CPUとは何ですか?それは何をしますか?

CPUとは何ですか?CPUまたは中央処理装置(Central Processing Unit)は、コンピューターの数を増やす頭脳です。ビデオゲーム(video games)のプレイからエッセイの作成の支援まで、コンピューターが行うすべてのことは、一連の数学的な指示に分解されます。CPUはそれらの命令を受け取り、実行します 。

もちろん、これを行う方法の詳細は、その単純な説明よりもはるか(much )に複雑です。あなたが知る必要がある最も重要なことは、CPUがコンピューターの主要な数学エンジンであるということです。

CPUの(非常に)短い歴史(The (Extremely) Short History Of CPUs)

コンピューティングの歴史は長く複雑です。また、デジタルテクノロジー、電子機器、さらには電気よりも歴史に遡ります。そろばんは一種のプロセッサです。機械式計算機もそうです。大きな違いは、これらのマシンは1つまたはいくつかの数学的タスクしか実行できないことです。これらは、最新のCPUがその一例である汎用プロセッサではありません。(general purpose)

CPUを汎用計算デバイスにしているのは、ロジックの使用です。1903年、ニコラ・テスラ(Nikola Tesla)はゲートとスイッチとして知られる電気回路の特許を取得しました。これらの回路を使用して、特定の条件でマシンを動作させることができる論理演算を実行するデバイスを構築できます。 

1940年代半ばから後半にかけて、ウィリアムショックレー(William Shockley)ジョンバーディーン(John Bardeen)ウォルターブラッテンは、(Walter Brattain)ベル(Bell) 研究所(Laboratories)で働いていたときにトランジスタと呼ばれるデバイスを発明し、特許を取得しました。トランジスタはCPUの基本的な構成要素です。トランジスタは比較的小さなコンピュータコンポーネントです。トランジスタは非常に重要な発明であるため、3人の発明者がノーベル賞(Nobel Prize)を受賞しました。

1950年代後半、ロバートノイス(Robert Noyce)ジャックキルビー(Jack Kilby)はさらに一歩進んで、最初に機能する集積回路(integrated circuit)を作成しました。集積回路は、単一の半導体材料に統合された電子回路のセットです。ほとんどの場合、その材料はシリコンです。これは、人々が「マイクロチップ」と言うときの意味です。 

CPUは1つ以上のマイクロチップで構成されています。何十億ものトランジスタを1つのCPU(CPU)に詰め込むことができるため、これは重要な発明です。これにより、非常に強力な数学エンジンが作成されます。

論理ゲート、トランジスタ、集積回路の発明を使用して、世界全体が変化しました。マイクロチップは、コンピュータだけでなく、最近すべてのものに含まれています。そしてCPU(CPUs)は私たちが作ることができる最も先進的な汎用マイクロチップです。

CPUはどのように機能しますか?(How Do CPUs Work?)

CPUの全体的な原理は、バイナリコード(binary code)に基づいています。人間は、基数10(base 10)または10進法と呼ばれるシステムを使用して数値を表す傾向があります。数値の各桁の桁の値は、10倍になります。したがって、「111」には100、10、1が含まれます。

コンピューターとそのCPU(CPUs)は、10進数をまったく理解できません。トランジスタは、オンまたはオフのいずれかの原理で動作します。つまり、それらから構築する論理ゲートも、これら2つの状態でのみ機能します。これが、基本的に、 CPUが(CPUs)バイナリコード(binary code)で実行される理由です。この記数法には、異なる場所の値があります。代わりに、1、10、100、1000などの場合、場所の値は1、2、4、8、16、32、64、128などになります。 

したがって、バイナリでは、1、2、および4を合計すると、「111」は10進数で7になります。いずれかの数値がゼロの場合は、それをスキップして次の1の桁の値を追加するだけです。このようにして、任意の10進数値を表すことができます。2進数は右から左に読み取ら(Just)れることが多いため、「1」の桁の値は右端になります。

それを明確にするためにテーブルに入れましょう:

Binary Place Values1248163264128256
The decimal number 7 in binary111000000

なぜそれが10進数で7になるのか分かりますか?23番をやってみましょう:

Binary Place Values1248163264128256
The decimal number 7 in binary111010000

つまり、111は「7」ですが、バイナリの5位の値が16であるため、「11101」は23です(Pretty)。このように、10進数で記述できる任意の数を表すことができます。つまり、トランジスタで構築されたコンピュータは、任意の数でも動作します。

CPUはどのように作られていますか?

