●コンピュータの基本的な構成
コンピュータを動作させる場合において、最低必要な主要デバイスは２つあります。
それは、当然、ＣＰＵなどの演算処理をおこなうデバイス、そしてもう一つが、メモリなどの記憶をおこなうデバイスです。これは現在のコンピュータの仕様からみれば最低条件となります。
えっ、マザーボードは？、ハードディスクは？なんて思うかもしれませんが、それはパソコンを自作するとかの話であり、ここで言っていることは、パソコンだけでなくてコンピュータといわれる洗濯機や電子炊飯器のマイコンなどが電子機器として動作させることができるために最低限の必要なものです。
●メモリ
まず、メモリから見てみます。メモリには、データを格納できることは言うまでもありません。そして、メモリにはデータを格納する場所、位置を示すものに「番地」もしくは「アドレス」と呼ばれる識別値があります。通常、メモリには１バイト（８ビット）を最小としてデータの格納が行われ、その一つ一つの格納場所にアドレス値があります。
６４ＫＢ（バイト）のメモリの場合アドレスは0〜65535という値が付きます。６４Ｋ＝65536バイトのメモリに１バイトごとにアドレスがあるわけですから当然そうなりますよね。
通常アドレスは、１６進数で表記するのが一般的です。そうすると0000h〜FFFFhとなります。ここでhが付いてますが、これはHex＝１６進数を意味する言葉の頭の文字を使って、１６進数であることを示すためです。こうしてみるとアドレスが、６４ｋＢだと４桁ですっきり収まりますから扱いやすいですよね。
そして、格納されるデータですが、１バイト（８ビット）とお話ししましたので８ビットで表現できる値の範囲、0〜255までです。１６進数にすれば00h〜FFhとなります。
| 番地 | データ |
|---|---|
| 0000h | 00h |
| 0001h | 3Eh |
| 0002h | 10h |
| ： ： |
： ： |
| FFFEh | 00h |
| FFFFh | 06h |
さて、ＣＰＵとメモリを接続したとして、電源を投入したらどうなるか。ＣＰＵは必ず、メモリの頭から読み込んで動くように作られています。まあ、普通、パソコンであればそこにBIOSロムが頭にくるようになってますから、BIOSが動作するわけです。そういうことですから、結局、コンピュータの電源を落とさずに再起動させたければ、単純にメモリの先頭番地からＣＰＵに処理させればリセットがかかるわけですね。
●ＣＰＵの基本構成
ＣＰＵは内部に演算を行う演算回路、そして、データを記憶する記憶回路があります。細かく言うともう一つ制御回路ってのが入ります。
演算回路はその名の通り、計算するためのものです。制御回路は、ＣＰＵを動かす命令の解析と実行を行う部分です。
そして、記憶回路ですが、ＣＰＵ内部にはアクセスが高速で非常に小さなサイズである「レジスタ」とよばれる記憶部分をもっています。このレジスタは、ＣＰＵが演算処理等を行うために用意されたＣＰＵ専用のメモリです。
| Ａ | |
| Ｂ | Ｃ |
| Ｄ | Ｅ |
| Ｈ | Ｌ |
このレジスタの構成はＣＰＵによって違い、ここではZilog社のＺ８０というＣＰＵを例にして説明していきます。 ＡとかＢとか言うのはレジスタの名前です。レジスタはメモリに比べ数がすくなくこのような名称がつけられていて、ＡレジスタとかＢレジスタって呼びます。通常レジスタも最小サイズを１バイトとしてあります。ですので、Ａ、Ｂ、Ｃ…がそれぞれ１バイトの記憶容量を持っています。当然ですが、このレジスタの名前もＣＰＵによって違いますから、これはメーカーのＣＰＵ仕様書によって様々です。
さて、この図をみるとＡだけが１つで、ほかは、Ｂ、ＣやＤ、ＥやＨ、Ｌのように並べて書いてあります。これは、ＢＣ、ＤＥ、ＨＬは２つを繋げて１６ビットとして扱うことができ、またＡだけは別名「アキュムレータ」レジスタと呼ばれ特別な扱いをされています。なぜ特別なのかというと、このレジスタだけは、ＣＰＵが処理する際、その処理結果が入れられることが多く、また、レジスタ中でも最も多く利用されるレジスタで、逆にこのレジスタを使わずにＣＰＵを動かすことがほとんど不可能なほど要となるレジスタであるからです。
このアキュムレータはどんなＣＰＵにも用意されていまして、たとえば現在主流のIntel社のＣＰＵであれば、ＡＨ、ＡＬと呼ばれる２つのアキュムレータレジスタを実装しています。
●レジスタの役割とＣＰＵの処理手順
さて、このレジスタはどういった役割を持っているのでしょうか。
ＣＰＵは細かく見ると非常に単純な動きの繰り返しをします。
たとえばＣＰＵに１０＋２０を計算させるとした場合、その手順として
１０をＡレジスタに格納
２０をＢレジスタに格納
ＡレジスタとＢレジスタを加算
その結果はＡレジスタへ送る
のようにすることで処理ができます。
命令によってレジスタへ数値を格納し、命令よって指定したレジスタを足し合わせる、そして最終的な結果はレジスタへ入ってくる。この繰り返しがＣＰＵの計算処理の手順なのです。
その結果をすぐ次の計算に使うのであれば、そのままでもいいでしょう。しばらく使わないのであれば、メモリへ保存しなければ、レジスタは別の計算で使うため値が消えてしまいますね。メモリに保存しておいたものをもう一度使うためには、またメモリからレジスタへ値を読み込む訳です。
このようにレジスタは、ＣＰＵが演算処理などをするために用意された特別なものであります。メモリはプログラムを作る側が、任意にプログラムを入れたり、データを入れたりできますが、
レジスタはＣＰＵが処理を行うためのものと目的が限定されているわけです。
結局、逆に考えて、レジスタに値を入れて初めてＣＰＵは計算できると考えてもいいでしょう。