マイコンの中枢「CPU」とは：マイコン入門!! 必携用語集（3）（2/2 ページ）

[菅井 賢，STマイクロエレクトロニクス]

演算の流れ

　では、図3を使ってCPUの演算の流れ（汎用レジスタ方式）を説明します。

【図3】CPUの演算の流れ（汎用レジスタ方式）

（1）メモリから命令コードを読み込む

　メモリ（ROM）の中にはマイコンが実行する命令が入っています。算術演算なら、足し算、引き算などがあります。論理演算ならAND、OR、XORなどです。

　例えば、足し算を行う場合、足し算という命令を二進数の番号で定義します。番号をいくつにするかは、マイコンの開発者が自由に決めることができます。ここでは「足し算をしろ」という番号（命令コード）を「00000001b」と決めます。次に何と何を足すかを定義します。ここでは足し算の命令コードの次に来る8bitコードの最初の4bitと後半の4bitが汎用レジスタの数字を表すことにします。そして汎用レジスタのレジスタ1とレジスタ2を計算することにします。そして演算結果をどこに入れるかを定義します。さらに次の8bitが演算結果を入れるレジスタの番号を表わすように定義します。ここでは、説明を簡単にするために、これも汎用レジスタにして、レジスタ3に入れることにします。

　すなわち、メモリの中には次のような順番で二進数の番号（命令コード）が入ります。

足し算の命令コード　　　　　　　　： 0000 0001 b

計算する数字が入っているレジスタ　： 0001 0010 b

演算結果を入れるレジスタ　　　　　： 0000 0011 b

　これらは、最初にメモリから読み出されてFIFO/プリフェッチバッファに格納されます。

（2）命令コードを解読（デコード）する

（1）で決めたルールに従って、FIFO/プリフェッチバッファに入っている２進数のデータを解読（デコード）します。

0000 0001 b　→　足し算をしろ

0001 0010 b　→　レジスタ1とレジスタ２からデータを読み出せ

0000 0011 b　→　レジスタ3に演算結果を入れろ

（3）演算装置に演算命令を出す

　命令に基づき演算装置は次の動作を行います。

足し算をしろ ⇒ ALUをXOR(足し算モード）にする

レジスタ1とレジスタ2からデータを読み出せ ⇒ レジスタ1とレジスタ2の出口を開けて、データをバスに乗せる

レジスタ3に演算結果を入れろ ⇒ レジスタ3の入り口を開けてデータをバスから取り込む

（4）演算するデータを内部バスに乗せる

　レジスタ1の値を緑色のバスに乗せます。

　レジスタ2の値を青色のバスに乗せます。

（5）演算を行う

　ALUは足し算モード（XOR）になって青色のバスの値と緑色のバスの値を足します。

（6）演算結果を内部バスに乗せる

　ALUは足し算した結果を紫色のバスに乗せます。

（7）演算結果を汎用レジスタかメモリに格納する

　レジスタ3の入り口が開いて、紫色のバスのデータを取り込みます。

　これで、レジスタ1とレジスタ2を足し算して、レジスタ3に入れる演算が完了です。

　アキュムレータ方式の場合は、レジスタが1個なので、レジスタ１がアキュムレータだと考えてください。基本動作は汎用レジスタ方式と同じですが、レジスタ1とメモリの値を演算してレジスタ1に入れると考えてください。

CPUのその他の仕事

　今回は、CPUの主な仕事である演算に着目しましたが、この他にアドレス計算、割り込み処理、演算結果（キャリー、ボローなど）の処理といった、その他の仕事も担っています。それらの詳細は、回をあらためて説明していきます。