パソコン初心者がcpuについて調べてみた
cpu（シーピーユー）、について皆さんはどれくらいのことをご存じでしょうか。
私はこれぐらいのことしか知りません。
今回パソコン初心者の自分が、どういうものか調べてみました。
また、調べた際、分からなかった言語についても
調査しました。
CPUは制御・演算を担当
マウス、キーボード、HDD、SDD、メモリ、周辺機器、などから
デジタルデータというものを受け取り、
それらの制御・演算をCPUは担当します。
デジタルデータは2つの数字、2進数というものを計算するみたいです。
デジタルデータ？2進数の計算？
どういうこと？
意味わからん！という状況に自分はなりました。
デジタルデータとは？
コンピュータ内部のすべての情報はデジタルデータで保存されています。
特徴は、
- デジタルデータとは，0と1という2通りの数字の羅列によって表現されている。
- 文章や写真、映像、音声など現実にあるさまざまな形式の情報は、デジタルデータに変換可能。
- コンピュータはデジタルデータを極めて高速に処理できる。
- 保存や複製の際にデータの劣化がない
- コンピュータに命令を下すソフトウェアと呼ばれるデータも，デジタルデータで表現されている。
です！
CMで流れている携帯の新プラン20GB！
そのGBがデジタルデータのことを言っているみたいです。
2進数の計算とは？
コンピュータの世界では全てのデータを2進数で表します。
2進数は、0か1を使い表現します。
動力が電気ですので、電気に出来ることは、
offの0か、onの1しかないみたいです。
この二つの数字を四則演算して色んな計算を行い、
情報を伝えあっているみたいです。
CPUの性能の上げ方
cpuですが年々性能アップしています。
性能が上がれば計算処理等が上がり、より高度なことが
より短い時間で色々とできるようになると思います。
そこで、一体cpuのどこの部分がよくなることで性能が上がっているのか？
気になったので調べてみました。
クロック周波数
cpuのoff、onの切替えのスピードのことです。
Hz（ヘルツ）で表します。
1秒間に何回振動したかを示す単位だそうです。
この数値（Hz）が高いと、同じ時間内で処理できる情報量が増え、
性能が高くなります。
多くのcpuは基本的に3.0Ghz、ハイエンドは4.0Ghzあたりだそうです。
この10年間cpuのクロック周波数は飛躍的な進化を遂げていません。
このクロック周波数を上げようとすると、発熱が問題になりました。
熱に耐えきれなくなったみたいです。
ですので、クロック周波数以外の方法で性能アップを目指しました。
- シングルコアからマルチコアへの移行
- プロセスルールの大幅な縮小化
- 内臓キャッシュメモリの大容量化
です。
1.シングルコアからマルチコアへの移行
そもそもコアとは
- 計算を行う演算回路
- 処理作業を行うcpuの中核
です。
cpuはコアの数が多いほど並列に処理できる作業が増えます。
また、複数にすることで消費電力も抑えられるようになるそうです。
昔のcpuには一つのコアしかなかったらしく、
クロック周波数を上げることで性能をあげていました。
発熱の問題でクロック周波数を上げれなくなったために、
シングルコア（ひとつのコア）からマルチコア（複数のコア）へ移行したみたいです。
| シングルコア | マルチコア | |
|---|---|---|
| 発熱 | ||
| 処理電力 | ||
| 処理性能 |
2.プロセスルールの大幅な縮小化
海外ではプロセスサイズとも言うみたいです。
プロセスは製造、サイズは大きさ。
製造の大きさ。
つまり、cpuをどれだけ細かく製造しているかということです。
cpuの製造はシリコンウェハーの上にレーザー鉛筆を使い、回路パターンを描きます。
シリコンウェハーとは
です。
レーザー鉛筆とは
- シリコンウェハー上に回路を描くもの（焼き付ける）
です。
これが、細いほどcpuの回路をより細かく複雑にできるため、
cpuがより高性能になります。
今はamdが7nm、intelが10nmのcpuを開発しています。
ただintelのcpuは他社のものより少し微細に作られているようです。
ほぼ同程度の技術であるとみられているみたいです
ただintelは未だに10nmプロセスに苦しんでいるので、
amdの方が性能は優れているみたいです。
| プロセスルール | シェア | |
|---|---|---|
| intel | ||
| amd |
最近は後塵を拝していますが、今までcpu業界はintelの1強だったらしく、
シェアにもそれが表れています。
普及し、有名なのが王者intelということだと思います。
3.内臓キャッシュメモリの大容量化
内臓キャッシュメモリ、cpuが内臓するメモリのことです。
メインメモリとの違いは、
キャッシュメモリはSRAM、メインメモリはDRAMで構成されています。
- SRAMは速度が速いですが、高価で容量が少ないです。
- DRAMはパソコンのメインメモリ（主記憶装置）として使われています。容量は比較的多いですがSRAM程早くはありません。単純な構造なので価格を抑えられます。
DRAMのメモリセル(最小の回路構成)は、1つのトランジスタと
1つのキャパシタという単純な構造です。
高集積化が容易で、コストを抑えられるというメリットがあります。
また、時間の経過と共に記憶データを忘れます。
そのため記憶データを保持し続けるために、
リフレッシュ（記憶保持動作）を一定期間ごとに行う必要があります。
SRAMは、一度覚えたらDRAMと違いデータを忘れないため、
リフレッシュを行う必要はないです。
故にDRAMより消費電力が小さいです。
感想
以上三つのことを大雑把に描きました。
調べている最中、分からない言葉が次から次へとでてきて
きつかったです。
言葉を自分の中に取り込むのに時間がかかりました。
でも、すぐ忘れちゃいます。
付箋に書いてはったり、ノートに書いて読み直してはいるんですが、
あっさりと自分の中から消えていきます。
悲しいです
実はcpuの性能が上がった理由にはこの三つ以外にもあります。
cpuが理解できる命令の集合体「命令セット」というものも
進歩してcpuの性能が上がったみたいです。
この命令セットが何がどういう風に進歩したのか、
調べてもよく分かりません。
諦めて、他の自分が興味持っているもの調べたいと思います。
そうして、別の作業していると案外となにかが紐づいていて、
それをきっかけにして覚えることが
できたということもあるので。決して逃げではないと思いたい
