就職対策Vo.095～そもそも、なぜ、コンピュータは動くのか？
キャリアコンサルタントのサイトウです。今回は、コンピュータは動く仕組みをみていきましょう。
普段あなたが利用しているPCは、どのようにして動いているのか分かりますか？
何となく使っていますが、複雑なのでよく分からないという人が多いと思います。
細かく記載するととても長くなってしまいますので、できるだけ簡潔に書いていきます。
●CPUとは？
「CPU」とは、Central Processing Unitセントラルプロセシングユニットの略称で、日本語訳すると「中央演算処理装置」です。
これは知っている人が多いと思います。
コンピューターには、ハードウェアを構成する重要な「5大装置」と呼ばれるものが存在しており、そのうちの2つ(制御装置・演算装置)が含まれているのがCPUです。
・入力装置
・出力装置
・制御装置
・演算装置
・記憶装置
●CPUの役割
実は、CPUの役割は、制御と演算だけなのです。
・単純な計算
・単純な判断
・データのコピー
・機器の制御
これは私たちが思っているよりも、かなり分かりやすい仕事をしている感じがしますね。
そして、計算自体も2つしかやっていないのです。
・算術演算(四則演算)
・論理演算（2進数の0と1を用いた数学の集合みたいな計算）
●CPUの4つの処理ステップ
CPUが脳みそで、計算や制御をするところというのは分かりましたので、次は処理の流れを簡単に見ていきましょう。
・命令の読み込み(フェッチ)
・命令の解読(デコード)
・命令の実行(エグゼキュート)
・結果データの出力
ここを細かく説明すると、とても難しくなってしまうので、とりあえずはこの4工程を踏んでいると思ってください。
もう少し噛み砕くとこんな感じです。
・命令の読み込み：メモを見て行くべき目的地をチェック
・命令の解読：車移動が必要だったのでタクシーを呼ぶ
・命令の実行：運転手に目的地を伝える
・結果データの出力：目的地に到着
●CPUの構造
CPUを構成する要素は、大きく見ると3つあります。
①パッケージ
②ダイ
③ピン
やっていることは単純だけど、単純にやっているようで実は複雑な感じがしますよね。
ですので、今回は浅く広くお伝えします。
名前だけ知っておくニュアンスでも大丈夫です。
①パッケージ
ダイを守る基盤のことです。
このダイは超繊細であり、しかも、そのままでは実装(他の部品と接続)しづらいのです。
だから、パッケージが必要になるわけです。
②ダイ
ダイは、CPUでもっとも大事な中心部分で、集積回路(IC)があります。
このダイの部分に、コンピューターを制御する部分や演算をする部分が入っているのです。
ちなみにダイは、高純度なケイ素(Si)でできています
【ダイを構成する要素】
②-1：バスインターフェース
②-2：キャッシュメモリー
②-3：制御装置
②-4：演算装置
②-1：バスインターフェース
バスインターフェースは、データをやり取りする伝送路のことです。
バスインターフェースは、2つに大別されます。
・内部バス（CPU内部の回路を結ぶ）
・外部バス（CPUとメモリーを結ぶ）
さらにバスの中でも、3種類に分けられます。
・アドレスバス(利用するデータのアドレスを主記憶装置に伝える)
・データバス(主記憶装置とデータのやり取りを行う)
・コントロールバス(読み出し・書き込みを行うかの指定をする)
とりあえずは、こういう構造になっていると思ってもらえば大丈夫です。
やっていることは、命令やデータをやり取りする入り口的なことですね。
②-2：キャッシュメモリー
キャッシュメモリーは、バスインターフェースから受け取ったデータを一時的に保管する場所です。
よく使うデータをこのキャッシュメモリーに一時的に置いておくことで、わざわざ低速なメモリー(RAM)までアクセスしなくても良くなります。
なので、結果的にCPUを高速にできるわけです。
②-3：制御装置
制御装置とは、演算装置やレジスタの動作、メモリーの読み書きなどを制御する部分です。
制御装置を構成する要素】
・フェッチユニット
・デコーダー
・レジスタ
制御装置は、上記のようなもので構成されています。
ちなみに、「レジスタ」もメモリーの一種ですが、キャッシュメモリーとは目的も保存する内容も異なります。
②-4：演算装置
演算装置は、実際に算術演算・論理演算を行う部分のことです。
【演算装置を構成する要素】
・整数演算ユニット
・浮動小数点演算ユニット
・レジスタ
③ピン
ピンは、このCPUをマザーボードと接続する部分です。
このピンの数はCPUの世代や製造メーカーによって異なります。
分かりやすく言うと、ピンはUSBとかイヤホンのような接続端子です。
何となくお分かりいただけましたでしょうか？
CPUはやってることは単純ですが、掘り下げるととても複雑です。
もし、ご興味がある方は、それぞれ調べても面白いですよ！
