命令セットアーキテクチャ I

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3.1.1 操作とオペランド

〇命令はひとつずつ順に実行される。

· 操作　：　動作を指定する

· オペランド　：　操作の対象

1. レジスタファイル　（レジスタ番号を指定する）
2. メモリ　（メモリアドレスを指定する）
3. プログラムカウンター
4. 即値　（命令のなかに演算に使用する固定値を入れる）
5. など

　

• ソースオペランド、デスティネーションオペランド

ソース１	ソース２	ソース３	ソース４	デスティネーション	命令の例
Register 1	Register 2			Register 3	加算･減算など
メモリアドレス				Register 3	メモリからRFへの転送
Register 3				メモリアドレス	RFからメモリへの転送
PC（プログラムカウンター）	即値			PC	PCの変更　（JUMP命令）
Register 1	Register 2	即値	PC（プログラムカウンター）	PC	PCの条件付変更 （BRANCH命令）

クイズ１：メモリからレジスタファイル（RF）もしくは、レジスタファイル（RF）からメモリへの転送命令では、メモリアドレスがソースオペランドの一つである。3.1.2の実際の例では、メモリアドレス＝レジスタの値＋即値　のように計算するが、これはどのようなメリットがあるのか？

　

3.1.2　命令の表現形式　（命令を３２ビットのビット列でどのように表現するか？）

ソース１	ソース２	ソース３	ソース４	デスティネーション	命令の例
Register 1	Register 2			Register 3	加算･減算など
メモリアドレス				Register 3	メモリからRFへの転送
Register 3				メモリアドレス	RFからメモリへの転送
PC（プログラムカウンター）	即値			PC	PCの変更　（JUMP命令）
Register 1	Register 2	即値	PC（プログラムカウンター）	PC	PCの条件付変更 （BRANCH命令）

• レジスタは３２箇所の場所、R0からR31があるので、場所指定には５ビット必要である。
• メモリアドレスは最大３２ビットのアドレス（４Gバイトメモリ空間）を指定する必要がある。
• 即値は適当な範囲の整数値を指定すればよいので、ここでは１６ビットの２の補数表現（正と負）とする。
• プログラムカウンターPCは一つしかないので、命令操作でPCに関わるものと区別し、命令のなかでPCを示す必要はない。
  上記色つきの明示は不要

ソース１	ソース２	ソース３	ソース４	デスティネーション	命令の例	命令形式
Register 1	Register 2			Register 3	加算･減算など	R型
メモリアドレス				Register 3	メモリからRFへの転送	I型
Register 3				メモリアドレス	RFからメモリへの転送	I型
PC（プログラムカウンター）	即値			PC	PCの変更　（JUMP命令）	A型
Register 1	Register 2	即値	PC（プログラムカウンター）	PC	PCの条件付変更 （BRANCH命令）	I型

• 実際にはメモリアドレス指定に、２つのソースオペランド（レジスタ番号、即値）を用いる。

　

図３．１　命令形式

　

3.1.3　命令フィールド

図　３．２

　

　

クイズ２：レジスタファイルの大きさが６４、命令セットの大きさが６４の場合の命令フィールド構成案を作成せよ。

クイズ３：図３．２のA形式でJUMPできるメモリ空間はどこからどこまでか？

クイズ４：メモリアドレスがバイト（８ビット）ごとに、付けられているシステムでは、３２ビット命令を示すPCの値は

０−＞４−＞８−＞１２…のように４づつ上昇します。これを利用して何かの改善はできるか？

クイズ５：３２ビットアドレス空間の０番地から最大アドレス４G-1へJUMPしたければどうすればよいか？

3.1.4　アセンブリ言語

図　３．３

　

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ＨＷ２　学籍番号　名前　日付　を書いて　提出すること！　(電子メール、もしくは紙レポートで)

（１） LW, SW命令ではメモリアドレスの計算は　（レジスタ値）＋dpl　であった
単に、dplのみを使う場合、単に(レジスタ値)を使う場合と比較して、　（レジスタ値）＋dpl　を使うメリットを述べよ。

（２） レジスタファイルの大きさが64ワード(６４Ｘ３２ビット)、命令セットの大きさが64の場合の、命令フィールドの構成案を示せ。

（３） ＡタイプのＪＵＭＰ命令で、ＪＵＭＰできるメモリ空間はどこから、どこまでか？

（４） メモリアドレスがバイト（8ビット）ごとに付けられているシステムでは、32ビット長命令のアドレスを示すＰＣの値は
０−＞４−＞８−＞１２、のように分岐しない場合は、４ずつ上昇する。
これを利用して、上記（３）のメモリ空間を拡大する方法を述べよ。

（５） 32ビットのアドレス空間0から4G-1 (Gはギガであり2の30乗)番地の最大アドレスにJR命令を使わずに、Ｊ（ＪＵＭＰ命令）だけで
ＪＵＭＰしたければどのような工夫をすればよいか？

（６） ＭＥＭ（２１０８）＝ＭＥＭ（２１００）−ＭＥＭ（２１０４）なる計算するアセンブラプログラムを示せ。ただし、ＭＥＭ（２１０８）とはアドレス２１０８番地のメモリ内のデータを示す。

以上