2011. 5.16
Ibaraki Univ. Dept of Electrical & Electronic Eng.
Keiichi MIYAJIMA
ノイマン型コンピュータ
の基本構成
基本ハードウエア構成
(1)プロセッサ
(2)メインメモリ
(3)入出力装置
ノイマン型コンピュータ
(1)命令やデータは、すべて、
2進数で表現する。
(2)ノイマン型コンピュータでは、
あらかじめプログラムやデータ
をメモリに格納しておく。
・・・(プログラム内臓方式)
(stored program 方式)
(3)構造は、プロセッサとメモリで
機能分担し、協調して動作
(4)基本的にプログラムカウンタ
で逐次実行する。
基本ハードウエア構成
(1)プロセッサ
(2)メインメモリ
(3)入出力装置
コンピュータの基本構成
コンピュータの基本構成
コンピュータの基本構成
コンピュータの基本構成
コンピュータの基本構成
コンピュータの基本構成
マザーボード
コンピュータの動作原理
コンピュータはどのように動いているのか?
簡単に説明する。
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
①プログラムカウンタの値
に従って読み出すべき
主記憶装置のアドレス
が指定される
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
② 主記憶装置のアドレス
の内容(命令)が命令
レジスタに読み出され
る
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
③ プログラムカウンタの
値がインクリメント(+1)
される
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
④ 命令レジスタの内容に
よりアドレスレジスタが
読み出すべきデータの
アドレスを示す
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
⑤ そのアドレスに格納され
ているデータを読み出
す指示をする
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
⑥ データがAレジスタに読
み出される
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
⑦ 命令レジスタの指令に
基づいてAレジスタの内
容とBレジスタの内容
が演算回路によって処
理される
演算結果は一旦Aレジ
スタに格納される
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
⑧ アドレスレジスタが処理
結果を格納すべきアド
レスを指定する
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
⑨ 結果が格納される
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
⑩ ①から⑨を繰り返し、プ
ログラムを逐次実行す
る
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
データ
データ
結果
命令レジスタ
CPU
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
Aレジスタ
CPUとは制御装置と演算
装置を合わせたもの
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
命令やデータが主記憶装
置とCPUを言ったり来たり
している
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの動作原理
取り出し
サイクル
解読・実行
サイクル
プログラム内蔵方式
(ストアドプログラム方式)
(Stored Program方式)
コンピュータの動作原理
取り出し
サイクル
解読・実行
サイクル
CPUの動作サイクル
サイクルの速度を
表す数字
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
命令やデータが主記憶装
置とCPUを言ったり来たり
している
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
この部分の性能もコン
ピュータの速度を左右する
フォンノイマンボトル
ネック
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
コンピュータの基本構成
1.入力装置
2.出力装置
3.記憶装置
4.演算装置
5.制御装置
コンピュータの基本構成
3.入出力装置
2.記憶装置
1.プロセッサ
コンピュータの基本構成
1.入力装置
2.出力装置
3.記憶装置
4.演算装置
5.制御装置
コンピュータの基本構成
1.入力装置
2.出力装置
3.記憶装置
4.演算装置
5.制御装置
コンピュータの基本構成
1.入力装置
2.出力装置
3.記憶装置
4.演算装置
5.制御装置
コンピュータの基本構成
1.入力装置
2.出力装置
3.記憶装置
4.演算装置
5.制御装置
コンピュータの基本構成
バス・インターフェース
コンピュータの動作原理
命令
命令
プログラム
カウンタ
・・・
命令レジスタ
データ
データ
結果
アドレス
レジスタ
主記憶装置
制御装置
Aレジスタ
Bレジスタ
演算回路
演算装置
まとめ
•ノイマン型コンピュータのアーキテクチャ
•コンピュータの基本構成
プロセッサ(制御装置・演算装置(ALU))、メモリ、入出力
装置
•コンピュータの動作原理
フォンノイマンボトルネック
本日の課題
1.ノイマン型コンピュータの基本原理と主要な特
徴についてアーキテクチャの観点から述べよ。
2.コンピュータの基本構成をブロック図で示せ。
3.コンピュータの構成要素(5大装置)のうち、命令を
取り出し、解釈して、その命令が実行されるように他
の装置へ動作指示するとともに、次に実行するアドレ
スを決める機能をもつ装置は何か?
(平成10年春期 基本情報処理技術者試験)
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基本アーキテクチャ(PPTファイル)