CPUとは | パソコンパーツの基礎

cputoha画像引用元:https://www.amazon.co.jp/

当カテゴリーでは、CPUとは何かについて解説している。PCの主要パーツのためなんとなく理解している方も多いだろう。復習を兼ねてぜひもう一度勉強して欲しい。

CPUって何?

CPUの定義

CPU(Central Processing Unit:中央演算装置)とは、コンピュータにおいて演算・制御を行う装置です。

CPUは記憶装置から命令を読み込み、演算をし、各種の記憶装置や出力装置に演算結果を通知します。

引用元:http://www.fujitsu.com/jp/


CPUの定義を引用しているので参考にして欲しい。CPUとは、パソコンにおける様々な計算処理を行うパーツのことだ。Central Processing Unit(セントラルプロセッシングユニット)の略でPCの主要パーツの一つだと言える。直訳で中央演算処理装置とも呼ばれる。中央と呼ばれることからその重要性がわかるだろう。

このコンピューターのCPUは、動いているハードウェアやソフトウェアから受ける全ての指示の処理している。例えば、マウスやキーボードなどの周辺機器からの出力やHDD、メモリなどからのデータを入力・演算・出力を行う役割を果たしているのだ。

そもそもパソコンのプログラミングは計算で成り立っている。パソコンは0と1の2進数で様々な処理を行うので、常に演算をする必要があるというわけだ。CPUの性能=パソコンの処理能力そのもので、パソコン作業の快適さに関わる重要な部分だと言える。高性能になればグラフィック機能も搭載されていることもある。

人間で例えると脳になる!?

パソコンのパーツの役割はヒトで例えられるが多い。それは何も知らない人にとってもイメージしやすいので私もおすすめの覚え方だ。このCPUは人間でいうと脳(作業をする人)によく例えられる。優れた脳を持つ人(Core i7-8700K etc.)は演算処理を素早く行うことができるというわけだ。

ここでいう演算処理というのは何もエンコードやRAW現像のような負荷の高い作業でのみ行われるわけではない。ブラウザの立ち上げ、ゲームの読み込み等多岐にわたるということを付け加えておこう。しかしながら、もう少し脳を分類した方がわかりやすいだろう。脳には左脳と右脳がある。左脳は、ソフトウェア(いわゆるOS)と言う方が正しく、右脳は計算が得意なCPUとして考える方がしっくりとくる。

最近主流になってきたマルチコアのCPUでは効率よく作業を行うことができる。現在では6つのコアが搭載されたCPUも存在する。例えば、ブラウジングしながら音楽を聴いたりレポートを作成したり、動画のエンコードをしながらネット閲覧をしたりなど複数の操作を行うことによりかかる負荷を分散させることができる。

CPU単独では作業を行えず、機能するためにはメモリストレージなどが必要になる。それは別の機会に見ていくとしよう。このページではCPUにのみ焦点を当てていく。

CPUの構成要素(中上級者向け)

CPUの主な構成要素として、ALU(Arithmetic Logic Unit)と呼ばれる数学的・論理的そして決定に関する作業を行う算術論理演算ユニットがある。そして、プロセッサーの全ての作業を指示するCU(Control Unit)と呼ばれる制御装置があるのだ。このCPUは、メモリーからの指示を読み込み、解釈をする。それらを一連の信号に変換して、コンピューターの他のパーツを動かすというわけだ。

CPUは、ALUに必要な計算を行うように要求する。キャッシュという役割もある。それは高速のメモリーとしての役割があり、指示をコピーしてそれらを読み込むことが可能となる。また、CPUは、とても熱を持つので、放熱板やファンという形でそれ自身で冷却システムを持つ必要がある。マザーボードの上に位置していて、マザーボードはCPU用のソケットを持っているので接続することができる。

CPUスペックの見方

cpuspec画像引用元:https://ark.intel.com/ja/
CPUのスペックの見方を解説する。上記は第八世代CPU「Intel Core i7-8700K」のスペック表となってる。Intelはメーカー名、Core i7は種類、8700は型番、Kは末尾アルファベットとなる。末尾アルファベットのKはオーバークロックに対応している高性能モデルだ。その他にも省電力のTやハイエンドのXなどがある。

コア数/スレッド数

それではパフォーマンスを見ていこう。まずコアの数はCPU内部の演算を担う部分だ。1コアならシングルコア、2コアならデュアルコア、4コアならクアッドコア、6コアならオクトコアという具合だ。最近はクアッドコア以上のマルチコアが増えてきている。スレッドとは仮想的にコアを増やしたもので、一般的にハイパースレッドに対応しているとより高速に作業を行うことができる。

