CPU

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CORE i5

Intel Core i5とは、Intel社が2009年9月に発表した、デスクトップおよびモバイル機器向けマイクロプロセッサのシリーズ名です。先行するCore i7とともに同社のCore 2シリーズの後継を担う製品であり、Core i7がハイエンド向けなのに対してIntel Core i5はメインストリーム向けになっています。

Intel Core i5は4つのプロセッサコアを搭載したクアッドコアプロセッサですが、Core i7がHyper-Threadingに対応して1コアで2スレッドを、全体で8スレッドを同時に処理できるのに対し、Intel Core i5はHyper-Threading非対応で最大4スレッドまでとなっています。

従来、チップセット側に搭載されていたメモリコントローラとPCI Expressコントローラを内蔵しており、外部との通信が高速になっています。各プロセッサコア単位で使われていないコアの電源を自動的にON/OFFする機能や、プロセッサの温度を検知して危険の無い範囲で自動的にクロックを向上させるTurbo Boostなどの機能を搭載しています。

CPU

CPU*1 入出力機器を制御してデータを受け取り、それに演算などの処理を加えて結果を出力するコンピューターの中枢部分です。中央演算処理装置と訳すことが多いです。現在では、CPUの機能を半導体チップ1個にまとめたマイクロプロセッサー自体を、CPUと呼ぶ場合が多いです。

 内部でのデータ処理の単位となるビット数に応じて、8ビットCPU、16ビットCPU、32ビットCPU、64ビットCPUなどの区別があります。基本的にはこの数字が大きいほど性能が高いです。データを受け取るバスの幅や動作周波数も、値が大きいほど性能は高くなります。1回の命令で同時に処理できるデータの量によって8ビット、16ビット、32ビットなどの種類があり、値が大きいものほど性能が高いです。また、同じビット数でも、1秒間に実行できる命令の回数(「Hz」であらわされる)や、バスと呼ばれる周辺装置とのデータ伝走路が一度に運べるデータの量(「ビット」であらわされる)、バスが1秒間に行える転送の回数(「Hz」であらわされる)などに違いがあり、これらの値が大きいものほど性能が高いです。厳密には、1命令を行なうのにかかるクロック数や同時に実行できる命令数などの違いにも影響されます。CPUは次回と次々回にも掲載する予定です。

*1:Central Processing Unit

CPUは命令を判断して処理する演算装置と、各装置に必要な指示を与える制御装置2つの重要な役割を担っています。CPUのコア(核)は、ダイ*1という半導体のチップに数千万個~1億個を超えるトランジスタで回路を形成したもので、オン/オフのスイッチの切り替えで「0」と「1」で組み合わされた命令を処理します。ダイはパッケージに組み込まれており、表面にはダイを保護し、熱伝導率が高くCPU動作時に放熱を助けるヒートスプレッダが取り付けられています。パッケージの裏面にはマザーボードのCPUソケットに差し込むピン(端子)が生け花の剣山のようにたくさん並んでいます。ただし、最近のCPUではCPU側には金属接点(ランド)があるのみでソケット側にピンが出ているタイプもあります。ダイの裏側になる部分には、電圧の安定を図るコンデンサ(キャパシタ)が取り付けられています。CPUの種類によってはパッケージの表側にコアを囲むようにコンデンサが付いているものもあります。(CPUの命令を処理する仕組み)ダイは、CPUとメモリとのプログラムやデータのやり取りを制御するバスインターフェース、メモリから読み込んだデータを蓄えておくキャッシュメモリ、要求された命令を読み込むフェッチ、読み込んだ命令を解読するデコーダ、命令を演算する演算(実行)ユニット、CPU内にある最速のメモリ、レジスタなど、複数のユニットに分かれ、それぞれの働きによって命令を処理しています。CPUは次の4ステージの動作を繰り返して命令を処理します。この過程を命令サイクルといいます。(1)命令の読み込み(フェッチ)、(2)命令の解読(デコード)、(3)命令の実行(エグゼキュート)、(4)結果の書き出し(ライトバック)です。

*1:シリコンウェハという薄い半導体基板の上にレーザーを照射して、回路パターンを焼き付けて作られます。大きなシリコンウェハから一度に数百個が製造されます。

前回述べたとおり、CPUは、(1)命令の読み込み、(2)解読、(3)実行、(4)結果の書き出しという4つの動作を繰り返して命令を処理しています。そして、各動作はクロックという基本信号に合わせて進められます。パソコンはさまざまな装置がデータをやり取りして動作しています。けれども、装置によって取り扱う情報量が異なるため、動作速度も異なります。したがって、各装置が勝手に動作するとデータの受け渡しのタイミングが合わず、円滑に伝わらなくなってしまいます。そこで、タイミングを合わせて効率よくデータを転送するためにマザーボード上には水晶発信器というテンポを刻む装置があり、一定の周期で信号を発信しています。これがクロックの基準信号となります。これを基にクロックジェネレータという回路で周波数を変更し、各装置の動作に合わせたクロックを作り出しています。これを外部クロックといいます。1秒間に発信するクロック回数をクロック周波数といい、Hz(ヘルツ)という単位で表します。1Hzなら1秒間に1回、1MHz(メガヘルツ)なら100万回、1GHz(ギガヘルツ)なら10億回の信号を発信します。現在外部クロックは100MHzまたは、133MHzが基本となっています。CPUはパソコン内でもっとも高速な処理を必要とするため、さらに内部に倍速回路を設けています。CPUは1クロックごとに1つずつ処理を進めるため、数値が大きいほど処理速度が速くなります。たとえば、2.66GHz(133MHz×20)なら1秒間に約27億回、3.06GHz(133MHz×23)なら1秒間に約30億回データを処理できます。一般的にCPUの製品名が同じなら、CPUクロックが高いほど性能が高いといえます。CPUは、これまでクロックをあげることで性能をアップしてきました。例えば、1993年に登場したインテルのPentiumでは当初CPUクロックが外部クロックと同じで60~66MHzだったが、現在では3GHz以上と進化しています。けれども、クロックをあげると比例して消費電力も増えて高熱を発します。このため、最近では発熱対策が大きな課題となり、クロックの向上は限界に近づいてきました。今後はデュアルコアCPUはじめ、クロックを上げずに処理効率を向上させる新たな技術開発に期待が寄せられています。デュアルコアCPUはコアを2つ搭載することで1台の計算機を2台に増やすようなものとなり、クロック周波数を上げずに処理能力を上げることができます。この後継機種では2次キャッシュメモリを共有させて作業効率を上げる工夫をしたものが登場する予定です。今後さらには、コアを3つ以上搭載したマルチコアCPUの実用化に向けて開発が進められています。