CPUの役割をざっくり解説

2020年3月21日

普段使っているコンピュータ。その中でも特に重要な役割を担っているCPUの処理内容を解説します。

はじめに超ざっくりとした解説、そして徐々に詳細な説明をしていきます。

この記事を読み終わる頃にはCPUとは何かについて人に説明できる状態になっていることでしょう。

超ざっくりとした説明

CPUとは「プログラムの内容を解釈して実行する装置」です。

この装置は人間のに例えられることが多いです。思考して、体の各部に命令をする脳。それのコンピュータ版だと思って間違いありません。

ざっくりとした説明

CPUは以下の順番で処理します。

  1. メモリにあるプログラムを読み込む
  2. プログラムを解釈する
  3. プログラムを実行する命令を出す
  4. 命令に従い演算を行う
  5. 演算結果に従い、コンピュータを動作させる

「コンピュータを動作」というのは例えば、マウスカーソルを動かしたり、キーボードで入力された文字を画面に出力したりすることです。コンピュータ内での動き全般を指します。

まだ良くわからない箇所があるかと思いますので、もう少し詳細に説明します。

詳細な説明

CPUは大きく以下の四つのパーツで構成されています。

  • レジスタ
  • 制御装置
  • 演算装置
  • クロック

それぞれ詳しく見ていきましょう。

レジスタ

CPU用の記憶装置です。CPUで処理をする対象となるデータや、CPUでの処理内容である命令はレジスタに保存されます。

またレジスタには種類があり、それぞれ異なった役割を持っています。

特に重要なレジスタは以下の3つです。

  • 汎用レジスタ:データを保存する
  • 命令レジスタ:命令を保存する
  • プログラム・カウンタ:次に実行される命令のメモリ上のアドレスを保存する

メモリとはCPUの外にある記憶装置です。別名’主記憶装置’。

メモリに記載された「命令・データ」をレジスタで読み込み、CPUで処理します。

一つの命令が終わるたびにプログラム・カウンタの値が変わり、その値に従い次々に命令が実行されます。

制御装置

プログラムの読み出し解釈実行を行います。つまり何でも屋。

制御装置は実行命令を出しますが、実際に演算を行うのはこの後紹介する演算装置で行います。

演算装置

制御装置からの実行命令に従い演算を行います。演算とは例えば足し算です。

クロック

CPUの動作のタイミングを決めます。

クロック周波数という言葉を聞いたことがあるかもしれません。これは一秒間に何回CPUが処理できるかを表しています。クロック周波数が多いCPUであれば、より高速に処理出来ます。

詳細にCPUの処理の流れを説明

それでは用語解説が終わったところで、先ほどのざっくりと説明した処理に主語を付けてみます。

  1. 制御装置がメモリからレジスタにプログラムを読み込む
  2. 制御装置レジスタに書かれたプログラムを解釈する
  3. 制御装置レジスタに記載された内容に従い、プログラム実行命令を出す
  4. 演算装置が実行命令に従い演算を行う
  5. 制御装置が演算結果に従いコンピュータを動作させる

読み込んで、実行命令して、演算して、その結果に従い動作させる。この流れが理解できればバッチリです。

まとめ

以上がCPUの処理の概要となります。

マウスを動かす、クリックする、キーボードで入力を行う。これら全ての動作はCPUによってなされます。CPUは偉大なんです。

普段PC作業をする際には特に意識することがないCPUですが、これを機にCPUの役割についてきちんと理解しておきましょう。

参考書籍

この記事を書くに当たって参考にした書籍は以下になります。この記事では紹介していないレジスタの種類やより深くプログラムが実行する流れを知りたい方におすすめです。

自分が普段書いているコードがどのような流れで実行されているのかとても良く分かります。是非読んで欲しいです。