プロセッサ

ねらい

コンピュータの中心となる部品を学びます。このレッスンを終えると、CPUが何をしているのかを説明でき、速さを表す数値の意味が分かるようになります。

コンピュータの5つの働き

コンピュータは、5つの働きでできています。

演算と制御を担うのが CPU（中央処理装置・プロセッサ）です。コンピュータの頭脳にあたります。

CPUは、命令を1つずつ実行しています

CPUは、メモリから命令を取り出し、意味を解釈し、実行することを、ものすごい速さで繰り返しています。

この繰り返しの拍子を刻むのがクロックです。クロック周波数は、1秒間に何回の拍子を刻むかを表し、Hz（ヘルツ）で示します。3GHz なら1秒間に30億回です。

同じ設計のCPUどうしなら、クロック周波数が高いほうが速く処理できます。ただし設計が違うCPUの間では、周波数だけでは比べられません。1拍子でこなせる仕事の量が違うためです。

コア — 頭脳の数を増やす

コアは、CPUの中にある実際に処理を行う中核です。かつては1つでしたが、いまは複数持つのが普通です。

• デュアルコア… 2つ。
• クアッドコア… 4つ。
• マルチコア… 複数のコアを持つCPU全般を指します。

コアが増えると、同時に別々の処理を進められます。ただし1つの処理が2倍速くなるわけではありません。分担できない仕事は、コアを増やしても速くなりません。料理人を2人に増やしても、1つの鍋を煮る時間は短くならないのと同じです。

GPU — 同じ計算を大量に並べる

GPUは、もともと画像処理のための装置です。単純な計算を、とてつもない数だけ同時に行うことに向いています。

この性質が機械学習の計算と合うため、AIの学習にもGPUが使われます。CPUが「難しい仕事を順にこなす少数精鋭」なら、GPUは「単純な仕事を一斉にこなす大人数」にあたります。

まとめ

コンピュータは入力・記憶・演算・制御・出力の5つの働きでできており、演算と制御を担うのがCPUです。クロック周波数は1秒あたりの拍子の数ですが、設計が違うCPU間では周波数だけで比べられません。コアを増やすと同時に複数の処理を進められますが、分担できない仕事は速くなりません。

理解の確認

4コアのCPUを搭載したパソコンに買い替えたところ、あるソフトウェアの処理時間が期待したほど短くなりませんでした。考えられる理由を述べてください。

答え: その処理が、複数のコアに分担できない性質のものだったと考えられます。コアが増えて速くなるのは、同時に進められる複数の処理がある場合です。前の計算結果を使って次の計算をする、というように順番に進めるしかない処理は、コアがいくつあっても1つのコアで順にこなすことになり、処理時間はほとんど変わりません。ソフトウェア側が複数のコアを使う作りになっていない場合も同様です。コア数を増やす効果は、同時に複数の作業をする使い方（動画の変換をしながら別の作業をするなど）で表れやすくなります。