1つだけ選ぶなら、コンピュータで最も重要な部品はCPU（中央演算処理装置）です。プログラム、オペレーティングシステム、またはPC内の他のコンポーネントからの命令を処理するメインハブ（または「頭脳」）である。

1と0

CPUの性能向上により、コンピューターの画面に映像を表示するのがやっとだったのが、Netflix、ビデオチャット、ストリーミングメディア、そしてますますリアルになったビデオゲームへと飛躍的に進歩しました。

CPUは工学的に素晴らしいものですが、その核となるのはやはり2値信号（1と0）の解釈という基本的な概念に依存しているのです。現在のCPUは、真空管を使ってパンチカードを読んだり命令を処理したりする代わりに、小さなトランジスタを使ってTikTokのビデオを作ったり、スプレッドシートの数字を埋めたりしているのだ。

cpuの基礎知識

重要なのは、各CPUには何十億もの小さなトランジスタを含むシリコン（1個または数個）があるということです。

先に述べたように、このトランジスタは、一連の電気信号（電流の「オン」と「オフ」）を使って、1と0からなる機械のバイナリコードを表現している。このトランジスタの数が多いので、CPUはますます複雑になっていくタスクを、これまで以上に高速にこなすことができるのです。

トランジスタを数えたからといって、必ずしもCPUが速くなるとは限りません。しかし、それでも、私たちが初めて月に降り立ったときに地球全体が持っていたよりもはるかに多くのコンピューティングパワーを、あなたのポケットの中に持っている**のは、その根本的な理由なのです。

CPUの概念的なはしごをさらに見ていく前に、CPUが「命令セット」と呼ばれるマシンコードに基づく命令を実行する仕組みについて説明します。各社のCPUは命令セットが異なることがありますが、必ずしもそうとは限りません。

例えば、Windows PCや現行のMacのプロセッサは、IntelやAMDのCPUに関係なく、ほとんどがx86-64命令セットを使用しています。しかし、2020年以降に発売されるMacは、別の命令セットを使用するARMベースのCPUを搭載します。また、ARMプロセッサーを採用したWindows 10搭載PCもいくつかあります。

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コア、キャッシュ、グラフィックス

では、シリコンそのものを見てみましょう。上の画像は、インテルが2014年に発表した、同社のi7-4770コアのCPUアーキテクチャに関するホワイトペーパーから引用したものです。これは、あるプロセッサが他のプロセッサのレイアウトと異なって見えることの一例です。

クアッドコアプロセッサーであることがわかります。CPUが1コアしかない時代もありました。今は複数のコアがあり、命令をより速く処理することができます。コアはハイパースレッディングやSMT（Simultaneous Multithreading）を搭載することもでき、PCでは1つのコアを2つに見せることができる。ご想像のとおり、これは処理のさらなる高速化に貢献します。

図のコアは、L3キャッシュと呼ばれるものを共有しています。CPUには、各コアに含まれるL1キャッシュ、L2キャッシュのほか、低レベルのメモリであるレジスタがある。レジスタ、キャッシュ、システムRAMの違いについて知りたい方は、StackExchangeのこちらの回答をご覧ください。

また、上に示したCPUには、システムエージェントやメモリコントローラなど、CPUとの情報を管理するシリコン部品が搭載されている。

最後に、画面に表示される素晴らしい視覚的要素をすべて生成する、プロセッサーのオンボードグラフィックスがあります。すべてのCPUが独自のグラフィックス機能を搭載しているわけではありません。例えば、amdzenのデスクトップCPUは、画面に何かを表示するためにディスクリートのグラフィックカードが必要です。また、インテルCoreデスクトップCPUの中には、オンボードグラフィックスを搭載していないものもあります。

マザーボード上のCPU

CPUは、PCのマザーボード上のソケットと呼ばれる部分に配置されています。

例えば、RAMは独自のバスでCPUに接続されますが、多くのPC部品は "PCIe "と呼ばれる特定のタイプのバスを使用します。

各CPUには、使用できる「PCIeレーン」が設定されています。例えば、AMDのZen2 CPUでは、CPUに直接接続されているレーンは24本で、AMDの指示のもと、マザーボード**ベンダが分割している。

例えば、x16グラフィックスカードスロットでは、通常16レーンが使用されます。また、この4つのレーンを分離することも可能です。2レーンはM.2 SSD、2レーンはハードディスクドライブや2.5インチSSDなどの低速SATAドライブに使用することが可能です。

これは20チャンネルで、さらに4チャンネルはマザーボードの通信ハブ、トラフィックコントローラーであるチップセット用に確保されています。チップセットには独自のバス接続があり、PCにさらに部品を追加することができます。やはり、高性能な部品ほど、CPUに直結しています。

ご覧の通り、CPUは命令処理のほとんどを行い、時にはグラフィック処理も行います（そのために作られている場合）。しかし、命令を処理するのはCPUだけではありません。グラフィックカードなどの他のコンポーネントは、独自のオンボード処理能力を持っています。GPUはまた、独自の処理能力を使用して、CPUと連動してゲームを実行したり、その他のグラフィックを多用するタスクを実行したりします。

最大の違いは、コンポーネント・プロセッサーが特定のタスクを想定して作られていることです。しかし、CPUは、要求されたあらゆる演算処理を行うことができる汎用的なデバイスです。そのため、CPUはコンピュータの頂点に君臨し、他のシステムはCPUに依存して動いているのです。