RISCプロセッサの5段パイプライン｜科目A-1（応用情報技術者） 令和6年 秋期午前試験 問8

コンピュータは、命令を1つずつ取り出し、内容を解読し、必要なデータを読み出して実行し、結果を書き込む、という流れを繰り返して動作します。

• プログラムカウンターを参照し、次に実行する命令が主記憶のどこにあるかを確認する
• 主記憶から命令を取り出し、命令レジスタに読み込む。これを命令フェッチという
• 次に実行する命令のアドレスを、プログラムカウンターに格納する
• 命令レジスタに入った命令を命令デコーダで解読する。これを命令デコードという
• 演算に必要な値であるオペランドを、主記憶やレジスタから読み出す
• 命令を実行する
• 実行結果を主記憶やレジスタに書き込む

試験で問われているパイプライン処理では、命令フェッチは「命令取出し」、命令デコードは「解読」と考えると整理しやすいです。そのため、基本の流れは「命令取出し → 解読 → 実行 → 書込み」となります。

ここで迷いやすいのが、メモリアクセスをどこに入れるかです。1命令の処理で主記憶にアクセスする可能性があるのは、オペランドを読み出すとき、または実行結果を書き込むときです。

ただし、この設問では「命令デコード」と「レジスタファイル読出し」が一体になっています。つまり、オペランドは主記憶ではなく、プロセッサ内のレジスタファイルから読み出されると考えられます。

さらに、「実行」の後に「アドレス生成」が行われることから、メモリアクセスは実行結果を書き込むための準備として行われると判断できます。

• ④：命令取出し
• ③：解読・レジスタファイル読出し
• ②：実行・アドレス生成
• ⑤：メモリアクセス
• ①：書込み

したがって、適切な順序は「④，③，②，⑤，①」です。

レジスタファイルとは、レジスタを複数まとめたプロセッサ内の記憶領域です。主記憶よりもCPUに近い場所にあり、命令実行中に必要な値を高速に読み書きするために使われます。

したがって、ウが適切です。