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CPU

Overview​

OSは、パソコンを使う人をサポートしてくれるソフト。CPUはデータ処理してくれるパソコンの頭脳
OSはソフトウェアで、CPUはハードウェア
パソコンのいろんな処理の速さはCPUの性能にかかってくることが多い。CPUの計算が遅いとパソコンも動作が遅い。

CPUの命令実行手順​

  1. 補助記憶装置（ハードディスク）からプログラムをメモリが取り出す
  2. 主記憶装置（メモリ）からCPUが取り出す
ヒント

メモリから取り出した命令はCPU内部にあるレジスタという記憶装置に保存される

レジスタの種類​

名称役割
プログラムカウンタ次に実行するべき命令が入っているアドレスを記憶するレジスタ
命令レジスタ取り出した命令を一時的に記憶するためのレジスタ
インデックス（指標）レジスタアドレス修飾に用いるためのレジスタで連続したデータの取り出しに使うための増分値を保持する
ベースレジスタ演算hの対象となる数や、演算結果を記憶するレジスタ
アキュムレータ演算の対象となる数や演算結果を記憶するレジスタ
汎用レジスタ特に機能を限定していないレジスタ。一時的な値の保持やアキュムレータなどの代用に使ったりする

CPUの性能指標​

CPUの性能は以下を用いて評価される

  • クロック周波数
  • CPI（Clock cycles Per Instruction）
  • MIPS（Million Instructions Per Second）

クロック周波数​

周期信号の繰り返し数。
コンピューターにはいろんな装置が入っている。それらを動作させるために「クロック」と呼ばれる周期的な信号に合わせて動くのが決まり事となっている。

ヒント

コンピューターには同調を取るための周期信号がある。
これが1秒間で何回チクタクできるかを表している。
チクタクの1周期の時間が短ければ短いほど、より多くの処理ができる（すなわち性能が高い）

備考

クロック周波数1GHzのCPUという場合には1秒間に10億回チクタクと振動していることになる。

CPI（Clock cycles Per Instruction）​

1命令あたりに何クロックサイクルが必要かを表すもの。

MIPS（Million Instructions Per Second）​

1秒間に実行できる命令の数。

CPUを動かすには​

参考URL

CPUを動かすにはCPUが理解できる命令のセットが必要。

instruction set architecture​

CPUを動かすために体系化したものを命令セットアーキテクチャ（instruction set architecture）ISAと呼ぶ ※昔の言い方では機械語（マシン語）の仕様みたいなもの。

そして、「x86-64」や「x64」「AMD64」はこの命令セットアーキテクチャ（ISA）の名前。

64bitとは​

まず、64bitとは何か？ですが、それを理解するためには「bit」を理解する必要がある。 bit（ビット）とはコンピューターが扱うデータの最小単位の「binary digit」の略 この最小単位は「0」と「1」の2種類で区別される。

次に、64bitとは連続した64個（64桁）のbitのことを表します。

つまり、64bitとは一度に扱えるデータの幅が、最大で2の64乗（18,446,744,073,709,551,616個）まで可能ということです。 たとえば32bitであれば、2の32乗（4,294,967,296個）までなのでその差は歴然です。

それにより、たとえばOSなどでは、 32bitと64bitの違いとして処理速度/扱えるメモリの容量/扱えるハードディスクの容量などで差が出ます。

64bitの命令セットアーキテクチャ(ISA)の種類​

x86-64またはx64 x86アーキテクチャを64bitに拡張したものの総称（※今現在では下記「AMD64」「Intel 64」を含んだ総称で使われている。）

AMD64​

AMD社発表したx86アーキテクチャを64bitに拡張したもの。 ※下記「Intel 64」とは厳密にいえば極僅かな差はあるが通常用途では差はないと思って良い。

Intel 64​

インテル社が発表したx86アーキテクチャを64bitに拡張したもの。 ※上記「AMD64」とは厳密にいえば極僅かな差はあるが通常用途で差はないと思って良い。

Arch64（ARM64）​

スマホやタブレットなどで多く利用されているARMアーキテクチャを64bitに拡張したもの。

IA-64​

EPICアーキテクチャによる64bitの命令セットISA。1994年に発表され、インテル社が2001年にリリースした64bitマイクロプロセッサ「Itanium（アイテニアム）」シリーズで採用されたが、2021年のItaniumの製造終了予定に伴い、事実上終了する。

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