異，各要素非構(gòu)造文字列型：文字列型：文字型配列命令実行1命令仮定経実行1命令実行過程命令実行PCMARMARMARM MM MM MMDRMDRMDRI

11、R変換実行命令命令（結(jié)果）結(jié)果faaaabcfcccceeeeae説明 a) 命令命令（PC）命令(MAR)設(shè)定，命令読出裝置（MM）指令読出命令（MDR）経命令（IR）設(shè)定課程命令裝置読出，CPU內(nèi)格納命令格納命令論理場合，課程物理変換必要b) 命令命令命令命令形式従符號化，回路解読課程c) 従命令実行使用読出裝置場合，命令論理，変換機(jī)能物理変換MAR設(shè)定，読出裝置指令読出課程b) 実行実行用命令（演算）実行e) 結(jié)果格納結(jié)果格納命令実行結(jié)果格納先示従格納格納必要場合，実行結(jié)果MDR，設(shè)定，書込指令f) 次命令決定次命令決定現(xiàn)在実行命令次実行命令，現(xiàn)在実行命令機(jī)能暗黙的明示的指定，PC設(shè)定課

12、程基本命令操作（演算）命令（命令）処理操作(演算）命令順序制御命令命令実行順序明示的制御処理命令OS関係命令停止（halt）入出力裝置制御割込制御命令実行消費(fèi)，実際何命令主直接使用命令/命令機(jī)能分擔(dān)境界線（），機(jī)能機(jī)能，機(jī)能分擔(dān)割合左右命令（）設(shè)計際，技術(shù)技術(shù)（）配慮OS言語命令命令機(jī)能一部組込ex)言語処理（等）設(shè)計際具體的作業(yè)，OS構(gòu)成方法（機(jī)能分擔(dān)）考中心言語処理（）言語処理（）命令形式修飾（）方法表現(xiàn)形式命令機(jī)能（命令）関，先決場合，意識言語処理方式設(shè)計OSCPU管理（管理）管理入出力処理割込例外処理実行制御，左右普通，先決，意識OS設(shè)計言語処理方式言語処理方式方式実行先立命令列翻訳方

13、式言語側(cè)埋方法方式（構(gòu)文）（意味）解釈実行直接解釈実行方法言語A言語B言語CISAaISAbISAc方式方式言語処理言語処理方式分類CISCRISC超CISCCISC(Complex Instruction Set Computer)言語処理機(jī)能実現(xiàn)採汎用汎用採用多保守的既存互換性移植性重視RISC(Reduced Instruction Set Computer)CISC逆，言語処理機(jī)能実現(xiàn)採“CISC様多種多様命令提供，必実現(xiàn)際低化”認(rèn)識生出命令，特VLSI思考採用多超超CISC高級言語呼，対象言語機(jī)能思考命令CISC機(jī)能重視，言語処理機(jī)能大半実現(xiàn)採特定応用高速化，問題適応性柔軟性欠，汎用専用採用多命令機(jī)能評価命令機(jī)能評価TPI = TPC x CPITPI（平均命令実行時間）1命令平均実行時間，性能指標(biāo)TPC（時間）1長CPI（命令実行）1命令何実行（）TPI(1命令)TPC123nCPI=n時間TPC主実裝技術(shù)，CPI決RI