コンピュータの構成と命令実行
学習目標
- CPU（制御装置・演算装置）、主記憶装置、補助記憶装置の役割を説明できる。
- 命令が「取り出し・解読・実行」の順に進むことを、簡単な命令で確かめられる。
| 学習の作業 | 時間の目安 |
|---|---|
| 読む（構成と役割） | 15分 |
| 読む（命令の取り出し・解読・実行） | 10分 |
| 操作（1ステップ実行を最後まで） | 20分 |
| 練習と振り返り | 15分 |
1. 構成
コンピュータは、入力装置・出力装置・主記憶装置・補助記憶装置・CPU（制御装置と演算装置）からなります。プログラムは、命令の列として主記憶装置に置かれます。
CPU の中には、次に実行する番地を覚えるプログラムカウンタ、取り出した命令を入れる命令レジスタ、計算結果などを一時的に置くレジスタがあります。
2. 命令の実行
CPU は、次の順番を繰り返します。
- プログラムカウンタの番地の命令を取り出す（取り出し）。
- 命令を解読する（解読）。
- 命令を実行する（実行）。
3. 操作
この教材の命令は、READ（主記憶から読んでAへ）、ADD（Aに主記憶の値を加える）、WRITE（Aの値を主記憶に書く）、STOP（停止）の4種類です。「1ステップ実行」を押して、プログラムカウンタとレジスタの変化を確かめてください。
注意
実際のコンピュータの命令は、この例より多くの種類があります。ここでは、命令が1つずつ順番に実行されることを見るための教材です。
実際のコンピュータの命令は、この例より多くの種類があります。ここでは、命令が1つずつ順番に実行されることを見るための教材です。
段階別の練習
自力演習（15分）: 命令の列を、プログラムカウンタの変化とともに追います。
易（基本の確認）
- プログラムカウンタが 0 のとき、最初に取り出される命令は何か。
答えと解き方
READ（0番地の命令）。プログラムは0番地から順に並ぶ。 - STOP が実行されたあと、プログラムカウンタはどうなるか。
答えと解き方
この教材では停止し、それ以上進まない。
標準（手順を組み合わせる）
- この教材のプログラムで、11番地の値を 6 から 9 に変えると、12番地の結果は何になるか。
答えと解き方
4 + 9 = 13。WRITE で12番地に13が入る。 - ADD の命令を READ の前に置いたら、どうなるか説明しなさい。
答えと解き方
レジスタ A の値が正しく用意されていないため、計算結果は意図した値にならない（命令の順序が結果を決める）。
共通テスト形式（読み取りと判断）
- 命令 READ, ADD, WRITE の順で 3 + 5 を計算するとき、12番地に入る値は何か。（10番地に 3、11番地に 5 が入っているとする）
答えと解き方
A に 3 を読み、5 を加えて 8。12番地に 8 を書く。 - プログラムが 4 番目の命令まで進んだとき、実行された命令の数はいくつか。
答えと解き方
READ, ADD, WRITE, STOP の4つ。STOP も命令として実行される。
振り返り
- プログラムカウンタの値が1つ増えるのは、どの場面か説明できますか。
- 主記憶装置と補助記憶装置の違いを、電源を切ったときの扱いから説明できますか。