中央処理装置

中央処理装置CPU)は、中央処理装置、メインプロセッサ、または単にプロセッサとも呼ばれコンピュータプログラム構成する命令実行する電子回路です。CPUは、プログラムの命令で指定された基本的な算術演算、論理演算、制御演算、および入出力(I / O)演算を実行します。これは、メインメモリやI / O回路などの外部コンポーネント[1]や、グラフィックスプロセッシングユニット(GPU) などの特殊なプロセッサとは対照的です。

CPUの形式、設計、および実装は時間の経過とともに変化しましたが、基本的な動作はほとんど変わっていません。 CPUの主要コンポーネントには、算術演算および論理演算を実行する算術論理演算装置(ALU) 、ALUにオペランドを供給してALU演算の結果を格納するプロセッサレジスタ、および(メモリからの)フェッチを調整する制御装置が含まれます。 ALU、レジスタ、およびその他のコンポーネントの協調動作を指示することによる命令のデコードと実行。

最新のCPUのほとんどは、集積回路(IC)マイクロプロセッサに実装されており、1つまたは複数のCPUが単一の金属酸化膜半導体(MOS)ICチップ上にあります。複数のCPUを搭載したマイクロプロセッサチップはマルチコアプロセッサです個々の物理CPUであるプロセッサコアをマルチスレッド化して、追加の仮想CPUまたは論理CPUを作成することもできます。[2]

CPUを含むICには、メモリ周辺機器インターフェイス、およびコンピュータの他のコンポーネントも含まれる場合があります。このような統合デバイスは、マイクロコントローラーまたはシステムオンチップ(SoC) とさまざまに呼ばれます。

アレイプロセッサまたはベクトルプロセッサには、並列に動作する複数のプロセッサがあり、ユニットは中央とは見なされません。仮想CPUは、動的に集約された計算リソースを抽象化したものです。[3]

ENIACなどの初期のコンピューターは、さまざまなタスクを実行するために物理的に再配線する必要がありました。そのため、これらのコンピューターは「固定プログラムコンピューター」と呼ばれていました。[4]「中央処理装置」という用語は、1955年から使用されています。[5] [6]「CPU」という用語は、一般にソフトウェア(コンピュータプログラム)実行用のデバイスとして定義されているため、 CPUは、ストアドプログラムコンピュータの登場とともに登場したと言っても過言ではありません。


上から見たIntel80486DX2 CPU
Intel 80486DX2の底面、ピンを示しています
EDVAC、最初のストアドプログラムコンピュータの1つ
IBM PowerPC604eプロセッサー
SPARC64VIIIfxプロセッサを搭載したFujitsuボード
中規模集積回路で作られたDECPDP-8 / IのCPU、コアメモリおよび外部バスインターフェース
パッケージ内のIntel80486DX2マイクロプロセッサ(実際のサイズ:12×6.75 mm)のダイ
VaioEシリーズラップトップマザーボード上のIntelCore i5 CPU (右側、ヒートパイプの下)
ラップトップの内部、CPUをソケットから取り外した状態
基本的なユニプロセッサCPUコンピュータのブロック図。黒い線はデータフローを示し、赤い線は制御フローを示します。矢印は流れの方向を示します。
ALUとその入力および出力信号の記号表現
10進値40のバイナリエンコード表現を含む6ビットワード。最近のほとんどのCPUは、2の累乗、たとえば8、16、32、または64ビットのワードサイズを採用しています。
3つの命令を完了するのに15クロックサイクルかかるサブスカラーCPUのモデル
基本的な5段階のパイプライン。最良のシナリオでは、このパイプラインは、クロックサイクルごとに1命令の完了率を維持できます。
シンプルなスーパースカラーパイプライン。一度に2つの命令をフェッチしてディスパッチすることにより、クロックサイクルごとに最大2つの命令を完了することができます。