基本情報技術者 2011年 秋期 午前（科目A） 問10

要点まとめ

• 結論：プログラムカウンタ(PC)は「次に実行すべき命令が格納されたメモリのアドレス」を保持する専用レジスタであると覚えてください。
• 根拠：命令フェッチ段でCPUはPCの示すアドレスから命令を読み出し、その後PCを更新することで命令列の逐次実行や分岐制御を行います。
• 差がつくポイント：PCは命令そのものや演算結果やフラグを保持しない点、命令を保持するのは命令レジスタ(IR)やデータレジスタの役割である点を区別しましょう。

正解の理由

よくある誤解

• 「PCは命令そのものを保持する」と誤認する点：命令自体を保持するのは命令レジスタ(IR)であり、PCは命令の格納場所（アドレス）を保持します。
• 「条件分岐の判定に使う状態を保持する」と勘違いする点：条件判定に用いるフラグやステータスはフラグレジスタ(ステータスレジスタ)の役割です。
• 「メモリから読み出したデータを保持する」と混同する点：データは汎用レジスタやMDR(Memory Data Register)が保持します。

解法ステップ

1. 問題文で「プログラムレジスタ(プログラムカウンタ)の役割」を問うていることを確認する。
2. 各選択肢のキーワードをCPUのフェッチ・デコード・実行サイクルに当てはめる。
3. 「アドレスを保持する」か「命令やデータ、状態を保持する」かで区別する。PCはアドレス保持が正しい。
4. 分岐・割り込みなどでPCが更新される点を思い出して、正答を選ぶ。

選択肢別の誤答解説

• ア: 「演算を行うために、メモリから読み出したデータを保持する。」
  → 誤り。メモリから読み出したデータは汎用レジスタやMDR(Memory Data Register)が保持し、PCはアドレス保持に関与しません。
• イ: 「条件付き分岐命令を実行するために、演算結果の状態を保持する。」
  → 誤り。条件の状態（ゼロフラグ、キャリーフラグなど）はステータスレジスタやフラグレジスタに格納され、PCはその判定に基づき更新されるだけです。
• ウ: 「命令のデコードを行うために、メモリから読み出した命令を保持する。」
  → 誤り。命令を保持してデコードするのは命令レジスタ(IR)の役割であり、PCは命令へのアドレスを指します。
• エ: 「命令を読み出すために、次の命令が格納されたアドレスを保持する。」
  → 正解。PCは常に「次に読み出す命令のアドレス」を保持し、フェッチ後に更新されます。

補足コラム

• PCの更新方法：多くのRISC系では命令長が固定（例：4バイト）なのでフェッチ後に $PC=PC+4$ のように更新します。CISC系や可変長命令体系では命令長に応じて増分します。
• 分岐・割り込み：分岐命令はPCを書き換えて実行流を変更し、割り込み時は戻り先のアドレスを保存してPCを割り込みハンドラに設定します。
• 実装上の差異：x86では「IP（Instruction Pointer）」、ARMでは「PC」と呼ばれることが多く、幅（32ビット/64ビット）やパイプラインの影響でフェッチ中のPC値が1命令先を指す実装もあります。
• 簡易シミュレーション（Python例）:

pc = 0x1000
instruction_length = 4  # バイト
# 命令をフェッチ（擬似）
def fetch(pc):
    # 実際はメモリから命令を読み出す
    return f"INSTR_AT_{hex(pc)}"

# フェッチしてPCを進める
instr = fetch(pc)
pc += instruction_length
print(instr, hex(pc))

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