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CPU(Central Processing Unit;中央演算処理装置)

経営情報 システム CPU

こんにちは、トシゾーです。

この記事では、中小企業診断士一次試験・経営情報システムの「情報処理の基礎技術」分野の中から、「CPU(Central Processing Unit;中央演算処理装置)」について説明します。

CPUは、コンピュータの頭脳にあたる演算装置、コンピュータ全体を制御する神経系にあたる制御装置、そして、一時的な記憶装置であるレジスタなどから構成されています。

CPUに関する論点としては、

  • CPUそのものの仕組み
  • CPUの高速化技術

上記2つを理解することが重要です。

ぜひ、コンピュータの頭脳であるCPUについて、理解を深めてください。

CPUの仕組み

主記憶装置(メインメモリ)上にある、命令やデータをCPUが逐次読み込んで、処理を行います。

プログラムとは命令の集まりのことで、CPUが順番に「命令読込」「命令解釈」「データ読込」「データ処理」「結果格納」の流れで処理を進めます。

レジスタ

CPUの内部にある一時的な記憶装置のこと。主記憶装置(メインメモリ)上にある命令やデータを少しずつ読み込んで、それを演算機能に渡し、データ処理が行われます。

クロック周波数

CPUは一定のタイミングで動作します。このタイミング(リズム)は安定的な周波数であり、これをクロック周波数と呼びます。

クロック周波数の単位はヘルツ(Hz)が使われます。1秒間に1回振動するタイミングの場合、1Hzとなります。

CPUの高速化技術

パイプライン

CPUは通常、「命令読込」「命令解釈」「データ読込」「データ処理」「結果格納」などの処理を順番に行います。パイプラインとは、これらの処理を見かけ上並行処理することで処理速度の向上を図ります。

また、複数のパイプラインがあるものをスーパースカラといいます。

マルチプロセッサ

複数のCPUを用意し、それらを1台のコンピュータに搭載して並列処理することで高速化を図る技術です。

タンデムシステム

複数のプロセッサを直列に配置した構成のことで、マルチプロセッサの一種です。

マルチコアプロセッサ

1つのCPUの中に複数のコアプロセッサ(演算機能)を持つものです。以下のような種類があります。

  • デュアルコア:1つのCPU内に2つのコアプロセッサを搭載したもの
  • クアッドコア:1つのCPU内に4つのコアプロセッサを搭載したもの

オーバークロック

通常のクロック周波数を超える周波数でCPUを動作させるものです。速度は速くなりますが、安定性に欠ける場合があります。

GPU

GPU(Graphics Processing Unit)とは、画像処理を専門に行うプロセッサのことです。

従来、CPUは画像処理を含めてすべての処理を担当していましたが、高精細な映像や3D動画を再生するなどの負荷が高い場合、CPUとGPUとで役割分担することにより、映像や画像の処理をスムーズに行うことができます。

通常、GPUはグラフィックスボード(ビデオカード)と呼ばれる専用基盤に配置されることが多いです。また、グラフィックスボードには、VRAM(ビデオRAM)と呼ばれる画像処理専用の記憶装置も配置されています。