Ibaraki Univ. Dept of Electrical & Electronic Eng.
Keiichi MIYAJIMA
2019. 5. 8
ノイマン型コンピュータ ノイマン型コンピュータ
の基本構成
の基本構成
基本ハードウエア構成 基本ハードウエア構成
（１）プロセッサ
（２）メインメモリ
（３）入出力装置
ノイマン型コンピュー ノイマン型コンピュー
タタ
（１）命令やデータは、すべて、
2 進数で表現する。
（２）ノイマン型コンピュータでは、
あらかじめプログラムやデータ をメモリに格納しておく。
・・・（プログラム内臓方式）
（ stored program 方式）
（３）構造は、プロセッサとメモリで 機能分担し、協調して動作
（４）基本的にプログラムカウンタ で逐次実行する。
基本ハードウエア構成
（１）プロセッサ
（２）メインメモリ
（３）入出力装置
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
コンピュータの基本構
コンピュータの基本構
成 成
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
コンピュータの基本構
コンピュータの基本構
成 成
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
コンピュータの基本構
コンピュータの基本構
成 成
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
コンピュータの基本構
コンピュータの基本構
成 成
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
コンピュータの基本構
コンピュータの基本構
成 成
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
マザーボー
ド
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータはどのように動いているのか？
簡単に説明する。
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
① プログラムカウンタ の値 に従って読み出 すべき 主記憶装置 のアドレス が指定 される
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
② 主記憶装置のアドレ ス の内容（命令）
が命令 レジスタに 読み出され る
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
③ プログラムカウンタ の 値がインクリメ ント（＋１） される
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
④ 命令レジスタの内容 に よりアドレスレ ジスタが 読み出すべ きデータの アドレス を示す
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
⑤ そのアドレスに格納 され ているデータを 読み出 す指示をす る
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
⑥ データがＡレジスタ に読 み出される
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
⑦ 命令レジスタの指令 に 基づいてＡレジ スタの内 容とＢレジ スタの内容 が演算 回路によって処 理さ れる
演算結果は一旦Ａレ ジ スタに格納される
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
⑧ アドレスレジスタが 処理 結果を格納すべ きアド レスを指定 する
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
⑨ 結果が格納される
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
⑩ ① から⑨を繰り返し
、プ ログラムを逐次 実行す る
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
ＣＰＵとは制御装置と演 算装置を合わせたもの
ＣＰＵ ＣＰＵ
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
命令やデータが主記憶装 置とＣＰＵを行ったり来 たりしている
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
取り出し取り出し
サイクルサイクル 解読・実行解読・実行 サイクルサイクル
プログラム内蔵方式 プログラム内蔵方式
（ストアドプログラム方
（ストアドプログラム方 式） 式）
（（ Stored ProgramStored Program 方式）方式）
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
取り出し取り出し
サイクルサイクル 解読・実行解読・実行 サイクルサイクル
ＣＰＵの動作サイクル
ＣＰＵの動作サイクルサイクルの速度を
表す数字
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
命令やデータが主記憶装 置とＣＰＵを行ったり来 たりしている
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
この部分の性能もコン ピュータの速度を左右す
フォンノイマンボトる
ルネック
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
１．入力装 置
２．出力装 置
３．記憶装 置４．演算装 置５．制御装 置
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
３．入出力装 置
２．記憶装 １．プロ置 セッサ
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
１．入力装 １．入力装 置置
２．出力装 置
３．記憶装 置４．演算装 置５．制御装 置
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
１．入力装 置２．出力装 ２．出力装 置置
３．記憶装 置４．演算装 置５．制御装 置
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
１．入力装 置
２．出力装 置
３．記憶装 ３．記憶装 置置
４．演算装 置５．制御装 置
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
１．入力装 置
２．出力装 置
３．記憶装 置４．演算装 ４．演算装 置置５．制御装 ５．制御装 置置
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
コンピュータの基本構 コンピュータの基本構 成 成
バス・インターフェー ス
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
コンピュータの動作原 コンピュータの動作原 理 理
命令命令 命令命令
・・・・
・・ デーデー
タタ デーデー タ結タ結
果果
主記憶装置 主記憶装置
プログラムカウン
命令レジスタ タ
アドレスレジ
制御装置スタ
制御装置
Ａレジスタ Ｂレジス タ 演算回路
演算装置演算装置
まと まと め め
まと まと め め
•ノイマン型コンピュータのアーキテノイマン型コンピュータのアーキテ クチャクチャ
•コンピュータの基本構コンピュータの基本構
成成 プロセッサ（制御装置・演算装置（ＡＬＵ））、メ モリ、入出力装置
•コンピュータの動作原コンピュータの動作原 理理 フォンノイマンボトル
ネック
本日の課題 本日の課題 本日の課題 本日の課題
１．ノイマン型コンピュータの基本原理と主 要な特徴についてアーキテクチャの観点から 述べよ。
３．コンピュータの構成要素（５大装置）のうち
、命令を取り出し、解釈して、その命令が実行さ れるように他の装置へ動作指示するとともに、次 に実行するアドレスを決める機能をもつ装置は何
か？ （基本情報処理技術者試
験）
２．コンピュータの基本構成をブロック図で 示せ。