ベース及びブースト周波数

次にプロセッサー・ベース動作周波数及びターボ・ブースト利用時の最大周波数を見ていこう。これは単純にCPU性能を表していると考えて良い。1秒間のクロックの数(処理数)となる。3.7GHzだと1秒間に37億回のクロックがあるということだ。そして、ターボ・ブースト時とは、CPUへの負荷が高くなった場合に発揮することができる1つのコアの最大数となる。コア数と合わせてこのクロック数はCPU性能を計る上でとても重要だ。

キャッシュ

次にキャッシュとはCPU内部のメモリのことだ。外部のメモリと機能的には似ている。CPU内部でワンクッションを挟むことでより効率的に作業を行えるということだ。キャッシュは世代によって大きく異なっている。例えば、一世代前のCore i7-7700Kの8MBから50%アップとなったことがわかる。

バススピードとQPIリンク数

バススピードは、CPUと他のパーツあるいはコンピューター同士でのデータのやり取りに使用する道のことだ。Core i7-8700Kでは8GT/sとなっているが、数値が大きいほど高速でのデータのやり取りができると理解しておこう。ただ、他の項目に比べてそれほど考えることは多くない。同様にQPIリンク数についても重要度が高くないため省略する。


CPUはどのように計算をしているの!?

CPUのALUは計算をしているのだが、一体どのように計算をしているのだろうか。コンピューターの世界では全て0と1で表されるのは知っているだろうか。英語も日本語も一つ一つの文字が0と1の羅列で表すことが可能となっている。プロセッサー内部で、複数のトランジスタを使って0と1を格納している。

これらは極微のスイッチだ。そしてそれは、スイッチがオンかオフかによって電気の流れを制御することができる。トランジスタは、二つの情報を持っている。電流が流れているなら1で、電流が流れていないのであれば0ということになる。トランジスタは、とても薄いシリコンの上にある。一つのシリコンチップに、数千のトランジスタがある。

一つのCPUで大量のチップが含まれている。それでもCPU自体はとても小さくなっているのは技術の進歩だと言える。今日のCPUは、1平方インチの中に数億個のトランジスタを持つことが可能だ。ハイエンドモデルになると、その数は10億以上になる。演算は、トランジスタの違う組み合わせをオンまたはオフにする信号によって行われる。トランジスタの数が多ければ、その分多くの計算をすることができるということになる。

ちなみに、チップに使われている素材であるシリコンは、カリフォルニアのシリコンバレーからその名前が来ている。初期のCPUはとても大きく、今日ほど多くのトランジスタを持つことはできなかった。インテルやAMTのようなCPUの製造会社が、多くの研究を行い、全てを小さく、そして一つのプロセッサーに多くのトランジスタを詰め込めるようになったというわけだ。

つまり、CPUの新しい世代がリリースされたら、それは彼らが一つのCPUに多くの処理能力をつめるための優れた方法が見つかったということを意味している。Intel i7、AMD 870のようなCPUの一般的な名称は、CPUの基本的な設計概念に由来している。

ゲーミングPCとCPU

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ゲームをする上で、CPUは重要になってくる。ゲームの起動、ロード以外にもゲームの骨組み全ての処理が任されていてグラフィックボードが肉付けしていくことになる。

これらの処理を素早く行うために優れたCPUが求められるのだ。CPUが描いた絵に、色をつけるのがグラフィックボードなのだ。どちらも重要なのでバランスを考えなくてはならない。

関連記事:CPUがゲームプレイに与える影響

ゲームプレイ中にCPU使用率が高くなる

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ゲームをプレイしているとCPU使用率が高くなることがある。100%に近くなると驚いてしまうかもしれないが、必ずしも性能不足というわけではなく、様々な要因が考えられる。そのようなケースで考えられる要因とその解決策については下記の記事を参考にして欲しい。

関連記事:ゲームでCPU使用率が高くなるのはなぜ?その時の対処法は?

CPUの調べ方

最後に今あなたが使用しているパソコンのCPUを調べる方法をまとめておく。

マイコンピュータのアイコン上で右クリック→プロパティをクリック

property

システムのプロセッサを見れば今のPCのCPUがわかる


cpukakunin
今はi5-8400があれば必要十分だといえる。当サイトで紹介するPCの多くは下記のものになる。性能で言えばこの順番だが、ゲームをメインに据えるのであればi5でもCPUクロックが3.5Ghz以上あれば問題ない。

Core i7-8700K(Core i7-7700K)> Core i7-8700(Core i7-7700)> Core i5-8400(Core i5-7500)

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