先生と生徒の会話形式で理解しよう

生徒

「CPUの仕組みを勉強していたら“マイクロプログラム”という言葉が出てきたんですが、何をするものなのかよくわかりません。普通のプログラムとは違うんですか？」

先生

「マイクロプログラムの読み方はマイクロプログラムです。CPU（シーピーユー）が命令を実行するための内部的な手順をまとめたものなんですよ。普段のプログラミングとは違い、CPU自身が動くための“取扱説明書”のようなものです。」

生徒

「CPUの中にある取扱説明書…というイメージなんですね。でも、どうやって使われるんでしょうか？」

先生

「CPUの命令を細かい動作に分解して制御する役割があります。仕組みを知るとCPUの動きをより深く理解できますよ。では順番に解説していきましょう。」

基本情報技術者試験をこれから学習する人や、独学で確実に合格レベルまで到達したい人におすすめの定番対策書です。

※ Amazonアソシエイト広告リンク

1. マイクロプログラムとは？読み方と基本の意味

マイクロプログラムとは、CPU（シーピーユー）が命令を実行する際に必要となる細かな制御動作をまとめた仕組みのことです。読み方はそのままマイクロプログラムです。CPUが理解できる命令（機械語命令）はそのまま実行できるわけではなく、内部の回路を適切に動かすためのさらに小さな動作に分ける必要があります。

この小さな動作の集合をマイクロ命令といい、それらを順序通りにまとめたものがマイクロプログラムです。つまり、マイクロプログラムはCPU内部の動作手順書のような存在なのです。

2. なぜマイクロプログラムが必要なのか？

CPUが機械語命令を直接実行しようとすると、複雑な回路をすべてハードウェアで制御する必要があります。しかしこれは設計が難しく、柔軟性もありません。そこで登場したのがマイクロプログラム方式です。

マイクロプログラムを使うことで、CPUは複雑な命令でもマイクロ命令の組み合わせで実行できるようになり、命令セットの追加や修正が比較的簡単になります。これは特にCISC（シスク）と呼ばれる複雑な命令を持つCPUで大きな効果を発揮します。

マイクロプログラムは“制御記憶装置（読み方はセイギョキオクソウチ）”と呼ばれる専用の領域に保存されています。ここにはCPUが実行すべきマイクロ命令が並んでおり、CPUはそれを順番に読み出して動作します。

例えるなら、ダンスの振り付けが細かく書かれたメモを見ながら踊るイメージです。複雑な技（命令）でも、細かいステップ（マイクロ命令）に分けられていれば確実に実行できます。CPUも同じで、マイクロプログラムがあるおかげで複雑な動作を正しく行えるのです。

マイクロプログラム方式のメリットとして、まず命令の追加が容易であることが挙げられます。新しい命令が必要になった場合でも、マイクロプログラムを書き換えるだけで対応できるため、CPU設計の柔軟性が高まります。

また、複雑な命令を扱えるためCISCと非常に相性が良い方式でもあります。一方で、ハードウェアで直接実行する方式と比べると、マイクロ命令を順番に実行する分だけ処理速度が遅くなる場合があります。この速度の問題はRISC（リスク）方式の登場にもつながりました。

マイクロプログラム方式は昔のCPUでは広く使われていましたが、現在では高速化の観点からハードウェア制御方式が主流になっています。しかし、完全に姿を消したわけではなく、特定の処理や互換性維持のために利用されていることもあります。

また、CPU設計の歴史を理解する上でマイクロプログラムは欠かせない概念であり、CISCやRISC、パイプライン処理など他の技術を理解する際にも役立ちます。マイクロプログラムを学ぶことで、CPUがどのように命令を理解して実行しているのか、その裏側をより深く知ることができます。