CPU（中央演算処理装置）

① CPUの2つの機能

CPU（Central Processing Unit）は、コンピュータの中枢として制御機能と演算機能の2つを担います。

制御機能は以下の3段階で動作します。

1. 命令の読み込み（フェッチ）: 主記憶装置からプログラムの命令を1つ取り出す

2. 命令の解読（デコード）: 取り出した命令の内容を解読し、何をすべきか判断する

3. 実行制御: 演算装置や各装置に対して、具体的な動作指示を出す

演算機能は大きく2種類に分かれます。

• 算術演算: 加算・減算・乗算・除算の四則演算
• 論理演算: AND（論理積）、OR（論理和）、NOT（否定）、XOR（排他的論理和）など、真偽値に基づく演算

② 性能評価指標

CPUの処理速度を測る指標は複数あり、それぞれ異なる観点から性能を表します。

MIPS値は次の式で計算できます。

$MIPS = \frac{\text{クロック周波数}}{CPI \times 10^6}$

たとえば、クロック周波数3GHz（$3 \times 10^9$Hz）でCPI=3の場合、

$MIPS = \frac{3 \times 10^9}{3 \times 10^6} = 1000$ MIPS となります。

③ 高速化技術

CPUの処理を高速化する代表的な技術を見てみましょう。

パイプライン制御

命令処理を複数のステージ（一般的には「命令取り出し→解読→実行→書き込み」の4ステージ）に分割し、それぞれのステージを重複（オーバーラップ）して実行する方式です。工場の流れ作業（ベルトコンベア方式）に似た仕組みで、個々の命令の処理時間は変わらなくても、全体のスループット（単位時間あたりの処理量）が向上します。

マルチプロセッサ

複数のCPUを搭載して並列に処理を行う構成です。サーバやワークステーションで採用されることが多く、負荷を分散させることで全体の処理能力を高めます。

マルチコアCPU

1つのCPUチップの中に複数の処理コア（演算・制御の中核部分）を搭載する技術です。コア数に応じて以下のように呼ばれます。

コア数が多いほど同時に処理できるタスクが増えますが、ソフトウェアが並列処理に対応していなければ性能向上にはつながりません。