先生と生徒の会話形式で理解しよう

生徒

「フェッチという言葉を見たんですが、CPUがどうやって命令を動かすのかに関係があるんですか？」

先生

「その通りだよ。フェッチは読み方はフェッチといって、CPUが主記憶装置（シュキオクソウチ）から命令を取り出す一連の動作のことなんだ。」

生徒

「命令を取り出すっていうのが、どういうイメージなのかピンとこないんですが……。」

先生

「じゃあ、CPUの中で何が起きているのか、フェッチという動作の意味から順番に説明していくね。」

1. フェッチとは？読み方と基本の意味を理解しよう

フェッチとは、CPUが命令を実行するために、主記憶装置から命令を取り出す処理のことです。読み方はフェッチで、英字ではFetch（フェッチ）と表記されます。

CPUは自分で命令を生み出すわけではなく、主記憶装置に保存されている命令を順番に取りに行き、それを実行します。この「取りに行く」動作こそがフェッチです。

2. フェッチが行われる仕組み：プログラムカウンタとの連携

フェッチは、CPU内部にあるプログラムカウンタ（読み方はプログラムカウンタ）が深く関係しています。プログラムカウンタは次に取り出す命令のアドレスを記録するためのレジスタです。

CPUは、このプログラムカウンタが示しているアドレスをもとに、主記憶装置へ命令を要求します。そして、返ってきた命令を命令レジスタに格納し、次の動作へとつなげていきます。

CPUが命令を実行するときは、「命令実行サイクル」という流れに沿って動作します。このサイクルの最初がフェッチです。

命令実行サイクルの流れ

① フェッチ（命令の取り出し）
② デコード（命令を解読する）
③ エグゼキュート（命令を実行する）

つまり、フェッチはすべての動作の出発点です。フェッチが正しく行われなければ、CPUは正しい命令を実行できません。

フェッチはCPUが命令を実行するための準備動作として非常に重要です。フェッチの処理が遅かったり不正確だったりすると、後続のデコードや実行ステップにも影響が出てしまいます。

命令の読み取りを高速かつ正確に行うことで、CPU全体の処理速度を高めることができます。これにより、アプリケーションやOSの動作も速くなり、快適なコンピュータ体験につながります。

フェッチを身近な例で例えると、料理を作るときに「レシピを取りに行く動作」に似ています。

例えば料理人が料理を作るときの流れを考えてみましょう。

まずレシピ本から作りたい料理のページを開きます。この「レシピを取りに行く動作」がフェッチに当たります。

レシピを確認して必要な材料を準備するのがデコード、実際に調理をするのがエグゼキュートです。

このように、フェッチはCPUが次に何をすべきかを知るための大事なステップなのです。

フェッチで取り出される命令は主記憶装置に保存されています。主記憶装置とは読み方はシュキオクソウチといい、コンピュータ全体の作業スペースとなる装置です。

主記憶装置にはプログラムが順番に記録されており、CPUはプログラムカウンタの指すアドレスを使って次の命令を取得します。これがフェッチという動作の基本的な仕組みです。

現代のCPUではフェッチを高速に行うため、キャッシュメモリという高速な記憶装置が使われています。キャッシュメモリは主記憶装置よりも高速にアクセスでき、CPUに近い場所に配置されています。

これにより、CPUは主記憶装置へ頻繁にアクセスする必要がなくなり、フェッチの速度が向上します。その結果、プログラム全体の処理速度も向上します。