マイクロプロセッサまたはCPUとは何ですか？

CPUまたは中央処理装置としても知られるマイクロプロセッサは、単一のシリコンチップ上に製造される完全なコンピューティングエンジンです。 デスクトップマシン、サーバー、ラップトップなど、通常のコンピューターの心臓部としても知られています。

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マイクロプロセッサとは何ですか？

コンピュータで使用しているマイクロプロセッサは、Pentium、AMD Ryzen、またはIntel Core i3、i5、i7、i9のいずれかの世代です。 これらは最も人気のあるプロセッサですが、実際にはすべて「ほぼ同じ」（それを差別化するテクノロジーがあるため、引用符で囲んでいます）、同じように動作します。

最初のマイクロプロセッサは 1971年に発表されたIntel 4004でした 。加算と減算しかできず、一度に4ビットでしか実行できなかったため、それほど強力ではありませんでした。 しかし、すべてがチップ上にあるのは驚きでした。

マイクロプロセッサは通常、コンピュータのマザーボード上の特定のソケットを介して収納されています。 さらに、安定して正しく動作するために、ヒートシンクとファンを含む冷却システムが追加されています。冷却システムは、ヒートシンクが吸収するすべての過剰な熱を除去する役割を果たします。

マイクロプロセッサカプセルとヒートシンクの間には、 熱伝導率をより効果的にするために 、 サーマルペーストが一般的に使用されます。 また、液体冷却やペルチェセルを使用した冷却など、より近代的で効率的な方法が他にもありますが、これらの手法はほとんどオーバークロックにのみ使用されています。

マイクロプロセッサとは何ですか？

マイクロプロセッサは、コンピュータの処理に関連する指示とタスクを実行するコンポーネントであり、コンピュータの電源を入れると起動する「エンジン」です。 コンピュータシステムでは、マイクロプロセッサは、送信される論理命令を実行および管理する中心的なユニットです。

マイクロプロセッサは、加算、減算、除算、乗算、プロセス間およびデバイス通信、入力、出力管理などの一般的な操作を実行するように設計されています。

それは、機器の電力に応じて、何千ものトランジスタを含む集積回路で構成されています。

マイクロプロセッサは一般に、所定の時間内に処理できる命令の数、メガヘルツで測定されるクロック周波数 、および命令ごとに使用されるビット数に従って分類されます。

マイクロプロセッサは、 レジスタと呼ばれる少数の保持領域を使用する算術演算および論理演算を実行するように設計されています。

コンピュータの電源が入っているとき、マイクロプロセッサは、コンピュータのメモリの一部として付属している最初の基本入出力システム（BIOS）命令を受け取ります。

その後、 BIOS 、またはBIOSがコンピュータのメモリにロードするオペレーティングシステムは、マイクロプロセッサを「駆動」し、そのように指示します。 マイクロプロセッサは、メモリに保存された命令に従って、バイナリデータを入力として受け入れ、処理後に出力を提供します。

チップとは？

チップは、集積回路とも呼ばれます。 これは一般に、マイクロプロセッサを構成するトランジスタがエッチングされた小さく薄いシリコン片です。

チップは片側が1インチと大きく、数千万個のトランジスタを保持できます。 最も単純なプロセッサは、数平方ミリメートルのチップに刻まれた数千のトランジスタで構成できます。

マイクロプロセッサはどのように機能しますか？

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プロセッサは、基本的に算術論理演算ユニット（ALU）、制御ユニット、およびレジスタマトリックスで構成されるコンピュータの頭脳です。

その名前が示すように、ALUはメモリまたは入力デバイスから受信したデータに対してすべての算術演算および論理演算を実行します。

レジスタマトリックスは、データを処理するための高速アクセスメモリの一時的な場所として機能するアキュムレータ（A）、B、C、Dなどの一連のレジスタで構成されます。

コントロールユニットは、システム全体の命令とデータのフローを管理します。

したがって、基本的には、マイクロプロセッサは接続されたデバイスから入力を受け取り、メモリに与えられた指示に従って処理し、出力を生成します。

マイクロプロセッサの利点

• 低コスト ：マイクロプロセッサは、集積回路技術のおかげで低コストで利用できます。 これにより、コンピュータシステムのコストが削減されます。 高速 ：マイクロプロセッサチップは、使用されているテクノロジのおかげで非常に高速で動作します。 1秒あたり数百万の命令を実行できます。 小型 ：大規模および超大規模の統合技術により、 マイクロプロセッサーは表面サイズを大幅に縮小して製造されています。 これにより、コンピュータシステム全体のサイズが小さくなります。 汎用性 ：マイクロプロセッサは非常に用途が 広く 、プログラム（メモリに格納されている命令）を変更するだけで、同じチップを多くのアプリケーションに使用できます。 低消費電力 ：マイクロプロセッサは、MOSFET（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）が飽和モードとカットオフモードで動作する相補型金属酸化膜半導体（CMOS）テクノロジを使用して製造されます。 したがって、消費電力は非常に低くなります。

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• 発熱が少ない ：真空管デバイス（熱イオンバルブ）と比較して、半導体デバイスはそれほど熱を放出しません。 信頼性 ：マイクロプロセッサは非常に信頼性が高く、半導体技術を使用しているため、故障率ははるかに低くなります。 ポータブル ：マイクロプロセッサで作られたコンピュータデバイスまたはシステムは、サイズが小さく、消費電力が低いため、ポータブルにすることができます。

