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CPU


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CPU(Central Processing Unit )とは、コンピューター内部においてプログラム演算・数値計算や他の演算ユニットの制御を行う演算ユニット・電子回路の一つ。

コンピューターの中核をなす部品である。日本語で「中央演算処理装置」。

英字の読み方はセントラプロセッシングユニット日本語読み方はちゅうおうえんざんしょりそうち


概要


は電子機器の頭Central Processing Unit
略称CPU
プログラム演算と他の演算処理ユニット揮・命名人
の様な汎用性の高い演算ユニットでなければ、
多芸多才の曲者いの演算・信号処理ユニットリーダーは務まらん。

CPUは記憶装置上のプログラム読み込み、それに従いデータ処理を行う。あくまでプログラムに従い処理を行うだけで、人間のように考えたりする訳ではない。

パソコンでは処理性が高ければ高いほどストレスなく快適に使用できる。

パソコンとして紹介されたりスマホとされたりする事もあるが、コンピューターとするのが正確だろう。CPUパソコンスマホに限らず、銀行などの秘密基地データセンターにある大きなコンピューターからネットワーク機器やデジタル電、更にはマイコン炊飯器にまで潜んでいるのである。


CPUとマイクロプロセッサ


本来CPUとは、コンピューターを構成する要素のうち、概要に書かれているような処理を行う部分のことであった。元々は複数の部品を使った大きな筐体をCPUといっていたのである。

その後、集積回路の技術が進歩して1つのチップCPUの機を搭載したマイクロプロセッサが登場した。それがどんどん普及するとCPUマイクロプロセッサと同じ意味で使われるようになった。

以下はCPU = マイクロプロセッサとして記述する。


性能


CPUの性クロック周波数と、IPC(instructions per clock、1クロックあたりでどれだけの命を実行できるか)で決まる。

CPUの回路はクロック信号という電気信号にあわせて処理を進めるので、クロック信号の間隔が短いほどく処理を進めることができ性が良いと言える。一定の時間内に何回のクロック信号があるかをクロック周波数という。通常はHzという単位で1間に何回のクロック信号があるかがCPU仕様などとして表されている。

だがしかし、命は必ずしも1クロックで実行出来るわけではない。実際には数クロックで1命の実行となったりする。1つの命を実行するのに必要なクロック数(IPC)が少なければ、そのCPUは効率が良いと言える。つまりクロック周波数が同じであれば実行効率の良いCPUの方が性が高いと言えるし、クロック周波数が少なくてもIPCが少なければ(※IPCは少ないほうが効率が良い)同等の性を発揮する場合もありえる。

PC向けのCPUの性Intel Pentium3やAMD Athlonが流であった時代までは、基本的にCPU動作クロック数が大きければ良いと考えることが出来た。

しかしながらPentium4ではIPCよりもクロック周波数を向上させやすい設計を採用したため、クロック周波数あたりの性は先代のPentium3より低かった。逆にその後発売されたCoreシリーズではIPCを向上させる設計になった。そのためCoreシリーズPen4など異なるブランドCPU(正確には異なるコアというべきか?)のクロック周波数を較しても意味をなさなくなっている。

動作クロックを向上させればそれにほぼ例して性の向上が見込めるため、ユーザーの間ではオーバークロックが行われることが多々ある。ただし、CPUの発熱量が増加したり、システム全体のクロックも変化するため、CPUだけでなく他の部品の故障の原因となりうるが、自己責任であるので保障などは一切ない。挑戦するなら注意すること。


マルチコアCPU(マルチコアプロセッサ)


1基のCPU内に複数のコアを収め、外見的には1基のCPUシングルCPU)に見えるが、内部的には複数のCPUマルチCPU)として扱い、コンピューターの処理を向上させる、「マルチコアCPUマルチコアプロセッサ)」というマルチプロセッシング技術が存在する。

1基のCPU内に2個のコアが収められているものは、「デュアルコアCPUデュアルコアプロセッサ)」 と呼称する。 内部に収められているコアが多ければ多い程、コア数の差異に伴う性差に限定して言えば、コンピューターの処理がより高いと言うことができる。 

ちなみに、コア数がN個になれば処理性がなんでもかんでもN倍になるかというとそんな事はない。これは例えばカレーを作るのに一時間かかるとして、料理人やの数を増やしても煮込み時間自体は短くならないというのと同じである。
しかし一度に作る量を増やすことならできる。つまり並行して大量のデータを捌くような処理に対してはコア数が効いてくるわけである。

