コンピューターの中枢を担うCPU

CPUは、メモリーハードディスクと並んでパソコンの部品としてはよく耳にする言葉です。CPUとは、Central Processing Unitの略。別名:プロセッサー。

車で例えるとエンジン、人間の体で例えると頭脳にあたります。パソコンには必ず搭載されている部品です。

マウス、キーボード、ハードディスク、メモリー、周辺機器などからデータを受け取り、コンピューターでは「制御・演算」を担当します。

CPUそのものは小さいのですが、その働きぶりはパソコン随一です。ですからCPUの性能は、パソコンの性能や値段に大きく関わってきます。

CPUを製造しているメーカーは、Intel(インテル)とAMD(エーエムディー)が有名です。ともに米国の会社です。特に Intelは、WindowsやMacなど世界中のコンピューターに搭載されています。

CPUの調べ方

マイコンピュータ右クリック→プロパティ。またはコントロールパネルからシステム。

マイコンピュータを右クリック

プロセッサのところに表示されています。

プロセッサ

IntelのCPU。これはLGA775というタイプのCPUです。XPやVistaのパソコンにもよく使用されていました。

CPU

CPUの裏側。

裏側

パソコンのマザーボードのCPUソケットにCPUが入っています。

CPUソケット

CPUはパソコンの中でも最も発熱するパーツのひとつです。CPUを冷却するためヒートシンクとよばれる金属製のものとファンが付いています。これをCPUクーラーといいます。

CPUファン

ノートパソコンでも 基本的な構造は同じで、CPU上に金属製のヒートシンクが取り付けられ、発せられた熱は ファンによって排出される仕組みになっています。

ノートパソコン

制御・演算

CPUには 数十億ともいわれるトランジスタ・半導体素子が集積しています。

集積回路、LSIともいいます。

CPUは、コンピューターの中では中枢を担うデバイスです。

実際に何をしているのか?といいますと、

コンピューター内の各機器とつながっていて制御している、またメモリー上のデータを読み書きしています。

制御部と演算部

CPUは、制御を行う部分と演算を行う部分に分かれます。

制御部は、次に処理すべきデータが メモリー上のどのアドレス・番地にあるかプログラムカウンターというところに記憶します。そしてそれを順番に演算部に伝えていきます。つまり命令・指令を出すところです。

演算部は、制御部から伝達されたメモリー上のアドレスを手がかりに 実際のデータを処理します。

データの処理や演算は 算術論理演算回路 ALUが担い、0と1の膨大なデジタルデータを超高速に処理します。

キャッシュメモリ

キャッシュメモリは CPUに内蔵されている高速なメモリーです。

通常のメモリーは DRAMですが、キャッシュメモリには高速なSRAMが使われています。

CPUは、メモリーに格納されているデータを読みだして処理していますが、メモリーとはデバイス間の距離があることと、CPUに比べてメモリーの方が処理速度が遅いため、データの処理が遅くなってしまします。

そこでCPUに高速なキャッシュメモリをおくことで、何度もメモリーから読み出すデータ、よく使うデータをキャッシュメモリにおいて処理を高速化しています。

キャッシュメモリ

キャッシュメモリが多いほど、CPUの処理は無駄がなくスムーズに行われます。

キャッシュメモリも1次・2次に分かれており、CPUが最初にアクセスするのを L1キャッシュ、次にアクセスするのをL2キャッシュといいます。最近のCPUでは L3キャッシュもあります。

性能が良いといわれるCPUは、他のCPUよりもキャッシュメモリも多く搭載されています。

レジスタ

レジスタとは、キャッシュメモリとは別に CPU内部にある記憶領域。非常に高速で容量は少ないです。

CPUが処理を行う際に 一時的な記憶領域として使っています。CPU内部メモリーともいいます。

レジスタ

メモリーと呼ばれる記憶を担当するものの中では、レジスタから順に キャッシュメモリー(SRAM)、メインメモリー(DRAM)、SSD、HDD、CD/DVDなどがあります。

レジスタが最も高速で CPUに近いメモリーほど速くなっています。

クロック周波数

CPUは、クロックという周期的な信号で動作しています。単位はGHzです。

クロック周波数とは、1秒間でどれだけクロックがあるかを表しています。

クロック

例えば 3GHzのCPUなら、一秒間に約30億回のクロックがあります。

CPUは このクロックに合わせて処理や作業を行います。なのでクロック周波数が高いほど 処理できる量や回数が多く、処理スピードが速くなります


種類・規格

CPUには、IntelのものとAMDのものとがあります。

IntelのCPUのほうがシェアは高いです。またCPUにも出された時期によってモデル・シリーズ名が異なっています。

CPUを語る上で欠かせないのが、コアの数です。コアというのはCPUの核の部分になります。

これが1つあるのと2つあるのとでは性能に差が出てきます。コアが2つあるものをデュアルコア、4つあるものをクアッドコア、または複数あるものをマルチコアといいます。

現在は Core iシリーズとその下位版のPentium、Celeronが主流になりつつあります。

CPUのブランド名は下記の通りです。同じシリーズでも型番によりコア数は異なることがあります。(上にいくほど新、下が旧)