最新のCPU(CPUs)の製造プロセスも、ご想像のとおり、かなり複雑です。基本的なプロセスは、シリコン結晶の大きなシリンダーを成長させることを含みます。その半導体特性により、バイナリ集積回路の構築に最適です。

これらの大きな結晶は薄いウェーハにスライスされます。次に、ウェーハに別の化学物質を「ドープ」して、その特性を微調整します。次に、フォトリソグラフィー(photolithography)と呼ばれるプロセスを使用して、光を使用してナノスケール回路をウェーハ表面にエッチングします。

CPUの設計とパフォーマンス

CPU(CPUs)がすべて同じになるわけではありません。最新のCPU(CPU)の最初の適切な祖先であるIntel8086(Intel 8086)、その集積回路に約29000個のトランジスタを搭載していました。現在、Inteli99900Kのようなプロセッサには17(Intel)億個を超えるトランジスタ(billion)が搭載されています。CPUの論理回路が密であるほど、クロックサイクルごとに実行できる命令の数はより複雑で多くなります。 

ちょっと待っ(Hang)て、「クロックサイクル」?はい、それはCPUパフォーマンスのもう1つの主要な要素です。CPUは特定の周波数で動作し、 CPUクロックの各パルスで計算のサイクルが実行されます。同じCPUを使用し、クロック速度を2倍にすると、(理論的には)2倍の速度で動作するはずです。 

その1978年のIntel8086は、発売時に5Mhzで動作していました。これは1秒あたり500万クロックサイクルです。Intel i9-9900K ?3.6 Ghz(Mhz)から始まります(starts )。3600Mhz(Ghz.That 3600) で、可能な場合は5000Mhz(Mhz)までランプアップするオプションがあります。

CPUパフォーマンスにさらに別の問題を追加するために、最近のCPU(CPUs)には実際には複数の「コア」が含まれています。各コアは、実際には独立したCPU自体です。最近では、このようなコアが少なくとも4つあるのが一般的ですが、最近では、主流のコンピューターに6つまたは8つのコアがあるのが一般的です。ハイエンドのプロフェッショナルコンピュータは、100CPUコアの領域にある可能性があります(CPU)。 

複数のコアがあるということは、CPUが複数の命令セットを並行して実行できることを意味します。つまり、私たちのコンピューターは問題なく一度に多くのことを実行できます。一部のCPU(CPUs)には「マルチスレッド」コアがあります。これらのコア自体は、それぞれ2つの別々のタスクを処理できます。Intel CPUでは(Intel CPUs)、これは「ハイパースレッディング(hyperthreading)」としてブランド化されています。

したがって、 CPU(CPU)の全体的なパフォーマンスは、次の組み合わせになります。

  • トランジスタの総数と、その論理回路の設計がどれほど進んでいるかです。
  • クロック周波数(clock frequency)
  • コア(number of cores)の数
  • スレッドの数

もちろん、これらの4つの主要なポイント以上のものがあります。ただし、これらはCPUのパフォーマンスを向上させるための4つの主な考慮事項です。

コンピュータ(Your Computer)におけるCPU役割(Role)_

最後に取り上げなければならないのは、 CPU(CPU)がコンピューターでどのような仕事をするかです。結局のところ、それはあなたのコンピュータの唯一の集積回路マイクロチップではありません。たとえば、GPU (グラフィックスプロセッシングユニット)は、 (GPUs)CPUよりもトランジスタ密度が高いことがよくあります。

彼らは彼ら自身の冷却と電源、そしてメモリを必要とします。それは小さな余分なコンピューターのようなものです!サウンド、 USB(USB)、ハードドライブのトラフィックを制御するチップについても同じことが言えます。では、なぜCPUは特別なのですか?主な理由は次のとおりです。

  • それはどんな(ANY)命令でも処理することができます、GPUは特定のタイプの処理だけをします
  • 他のすべてのコンポーネントを結び付け、データをプッシュおよびプルしてコンピューターを機能させます
  • CPUは、コンピューターに求められるすべての作業にある程度関与しています。

つまり、CPUは、コンピューターで最も重要な汎用パフォーマンスコンポーネントです。当たり前(Don)のことと思わないでください!



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私は 10 年以上の経験を持つコンピューターの専門家です。余暇には、オフィスのデスクを手伝ったり、子供たちにインターネットの使い方を教えたりしています。私のスキルには多くのことが含まれますが、最も重要なことは、人々が問題を解決するのを助ける方法を知っていることです. 何か緊急のことを手伝ってくれる人が必要な場合や、基本的なヒントが必要な場合は、私に連絡してください!



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