マイクロプロセッサで使用される一般的な用語

マイクロプロセッサがどのように機能するかを理解するには、内部を調べて、マイクロプロセッサの作成に使用されたロジックについて学ぶことが役立ちます。 その過程で、マイクロプロセッサの母国語と、プロセッサの速度を上げるためにエンジニアが実行できる多くのことについても学ぶことができます。

マイクロプロセッサの分野で使用されるいくつかの一般的な用語は次のとおりです。

バス

バスは、データ、アドレス、または制御情報をマイクロプロセッサのさまざまな要素に送信するための導体のセットです。 通常、マイクロプロセッサにはデータバス、コントロールバス、アドレスバスの3種類のバスがあり、8ビットプロセッサは8ビット幅のバスを使用します。

命令セット

命令セットは、マイクロプロセッサが理解できるコマンドのグループです。 命令セットは、ハードウェアとソフトウェア間のインターフェースです。 命令は、関連するトランジスタを変更してデータ処理を行うようにプロセッサに指示します。 たとえば、ADD A、B; レジスタAとBに格納されている2つの数値を加算するために使用されます。

語長

ワード長は、プロセッサの内部データバス上のビット数、またはプロセッサが一度に処理できるビット数です。

たとえば、8ビットプロセッサには、8ビットのデータバス、8ビットのレジスタがあり、一度に8ビットを処理します。 より高いビット演算（32または16ビット）を実行するには、それを一連の8ビット演算に分割します。

キャッシュメモリ

キャッシュは、プロセッサに組み込まれたランダムアクセスメモリです。 このようにして、プロセッサは通常のRAMを使用する場合よりも速くキャッシュメモリ内のデータにアクセスできます。 「CPUメモリ」とも呼ばれます。 キャッシュは、操作中にソフトウェアまたはプログラムによって頻繁に参照されるデータまたは命令を格納するために使用されます。 これにより、操作の全体的な速度が向上します。

クロック周波数

マイクロプロセッサは、クロック信号を使用して、命令が実行される速度を制御し、他の内部コンポーネントを同期させ、それらの間のデータ転送を制御します。 したがって、クロック速度は、マイクロプロセッサが命令を実行する速度を指します。 通常、 ヘルツで測定され、メガヘルツ（MHz）、ギガヘルツ（GHz）などで表されます。

マイクロプロセッサの分類

マイクロプロセッサは次のように分類できます。

語長

プロセッサーの語長に基づいて、8ビット、16ビット、32ビット、および64ビットのプロセッサーを使用できます。

RISC-削減された命令セット

RISCは、他のコンポーネントで見られるようなより専門的な命令セットではなく、小型で汎用的な高度に最適化された命令セットを使用するマイクロプロセッサアーキテクチャの一種です。

プロセッサーの温度を確認する方法

RISCは、反対のCISCアーキテクチャよりも高いパフォーマンスを提供します。 プロセッサでは、各命令の実行には、データをロードして処理するための特別な回路が必要です。 したがって、命令を減らすことにより、プロセッサは単純な回路とより高速な動作を使用します。

これらのマイクロプロセッサには次の機能があります。

• 単純な命令セット大きなプログラム多数のレジスタで構成単純なプロセッサ回路（少数のトランジスタ）RAMのより多くの使用固定長命令単純なアドレッシングモード通常、命令を実行するためのクロックサイクル数が設定されます。

CISC-複雑な命令セット

CISCは、RISCに対抗するマイクロプロセッサアーキテクチャです。 命令あたりのサイクル数を無視して、プログラムあたりの命令数を減らすために行われます。 このようにして、複雑な命令は直接ハードウェアに変換され、プロセッサがより複雑になり、動作が遅くなります。

このアーキテクチャは、メモリのコストを削減し、プログラムの期間を短縮するように設計されています。

これらのマイクロプロセッサには次の機能があります。

• 複雑な命令セット最小のプログラム少ないレジスター数複雑なプロセッサー回路（より多くのトランジスター）RAMをほとんど使用しない可変長命令さまざまなアドレッシングモード各命令の可変クロックサイクル数

特別なプロセッサー

特定の機能を処理するように設計されたプロセッサがいくつかあります。

• DSP（デジタルシグナルプロセッサ）コプロセッサ：メインプロセッサ（8087で使用される8087演算コプロセッサ）と組み合わせて使用​​されるプロセッサI / Oプロセッサトランスピュータ：独自のローカルメモリを持つマイクロプロセッサ

新しいPCにどのプロセッサを選択するかをお勧めしますか？

最後に、マイクロプロセッサはコンピュータシステム内で最も重要なユニットであり、独自の命令とプロセスのセットを処理する責任があります 。したがって、適切な選択を行うには、現在どのマイクロプロセッサが最適かを分析することが不可欠です。 私たちがコメントしたこれらの詳細はプロセッサに関するものですが、20〜30年前のプロセッサがどのように機能するかを理解するための基本です。 現在、さらに多くの機能があり、調査することをお勧めします。 私たちの記事をどう思いましたか？ コメントお待ちしております！