Intel

  • Core i7・・・コア4 (コア6・8・10有り)
  • Core i5・・・コア4 (コア2有り)
  • Core i3・・・コア2
  • Pentium G・・・コア2、Core iシリーズ廉価版
  • Celeron G・・・コア1、コア2、Core iシリーズ廉価版
  • Core 2 Quad・・・コア4
  • Core 2 Duo・・・コア2
  • Pentium Dual Core・・・コア2、Core 2 Duo 廉価版
  • Celeron Dual Core・・・コア2、Core 2 Duo 廉価版
  • Pentium D・・・コア2
  • Pentium 4
  • Celeron D

IntelのCPUでは、他にノートパソコン用で Pentium M、Core Solo、Core Duoなどがあります。いずれもCore 2 Duoより性能は下です。

ノートパソコン用のCPUは末尾にMがついていることが多いです。モバイルのMになります。

Intel(ノートパソコン)

  • Core i7・・コア2、コア4
  • Core i5・・コア2
  • Core i3・・コア2
  • Pentium B、P、U・・・コア2
  • Pentium 900番台・・・コア2
  • Pentium 2020M、2117U・・・コア2
  • Celeron Dual Core、Celeron B・・・コア2(コア1有り)
  • Pentium M・・・コア1
  • Pentium 4・・・コア1
  • Celeron、Celeron M・・・コア1
  • Core Solo・・・コア1

AMD

  • Phenom II・・・コア2、コア4
  • Athlon II・・・コア2、コア4
  • Phenom・・・コア2
  • Athlon X2 (Athlon 64 X2)・・・コア2
  • Athlon 64
  • Duron
  • Athlon

IntelのCPUには 他に ATOMがあります。ATOMは消費電力を抑えたCPUです。ウルトラブックなどによく使われています。

ATOMは世代によって コア数が異なります。

CPUソケット

CPUはモデル・シリーズによって、形状が少し異なってきます。

CPUとマザボードの接するところ、取り付けるところを、CPUソケットといいます。

CPUソケット

例えば デスクトップ向けのIntel製 CPUには以下のような代表的なCPUソケットがあります。(上にいくほど新、下が旧)

  • LGA1151
  • LGA1150
  • LGA1155
  • LGA1156
  • LGA775

他に LGA1366、LGA2011、LGA2011-v3というCPUソケットもあります。

世代ごとに CPUソケットは新しくなっていきます。

CPUは、メモリーのように簡単に交換が可能というわけではありません。基本的にパソコンの自作やカスタマイズする時でしか CPUを変更するということはありません。それだけ知識や技術も必要となってきます。

高性能なCPUにしたい場合は、交換よりも買い替えを検討したほうがいいでしょう。

コア数

CPUのブランド名でも、コア数は知ることができますが、タスクマネージャからもすぐ知ることができます。

タスクバー上で右クリック→タスクマネージャ。

タスクバー

タスクマネージャが起動します。CPUのコア数ごとに表示されています。ここでは2コアと分かります。(Core 2 DuoのCPU)

タスクマネージャ

Windows 8のタスクマネージャ。CPUのコア数、論理プロセッサ数が表示されています。2コアで論理プロセッサ(総スレッド数)が4つ。

タスクマネージャ

ハイパー・スレッディング・テクノロジー

ハイパー・スレッディング・テクノロジーは、主にCore i3、Core i7などのCPUで使用されている技術です。

例えばタスクマネージで見ると、Pentium 4では、2コアあるように見えるのですが、実際は 1コアです。1コアを、OS側からは2コアに見せて処理速度を向上させるものです。これをハイパースレッディング・テクノロジー(HT)といいます。コアと区別して スレッドともいいます。

なのでCore iシリーズでハイパースレッディング・テクノロジー対応のCPUは、タスクマネージャで4~12のCPUのスレッドが見えるようでしたら、その半分が実際のコア数になります。

最近のCPUは、コア数が多いだけでなくハイパー・スレッディング・テクノロジーも採用されているので非常に性能が高いものが多いのです。

コアやスレッドが多いと、パソコンで同時作業(マルチタスク)してもコアやスレッドで分担して行うので軽々と処理できることになります。

Core i3のCPU。2コアで合計4つのスレッドがあります。

Core i3のCPU

Core i7のCPU。4コアで合計8つのスレッドがあります。

Core i7のCPU

アーキテクチャ

CPUの性能を決めるのはクロック周波数(単位 GHz)、キャッシュ(単位 MB)、コア数などがあります。消費電力も関係してくるので、世代が新しいCPUほど総合的な性能は高くなります。

例えば XPの頃のCerelon DやPentium 4と 現在のPentiumやCore i7とでは、比較にならないほどの性能差があります。

こうした性能差というのは通常のパソコン使用ではそれほど大きく出るわけではありませんが、少し負荷のある作業をするとはっきりとした違いが出てきます。

またPentium 4の3GHzとCore 2 Duoの1.86Ghzでは、コアが2つあって消費電力も低いCore 2 Duoのほうが性能は上といえます。

新しいCPUほど アーキテクチャ(設計)に改良が加えられるため、省消費電力、低発熱、高性能という傾向があります。


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