さて、続いてはコンピュータの核とも言えるプロセッサの仕組みについて勉強しよう。
プロセッサって何？
まずはそこからだね。
プロセッサの仕組み
プロセッサとは
プロセッサとは、コンピュータ上でプログラムに書かれた命令を実行するためのハードウェアのことです。五大機能のうち演算機能と制御機能を行う装置であり、CPUがそれに該当します。
「CPU」は「Central Processing Unit」の略で、日本語では中央演算処理装置と訳されます。
「考える」と「身体の制御」の機能を持つということは、人間だと脳に相当するってことだね。
そのとおり。コンピュータの中核とも言える存在だよ。
CPUには「コア」と呼ばれる部品が搭載されており、このコアが命令を解釈して演算や制御などを行います。
マルチコアプロセッサとは
1つのCPUに1つだけコアを搭載したものを「シングルコアプロセッサ」と呼びます。反対に、1つのCPUに複数のコアを搭載したものを「マルチコアプロセッサ」と呼びます。後者はそれぞれのコアが同時に別の処理を実行（並列実行）することで、処理速度の向上を図ったものです。
ということは、コアが多ければ多いほうが処理速度は早いってことだね！
そのとおり。コア数の他にも、後続のクロック周波数なども関係してくるよ。
クロック周波数
コンピュータ内部の部品は、多数の電子回路で構成されています。電子回路は電気で動作するため、処理に応じてON／OFFを切り替えながら動作します。コンピュータが正常に動作するためには、内部の電子回路同士の足並みが揃っている必要があります。
足並みを揃えるためには指揮者のような存在が必要ですが、この指揮者に相当するのが「クロックジェネレータ」です。クロックジェレネータは一定の間隔で「クロック信号」と呼ばれる信号を電子回路へ送ります。この信号も電気信号のON／OFFの組み合わせですが、その発生周期を「クロック周波数」と呼びます。1秒間に何回のクロックが発生したかを、Hz（ヘルツ）という単位で表します。
それぞれの電子回路は、このクロック信号を受け取ったタイミングに合わせてON／OFFを切り替えます。こうすることで、電子回路同士の足並みが揃うという仕組みです。
クロック信号を1つ受け取るごとに電子回路は1回動ける、というイメージだよ。
ということは、クロック周波数が高いほうが処理速度は早いってことだね！
そのとおり。CPUの処理速度は、コア数やクロック周波数など複数の要因が関係しているよ。
CPUとGPU
プロセッサの代表はCPUだけど、他にもGPUという装置もあるよ。
むむ…。何が違うの？
「GPU」は「Graphics Processing Unit」の略で、日本語では画像演算処理装置と訳されます。
CPUは演算機能と制御機能を持ちますが、GPUは演算機能のみに特化した補佐的なプロセッサです。CPUが複雑な命令を処理することを得意とするのに対し、GPUは定型的な命令を並列で処理することを得意とします。3Dグラフィックスなどの画像描画は膨大な数の単純計算をする必要があるので、それに特化した構造を持つGPUが開発されました。
もともとは画像描画のために開発されたGPUですが、「定型的な命令を並列で処理することが得意」という特性を活かし、AI（人工知能）のディープラーニングの分野でも活用されています。ディープラーニングも、あるデータから規則性や特徴を導き出す過程で膨大な数の演算が必要です。この演算を処理するため、GPUの高い演算性能が利用されているというわけです。
ディープラーニングって何？
それはまた別の授業で解説するよ。今は「GPUは画像描画だけでなく、AIの分野でも活用されているんだ」とだけ覚えておこう。
まとめ
プロセッサの基本的な仕組みは以下のとおり。
- プロセッサは演算と制御を実行するためのハードウェアであり、その代表がCPUである。
- CPUにはコアという部品があり、このコアが命令を処理する。
- 1つだけコアを搭載したものをシングルコア、複数のコアを搭載したものがマルチコアである。コアが多いほうが速い。
- 電子回路の足並みを揃えるため、一定間隔でクロック信号が発せられる。
- クロック信号の発生周期をクロック周波数と呼び、単位はHz（ヘルツ）で表す。周波数が高いほうが速い。
- 画像の演算に特化したGPUというプロセッサもある。画像処理の他、AIの分野でも活用されている。
なんとなく分かったよ！
合格！
