プログラム記憶方式とは？ノイマン型・仮想記憶方式との違い【基本情報技術者試験】

まず結論

プログラム記憶方式とは、実行するプログラムをあらかじめ主記憶に格納しておき、CPUが命令を順次読み出して実行する方式です。

基本情報技術者試験では、次の表現が出たらプログラム記憶方式を疑います。

プログラムを主記憶に格納
＋
CPUが命令を順次読み出して実行
→ プログラム記憶方式

プログラム内蔵方式とも呼ばれ、ノイマン型コンピュータを理解するうえで基本となる考え方です。

作業手順書を机の上に置き、その手順を上から順番に読んで作業する場面をイメージすると分かりやすいです。

プログラム
↓
主記憶に置く
↓
CPUが1命令ずつ読む
↓
実行する

CPUの中にすべての処理手順を固定しておくのではなく、主記憶に置かれたプログラムを入れ替えることで、同じコンピュータに別の仕事をさせられるのがポイントです。

たとえば、同じPCでも、

表計算ソフトを読み込む
→ 表計算をする

ブラウザを読み込む
→ Webを閲覧する

というように、主記憶へ読み込むプログラムを変えることで動作を変えられます。

プログラム記憶方式では、プログラムを構成する命令を主記憶に格納します。

CPUは、基本的に次の流れを繰り返します。

命令を主記憶から取り出す
命令の内容を解読する
命令を実行する
次の命令へ進む

この繰り返しを、命令のフェッチ・デコード・実行などと表現することがあります。

ノイマン型コンピュータでは、プログラムとデータを記憶装置に格納し、CPUがそれらを読み出して処理します。

主記憶
├ プログラム
└ データ

      ↓ 読み出す

     CPU

そのため、科目Aでは、

プログラムを主記憶に格納して実行
→ プログラム記憶方式
→ ノイマン型の基本的な考え方

と結び付けて覚えておくと判断しやすくなります。

科目Aでは、似た名前の方式を混ぜて選ばせる問題に注意します。

試験中は、まず何を説明しているのかを見ます。

プログラムの置き場所・実行方法
→ プログラム記憶方式

データの場所の指定方法
→ アドレス方式

メモリ容量を大きく見せる
→ 仮想記憶方式

入出力装置との転送方法
→ 直接プログラム制御方式

名前だけでなく、説明している対象を切り分けるのがコツです。

現在の一般的なコンピュータでは、実行するプログラムを記憶装置から主記憶へ読み込み、CPUがその命令を実行します。

つまり、プログラム記憶方式は特別な用途だけで使うというより、現代のコンピュータの基本的な構成を理解するための考え方です。

同じハードウェアでも、読み込むプログラムを変えることでさまざまな処理を行えます。

同じCPU
＋
異なるプログラム
↓
異なる処理を実行できる

名前に「記憶」が付くため混同しやすいですが、目的が違います。

プログラム記憶方式
→ プログラムを主記憶に置いて実行する考え方

仮想記憶方式
→ 主記憶が不足しても大きな記憶空間を使えるようにする仕組み

仮想記憶では、補助記憶装置の一部を利用して、実際の主記憶より大きなメモリ空間があるように扱います。

アドレス方式は、命令がデータの位置をどのように指定するかという話です。

プログラム記憶方式
→ プログラムをどこに置き、どう実行するか

アドレス方式
→ 命令がデータの場所をどう指定するか

扱っている対象が違います。

そうではありません。

通常は次の命令へ進みますが、分岐命令やジャンプ命令があれば、別の位置にある命令へ移ることもあります。

ここでいう「順次読み出して実行」は、CPUが主記憶から命令を取り出しながら処理する基本的な方式を表しています。

通常、プログラムはSSDなどの補助記憶装置に保存されています。

実行するときに必要な部分を主記憶へ読み込み、CPUがそこから命令を取り出して処理します。

SSDなど
↓ 読み込む
主記憶
↓ 命令を取得
CPU

「プログラム記憶方式」という名称から、プログラムが常に主記憶へ保存されていると誤解しないようにします。

主記憶にプログラム
↓
CPUが読み出して実行
→ プログラム記憶方式