Transcript マイクロプロセッサ応用（１） - 坂井修一研究室

工学部講義
マイクロプロセッサ応用（１）
坂井
修一
東京大学 大学院 情報理工学系研究科 電子情報学専攻
東京大学 工学部 電気工学科
• はじめに
• 講義概要
• マイクロプロセッサのモデル
•フォンノイマン計算機とその動作
• 命令セットと機械語
マイクロプロセッサ応用
東大・坂井
はじめに

本講義の目的
– マイクロプロセッサのハード・ソフトの基本を実践的に学習する
– 前半：講義
• 坂井 （ソフトの基本：機械語プログラミング）
• 三田先生（ハードの基本）
– 後半：実習


時間・場所：火曜日 8:30 - 10:00、3-31
ホームページ（坂井分：ダウンロード可能）
– url: http://www.mtl.t.u-tokyo.ac.jp/~sakai/micro/

教科書・参考書
– Patterson and Hennessy: Computer Organization and Design:The Hardware/Software
Interface 2nd Ed. （邦訳 「コンピュータの構成と設計」（第２版）日経ＢＰ）
マイクロプロセッサ応用
東大・坂井
講義の概要と予定（坂井分）
１．マイクロプロセッサのモデルと命令
はじめに、プロセッサのモデル、命令とは何か、命令セット、命令
型式、フォンノイマン計算機とその動作、機械語とアセンブリ言語
２．命令とプログラム
RISCとCISC、算術論理演算命令、データ移動命令、ジャンプと
ブランチ、スタック、サブルーチンコール
３．アドレス指定方式
４．入出力、例外処理等
５．課題出題：
２月１５日： 坂井分課題レポート提出期限（仮）
マイクロプロセッサ応用
東大・坂井
利用する設備、成績など

設備
– 実験用ボード：一人一台を貸し出す：TAが担当
– PC： 個人用の計算機（＋貸し出し）

成績
– プログラミング＋レポート（坂井分）
• 出題：１１月２６日予定
• 提出期限：２月１５日
– 実作＋レポート（三田先生）
マイクロプロセッサ応用
東大・坂井
ＴＡなど

ＴＡ
– 岡部淳君（電子情報学大学院生)が担当
– Mail address : [email protected]

坂井連絡先： [email protected]
http://www.mtl.t.u-tokyo.ac.jp/~sakai/
マイクロプロセッサ応用
東大・坂井
１．マイクロプロセッサのモデルと命令

マイクロプロセッサ
– VLSI上に実装されたコンピュータ
マ
イ
ク
ロ
プ
ロ
セ
ッ
サ
演算実行部
（ＡＬＵ）
マイクロプロセッサ応用
レジスタ群
メモリ
東大・坂井
1.1 マイクロプロセッサの基本動作

データ移動
–
–
–
–
マ
イ
ク
ロ
プ
ロ
セ
ッ
サ
レジスタ ← メモリ： 読み出し
メモリ ← レジスタ： 書き込み
レジスタ ←→ 入出力装置
メモリ ←→ 入出力装置
演算実行部
（ＡＬＵ）
マイクロプロセッサ応用
レジスタ群
メモリ
東大・坂井
マイクロプロセッサの基本動作（続き）

算術演算
– 加減乗除

論理演算
– AND, OR, NOT, Shift…

分岐命令
– 無条件ジャンプ、 条件分岐
マ
イ
ク
ロ
プ
ロ
セ
ッ
サ
演算実行部
（ＡＬＵ）
マイクロプロセッサ応用
レジスタ群
メモリ
東大・坂井
１．２ 命令

命令(instruction)
–

計算機の基本動作を指示するもの
命令セット(instruction set)
– 命令の集合

命令形式（instruction format)
– 命令を表現する形式。２進数で表現する

計算機とは何か？
– 「命令を次々に解釈実行する機械」
マイクロプロセッサ応用
東大・坂井
１．３ フォンノイマン計算機の動作

フォンノイマン計算機
–
定義
•
機械語のプログラムがデータと同じようにメモリに格納され
ている計算機
–
–
プログラムカウンタ（ＰＣ）
•

機械語プログラム： 命令の列
命令の格納されている番地を格納しているレジスタ
フォンノイマン計算機の動作
1.
2.
3.
4.
ＰＣの指す命令を読み出す
命令を解釈する
命令を実行する
結果を格納し、ＰＣの値を更新する（通常PC =
PC+1)

計算機はフォンノイマン型である必要はないが、現在
の商用計算機はすべてこの型である
東大・坂井
マイクロプロセッサ応用
１．４ 命令形式
MIPS（RISC型計算機の典型：次回解説）の命令形式
– Ｒ型：
OP
rs
rt
• 算術命令：rd <- rs op rt
はシフト量）
– I型：
OP
rs
rt
rd
shamt
func
（funcは実行細則。shamt
address/immediate
• データ転送命令： rt <- (rs + address)等
• 即値命令： rt <- rs op immediate等
• 分岐命令： if (rt <=> rs) then PC = PC + address等
– J型：
•
OP
target address
PC = target address等
マイクロプロセッサ応用
東大・坂井
１．５ 言語とソフトウェア
応用プログラマ
応用プログラム
プログラム言語
コンパイラ
アセンブラプログラム
アセンブリ言語
アセンブラ
機械語プログラム
機械語
ローダ
ハードウェア
マイクロプロセッサ応用
東大・坂井
アセンブリ言語とアセンブラ、ローダ

アセンブリ言語
– 機械語を人間に読みやすい形になおした言語
• add rd rs rt,

ld rt rs など
アセンブラ
– アセンブリ言語で書かれたプログラムを機械
語に翻訳するプログラム

ローダ
– 機械語を実際に実行する形式に修正するプロ
グラム（アドレスの付け替えなどを行う）
マイクロプロセッサ応用
東大・坂井