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情報Ⅰ コンピュータの仕組み

4bit CPUトレーナー

このツールで見ているもの

CPUは、ノートに書かれた指示を1行ずつ読んで、そのとおりに作業する係です。このツールでは、その係が「5+3」のような計算を、どんな手順でこなしているかをのぞき見します。

メモリ右の表
指示と数が書かれた16行のノート。行番号が「番地」
CPU左の枠
ノートを読んで作業する係
しおりPC
次に読む行の番号。読むたびに1つ進む
読んだ指示のメモIR
今やっている指示を書き写しておく所
計算用の箱A・B
計算に使う数を一時的に置いておく2つの箱
① 読む→② 考える→③ やる→①に戻るCPUがしているのは、このくり返しだけです。教科書では「取り出し→解読→実行」と呼びます。
使い方
  1. プログラムを選ぶ「観察」タブでサンプルを選ぶと、右のメモリにプログラムとデータが入ります。上から0番地〜15番地です。
  2. 「1段階」を押すCPUは1つの命令を「取り出し → 解読 → 実行」の3段階で処理します。1回押すごとに1段階進み、下の説明欄に何が起きたかが表示されます。
  3. 光った部分を見るオレンジ枠が、今の段階で動いた部品です。メモリ表の色は、▶がPCの指す番地、青が読み出し、緑が書き込みを表します。
  4. 最後まで動かすHALT命令で停止します。結果がメモリのどこに書き込まれたかを確かめましょう。
1段階
取り出し・解読・実行のどれか1つだけ進める
1命令
3段階をまとめて進め、命令を1つ実行する
▶ 実行
停止するまで自動で進める(速さはスライダーで調整)
↶ 戻る
1段階前の状態に戻す
リセット
レジスタとメモリを最初の状態に戻す

「ミッション」タブでは、メモリの各番地の命令をプルダウンで選んでプログラムを作り、「採点する」で自動採点します。「自由編集」タブでは、命令を文字で入力できます。

CPU

制御装置

演算装置

    メモリ(16番地 × 8bit)

    PCが指す番地読み出し書き込み
    番地内容(2進)意味
    命令の一覧(上位4bitが命令コード)
    0000 HALT停止する 0001 LOAD A,(n)n番地の値をAに読み込む 0010 LOAD B,(n)n番地の値をBに読み込む 0011 STORE A,(n)Aの値をn番地に書き込む 0100 ADD A,BA+BをAに入れる(Z・Cが変化) 0101 SUB A,BA−BをAに入れる(Z・Cが変化) 0110 JMP nn番地へジャンプ 0111 JZ nZが1ならn番地へジャンプ

    データは4bit(0〜15)。メモリの下位4bitを読み書きします。15を超える・0を下回ると桁あふれが起き、Cフラグが1になります。