補助演算装置ではあるが、Intel72コアXeon Phiを発売する予定である。(2015年下半期)

マルチコアCPUの種類


ハードウェアマルチスレッディング


上記「性」の項にあるように、CPUが数クロックで1命の実行を行っている場合、CPU内部では動いているところとそうでないところが出る。例えば、

  1. CPUデータ読み込む
  2. 計算する
  3. データを書き出す
    (わかりやすいよう簡略化しています)

これを各1クロックづつ、合計3クロックで行っていた場合1と3の時は計算が余っていることになる。

ところで、現代のOSアプリケーションではマルチスレッドという形で複数の処理が行して実行されている。それぞれの処理が独立しているなら、余っている部分に処理を詰め込んで、1つのコアで(見かけ上)複数の計算を行して行うことができる。これがハードウェアマルチスレディングである。

  1. プログラムAのデータ読み込む
  2. Aの計算をしつつ、Bのデータ読み込む
  3. Aのデータを書き出しつつ、Bの計算をする
  4. Bのデータを書き出す。

上記の例では、本来3クロック×2の6クロックかかるはずの計算を4クロックで終わらせている。(全体が複数個あるマルチコアと違って、あくまで1つのコアの稼働率を上げる技術なのに注意)

この技術で有名なのはIntelハイパースレディングで、ソフトの内容にもよるが数十の性向上に繋がる場合もある。ハイパースレディングでは、1コアに2スレッドだが、IBM POWER等では1コアに8スレッドなものもある。


マルチCPU(マルチプロセッサ)


CPUGPUと同様にコンピュータ1台に対して1基搭載して動作させることが一般的であり、これを「シングルCPUシングルプロセッサ)」という。

しかしながら、より快適に処理をする為、いはより高度な処理を行う為に、CPUマザーボードに複数搭載して並列動作させることで、コンピューターの処理を向上させる、「マルチCPUマルチプロセッサ)」というマルチプロセッシング技術が存在する。

CPUを2基搭載して並列動作させれば、「デュアルCPUデュアルプロセッサ)」ということになる。

マルチCPU構成にするにはCPUを複数搭載することに対応したマザーボードが必須。(マザーボード上にCPUソケットが複数設けられている仕様になっているもの) 


ニコニコ動画での動作


2011年現在Adobe Flash Playerマルチスレッドに対応したため(バージョン10以降)、マルチコアマルチスレッドCPUの効果は劇的に向上している。

例としてはCore 2 E8600(3.33GHz 2スレッド)よりも、Core 2 Q8400(2.66GHz 4スレッド)の方が重い動画もスルスル行けるといった感じ。更に古い世代のQ6600(2.4GHz 4スレッド)ですらデュアルコアよりは快適になる可性が高い。

2007年頃にはマルチスレッド対応のアプリは少なかった為(特にゲーム)、一部でデュアルコアで高クロック信仰(例: 1.5GHzデュアルコアよりも2GHzシングルコアの方が性が高い)があった。


ゲーム用語として


ゲーム機等での対戦ゲームにおいて、コンピュータが操作するプレイヤーを「CPU」と呼ぶ。

一種のNPCノンプレイヤーキャラクター)とも解釈できるが、CPUの操作するユニットはあくまでPCプレイヤーキャラクター)である。

アーケードゲームにおいては円滑な運営のため積極的にCPUが参戦する仕様のことが多く、コンシューマではソロプレイを念頭に(思考回路的に)個性あるCPUを多数用意していることが多い。

ちなみに、アーケード以外のオンラインゲームの場合、「プレイヤーうまで待つ」のが慣習であり、強制的にエントリーを締め切ってCPUを参戦させるのはよほどの過疎ゲーでなければマナー違反であるし、そもそもCPUという概念のないタイトルも多い(例えば、東風荘天鳳にはCPUが存在せず、プレイヤーが回線落ちなどで操作不能になった場合はゲーム進行に必要な最小限の動作のみを強制的に行う状態になる)。


主要なCPUメーカー及びブランド(コンシューマー&プロユース)


セットアーキテクチャ(ISA: instruction set architecture)別に記載する。ISAについて説明すると長くなる上かなり専門的になるので機械語の記事に譲るが、日本語英語スペイン語のような言葉の違いと思って貰えば良い。それぞれに得手不得手な面がある。


x86-64系



Power Architecture系



ARM系



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最終更新日: 19/02/20 23:22
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