第1回
「レジスタ」を知るとCPUの細かな処理が見えてくる

2007.04.17

全5回の予定で，アセンブラによるプログラミングを解説します。アセンブラを理解すると，コンピュータを見る視点がぐっと深くなります。この連載では，私が「なんでキャット」という猫の姿になり，担当のTデスクと一緒にアセンブラの世界をご案内しましょう。

矢沢久雄／グレープシティ

なんでキャット（以下，キャット）：Tデスクはどんなプログラミング言語ができるのニャ？

Tデスク：C言語とJavaです。

キャット：な～んだ，高水準言語だけだニャ。アセンブラはできないのかニャ？

Tデスク：今どきアセンブラを使っている人なんてほとんどいませんよ。

キャット：確かにそうだけど，アセンブラを知っていれば，コンピュータの理解が深まり，高水準言語で記述するプログラムの品質も向上するんだニャ！

Tデスク：どうしてですか？

キャット：たとえば，「obj」というオブジェクトが持つ「myField」フィールドに10を加える処理は，Javaでどうやって記述するかニャ？

Tデスク：そんなの簡単ですよ。「obj.myField += 10;」でしょう。

キャット：それじゃあ，スレッドAとスレッドBがマルチスレッドで同じ処理を実行すると，「obj.myField」の値は，最終的にいくつ増えるかニャ？

Tデスク：10が2回加えられるんですから，20だけ増えます。

キャット：ところが，10しか増えない可能性もあるんだニャ。

Tデスク：え～っ，なんで，なんで？教えて，教えて！

キャット：高水準言語で1行で記述されている処理であっても，コンピュータの動作として複数の処理になる場合があるからだニャ。

Tデスク：？？？

キャット：「obj.myField += 10;」という処理は，コンピュータにとって「現在のobj.myFieldの値をメモリからCPUに値を読み出す」，「CPUの中で10を加算する」，「加算結果をメモリのobj.myFieldに書き込む」という3つの動作になるんだニャ（図1）。

図1●1文のJavaコードでもコンピュータの動作は複数の場合がある

Tデスク：へえ～，そうなんだ。

キャット：もしも，スレッドAがobj.myFieldの値を読み出した直後にスレッドBに切り替わったら，スレッドBは更新前の同じ値を読み出すことになるニャ。それぞれのスレッドが同じ値に10を加えた結果をメモリに書き込むことになるから，10しか増えないことになるニャ。

Tデスク：なるほど！でも，なんでそんなにスラスラ説明できるんですか？

キャット：えへん！それは，オイラがアセンブラを知っているからだニャ。アセンブラでは，コンピュータのハードウエアが動作する単位でプログラムを記述するんだニャ。

アセンブラで記述するプログラムこそが，本当のコンピュータの動作なんだニャ。

Tデスク：ぜひ，アセンブラを教えてください！（鰹節を差し出す）

キャット：OK！ OK！それじゃあ，まずはハードウエアの構成要素から説明を始めるニャ。

データを「レジスタ」に格納

　この連載では，情報処理技術者試験の題材となっている「COMETII」という仮想のコンピュータを取り上げて説明する。COMETIIのハードウエアを構成する主要な装置は，3つある。「CPU」，「メモリ」，「I/O」だ（図2）。言うまでもなくCPUは，コンピュータの頭脳であり，プログラムを解釈・実行してコンピュータ全体の動作を制御する。メモリは，プログラム（命令とデータ）を記憶する。演算を行う場合には，メモリ内のデータを一旦CPUに読み出し，CPU内で演算を行い，その結果をメモリに書き込むことになる。I/Oは，キーボード，ディスプレイ，ハードディスクなどの周辺装置とコンピュータ本体を接続する。

図2●コンピュータの基本構成
CPU，メモリ，I/Oが，コンピュータを構成する主要な要素だ。I/Oは周辺装置とコンピュータ本体を接続する

　CPUとメモリ，I/Oは，それぞれ命令やデータを保持，格納する仕組みを備える（図3）。CPU内では「レジスタ」に命令とデータが格納される。COMETIIのレジスタには，「プログラムレジスタ（PR）」（プログラムカウンタとも呼ぶ），「スタックポインタ（SP）」，「フラグレジスタ（FR）」，および8つの「汎用レジスタ（GR0～GR7）」がある。レジスタのサイズはFRのみが3ビットで，他はすべて16ビットである。それぞれのレジスタの役割は後述する。