———-説明———-
この動画では、「CPU」を解説しています。
———-目次———-
0:00 イントロ
0:11 自己紹介
0:22 CPUとは
0:43 CPU性能の3つの指標
1:01 （１）クロック周波数
2:30 （２）コア
3:15 （３）レジスタのデータサイズ
4:02 試験ではこう出る！
4:26 過去問題（令和3年度 問2）
5:09 まとめ
5:26 エンディング
———-本文———-
■CPUとは
CPU（Central Processing Unit）とは、データの演算を行う装置です。人間に例えるなら脳にあたる装置です。CPUは「プロセッサ」と呼ばれることもあります。
Centralは中央、Processingは演算、Unitは装置です。よってCPUは中央演算装置という意味になります。
■CPU性能の3つの指標
CPUは製品によって、性能の良し悪しがあります。性能は主に、次の3つの指標で表されます。
（１）クロック周波数
クロック周波数とは、CPUが動く速さを表す指標です。コンピュータは内部に発振器を持っていて、CPUはこの発振器が発生させるテンポに合わせて命令を処理します。
現実世界に例えるなら、発振器はメトロノームであり、CPUは演奏者です。発振器が発生させるテンポに合わせて、CPUが命令の処理を行います。
クロック周波数とは、この発振器が１秒間に発生させる信号の回数です。クロック周波数の単位は「Hz（ヘルツ）」です。１秒間に１回の信号を発生させることを1Hzといいます。
【クロック】
コンピュータの世界では、CPUの処理にかかる手間を「クロック」という単位で表します。クロックとは、発振器がテンポを刻む回数の単位です。発振器が１回分のテンポを刻むことを１クロックといいます。例えば、1秒間に4クロックあるときのクロック周波数は4Hzです。
コンピュータが行う処理のなかには、１クロックで終わる処理もあれば、４クロックかかる処理もあります。複雑な処理ほどクロック数が増えます。
このため、より多くの処理を、より速く実行するには、より速いテンポに対応できるCPUが必要になります。
例えば、クロック周波数が2.5GHzのCPUが１秒間に処理できるクロック数は、１ギガが109、つまり10億なので、25億クロックとなります
（２）コア
CPUの性能を表す指標の2つ目はコアです。
コアとは、CPU内にある「演算（計算）処理を行う装置」です。数年前までは１つのCPUには１つのコアしか入っていなかったのですが、最近は１つのCPU内に複数のコアが搭載されているコンピュータが主流です。このような、１つのCPU内に複数のコアを持つCPUのことを「マルチコアプロセッサ」といいます。
また、より具体的に、例えば、２つのコアを持つプロセッサを「デュアルコアプロセッサ」、４つのコアを持つプロセッサを「クアッドコアプロセッサ」といいます。
マルチコアプロセッサでは、それぞれのコアが別々の処理を実行できるため、多くのコアが搭載されているCPUのほうが、性能が高いといえます。
（３）レジスタのデータサイズ
CPUの性能を表す最後の指標はレジスタです。レジスタとは、CPU内にある「データを一時的に記憶する装置」です。コンピュータは主に、主記憶装置にデータを保存するのですが、CPUの内部にもデータを保存する場所が用意されています。
レジスタのデータサイズは主に32ビットと64ビットの2種類です。内部に32ビットのデータサイズのレジスタを持つCPUを「32ビットCPU」と言います。、同様に64ビットのデータサイズのレジスタを持つCPUを「64ビットCPU」と言います。64ビットCPUのほうが一度に読み込むことができるデータが大きいので、より高速に処理ができます。
■試験ではこう出る！
CPUの問題では、性能を表す指標に関する知識が問われます。その知識とは次の3つです。
・CPUの処理能力を計算する問題。これについては後ほど過去問題で確認しましょう。
・マルチコアプロセッサでは、各コアが別々の処理を行う
・32ビットCPUよりも、64ビットCPUのほうが処理が高速
■過去問題
平成23年 特別試験 問60
クロック周波数が1.6GHzのCPUは、4クロックで処理される命令を1秒間に何回実行できるか。
ア 40万
イ 160万
ウ 4億
エ 64億
１ギガは109、よって10億です。つまり、1.6GHzは16億回のクロックを発生させます。そのうち1命令あたり4クロックで処理が終わるので、1秒間では、16億÷4クロックで、4億回の命令を処理できます。
よって、ウが正解です。
■まとめ
・クロック周波数とは、発振器が１秒間に発生させる信号の回数です。
・マルチコアプロセッサでは、各コアが別々の処理を行います。
・32ビットCPUよりも、64ビットCPUのほうが処理が高速です。
———-高橋京介プロフィール———-
・米サンノゼ州立大学卒業
・元メルカリiOSエンジニア
・著書
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