CPU

コンピュータがどのように動いているかはもうバッチリでしょうか?

まだよくわからない人は以下の記事をご覧ください!

コンピュータがもっとも得意しているの計算です。

人間にはとても真似できない速度で計算をしてくれます。

コンピュータはCPUとメモリを使って高速に計算することができています。

この記事ではコンピュータがどのように計算しているかを説明していきます。

CPUとメモリ

コンピュータの中でもっとも重要な装置はCPUとメモリです。

CPUはメモリに書かれている情報を読み取ったり、書き込んだりしています。

メモリに違うプログラムを読み込むだけでさまざまな処理が行える

メモリに書き込んでいるプログラムを入れ替えることで全然違う処理を行うことができます。

スマホではゲームもできるし家計簿も使えるし音楽プレーヤーとしても使えます。

これはメモリに書き込んでいるプログラムを変更しているためできているのです。

まめ知識

CPUとメモリは読み書きをしているのでつながっている必要があります。

このつなげる役割をしているのがバスと呼ばれているものです。

メモリのしくみ

メモリは電圧の高低を利用して情報を記憶しています。

電圧は電気を流す強さを表すものです。

メモリはどんなふうに情報を保持しているのか?

例えば低低低高ならば数字の「1」を高高低低ならば数字の「12」を表すと言った具合にメモリは情報を記憶しています。

電圧の高い状態を「1」として低い状態を「0」として記憶します。

コンピュータは人間のようにいろんな言葉を理解できるわけではなく「0」と「1」のみしか利用できません。

このように「0」と「1」のみでの表現方法を2進表現といいます。

CPUのしくみ

実際に計算するのはCPUの役目です。

CPUはメモリと違いとても複雑な装置になっています。

CPUは命令を記憶する、計算をする、CPU以外の装置と情報をやりとりするなど役割が違う回路がいろいろと入っています。

CPUには大きく分けると2つの役割で動いています。

  • 制御部
  • 演算部

CPU - 制御部

コンピュータ全体を制御する装置です。

メモリ内に記憶されているプログラムを取り出して理解し、処理を行うために必要な指示を各装置に送ります。

制御部にはレジスタと呼ぶ装置が多くあり、メモリから読み取った命令やその計算結果を一時的に保存しておくことができます。

またメモリの中で次にどの部分を読み込む必要があるかを記憶しているプログラムカウンタという装置も存在します。

制御部はレジスタとプログラムカウンタの2つを使ってメモリからプログラムを読み取ることができます。

CPU - 演算部

四則演算(足し算、引き算、掛け算、割り算のこと)、論理演算(正しいか間違いかを判定すること)などを行う装置です。

演算部はレジスタやメモリに保存されているデータをもとに繰り返し計算していきます。

まめ知識

パソコンやスマホは新しいバージョンが出るために処理速度が高速になっていきます。

これはムーアの法則と言って1年半ごとに集積回路上のトランジスタの個数が倍になることをいいます。

トランジスタの個数が増えることでCPUの性能がよくなり高速に計算ができるようになっていっています。

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