【イメージできる】CPUが何をやっているか？をわかりやすく解説

ひでまる

こんにちは、ひでまるです！
今回は「CPUが何をやっているのか？」について解説していきたいと思います

CPUという名前は、よく聞いた事あるかと思いますが、
「CPUはどんな事をやっている？」と聞かれたら答えられる方は少ないかと思います。

本記事では、CPUが何をやっているのか？をイメージできるように、解説していきます。
※イメージを目的としていますので、厳密には違うところもございます。

それでは、行きましょう！

CPUとは？

CPUは中央処理装置と言われ、コンピュータの頭脳として「あれやったり、これやったり」と命令を実行してくれる場所になります。

イメージでいうと、人間の脳が近いです。
手を動かしたり、言葉を喋ったりできるのは脳で命令を処理したり制御することができるからですよね。

CPUはこのようなイメージになります。
CPUはパソコンの頭脳として、「命令を実行したり」「制御したり」できるんだなー、と分かってもらえるかと思います。

CPUを詳しく見ていく

それではもう少し詳しく見てみましょう。

実際にCPUの内部では「制御装置」と「演算装置」と「レジスタ群」が入っており、それぞれ連携しながら実行していきます。

CPUでの指示はすべて「制御装置」が出していきます。
レジスタと呼ばれる一時的に保管する場所で、命令(プログラム)を保管しながら、演算装置を使って処理を行っていきます。

つまり一言でいうと、制御装置が指示を出しながら、プログラムを処理していくという流れになります。

ちょっとこれだけだとイメージが…という方もいるかと思います。
CPUを詳しく理解するためには、「コンピュータの5大装置」「プログラムが読まれる流れ」を知る必要がありますので見ていきましょう。

コンピュータの５大装置

コンピュータのハードウェアを大きく分けると５つに分けられます。

• CPU
• 主記憶装置(メモリ)
• 補助記憶装置(HDDやSSD)
• 入力装置(キーボードやマウス)
• 出力装置(ディスプレイ)

「Excelを使ったり」「youtubeを見たり」「検索したり」する事ができるのは、コンピュータの５大装置が連携して処理を行ってくれるためです。

コンピュータの５大装置の流れをざっくりと言うと「入力」→「演算」→「出力」と進んでいきます。

1. まず入力ですが、私達はキーボードで入力したり、マウスでクリックしたりと入力装置を使って入力していきます。
2. 入力されたデータは、記憶装置に保管され、演算装置が演算し処理をします。
3. 最後に、演算した結果をディスプレイなどの出力装置が出力します。

「記憶装置に保管され、演算装置が演算し処理をします」
この部分にCPUが使われています。

それでは「記憶装置に保管され、演算装置が演算し処理をします」の中身を見ていきましょう。

プログラムが読まれる流れ

まず、Excelやブラウザなど、プログラムを実行すると、どのような流れで実行されるのか見ていきましょう。

1. 実行するためのプログラムはPC内に無いといけないですね。HDDなどの補助記憶装置に入れる行為をインストールといいます。
2. インストールできたら、ダブルクリックなどで実行させます。
3. すると、HDDなどの補助記憶装置から、メモリの主記憶装置にプログラムが置かれます。これをロードといいます。
4. このメモリにあるプログラムをCPUが自分のレジスタに取り込み、演算処理をしてプログラムが実行されていきます。

このように、プログラムは実行されていきます。

CPUが担当しているのは、「記憶装置に保管され、演算装置が演算し処理をします」こちらの部分でしたよね。
この部分にあたるのが、３〜４番になります。

CPUは、主記憶装置のメモリに置かれているプログラムをCPU内のレジスタに取り込み、演算処理をしてプログラムを処理していきます。

【おまけ】CPUの2.0GHz←これってなに？



パソコンのスペック表を見ると「第11世代インテルCorei5 2.0GHz」みたいに書かれているのを見たことはありませんか？
Corei5はなんとなく聞いた事あっても、2.0GHz←これを説明できる人は少ないのではないでしょうか？

最後におまけとして、CPUの2.0GHzについて説明していきます。

2.0GHzは「クロック周波数」と呼ばれる

先程の５大装置があったように、コンピュータは様々な装置が連携しながら処理をしています

そのため、装置がバラバラに動いているとうまく動作しないので、クロックと呼ばれるタイミングに合わせて連携していきます。

動いて！……動いて！……動いて！……動いて！……動いて！

このような感じで、みんなでタイミングをあわせて動いていきます。
なんか運動会みたいですね笑

このクロックが１秒間に繰り返される回数の事をクロック周波数と呼びます

2.0GHzのCPUであれば、１秒間に20億回「動いて！」を言っているという事になります。

そのため、クロック周波数が多いほど、性能の良いCPUとなります

動いて！……動いて！……動いて！……動いて！……動いて！

動いて！..動いて！..動いて！..動いて！..動いて！..動いて！← こっちの方が性能が良い

つまり、スペック表に「1.0GHz」と「2.0GHz」書いてあったら、
1秒間に10億回動かせるCPUと、1秒間に20億回動かせるCPUがあるのね。

2.0GHzのほうが性能2倍じゃん！みたいな考えができます。

最後に

CPUって言葉はめちゃめちゃ有名ですが、CPUって何やっているの？と聞かれると結構困りますよね

目には見えない部分なので、イメージするのは難しいですが、
この記事で少しでもイメージできたら嬉しいです。

読んでいただきありがとうございました。