プロセッサ

CPUは、主記憶などから命令やデータを取り出し、内容を解釈して演算や制御を行います。CPU内部のレジスタは、処理中の命令やデータなどを一時的に保持する高速な記憶領域です。

CPUのクロック周波数は、動作の基準となるクロック信号が1秒間に何回発生するかを表します。同じ設計のCPU同士であれば、一般にクロック周波数が高いほど単位時間当たりに多くの処理を進めやすくなります。

クロック周波数だけでCPU全体の性能を単純比較することはできません。命令当たりの処理効率やキャッシュ、コア数なども性能に影響します。

CPU性能はクロック周波数だけでは決まらない

マルチコアプロセッサは、1個のプロセッサ内に複数の処理コアを備えます。並列に処理できる仕事では、複数コアを活用して処理時間を短縮できます。

GPUは、多数の演算を並列に処理することを得意とし、画像や動画の描画処理などに利用されます。GPUの並列計算能力を画像処理以外の計算にも利用する考え方をGPGPUといいます。

複数コアやGPUの効果は、処理を並列化できるかどうかに左右されます。逐次処理しかできない部分は、そのままでは複数の演算器を十分に活用できません。

マルチコアやGPUは並列化できる処理に強い

計算の問題(このページのために作った問題・本番と同じ四肢択一)

あるCPUが2.4GHzのクロック周波数で動作し、ある処理に平均して1命令当たり3クロックを要するとする。1秒間に実行できる命令数を概算したものとして最も適切なものはどれか。

1. 8,000万命令
2. 8億命令
3. 24億命令
4. 72億命令

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正解: 8億命令

2.4GHzは1秒間に24億クロックである。1命令に3クロック必要なので、24億÷3＝8億命令となる。

まちがえやすい点: GHzをそのまま命令数と考えず、1命令当たりのクロック数で割る。

基本の問題(このページのために作った問題・本番と同じ四肢択一)

CPU内部で、演算途中のデータや命令などを一時的に保持する高速な記憶領域として最も適切なものはどれか。

1. キャッシュメモリ
2. レジスタ
3. 主記憶
4. 仮想記憶

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正解: レジスタ

レジスタはCPU内部で、演算途中のデータや命令などを直接保持する高速な記憶領域である。キャッシュメモリも高速だが、主にCPUと主記憶の速度差を埋めるために使われる。

まちがえやすい点: CPU内部の高速記憶でも、レジスタとキャッシュメモリの役割を区別する。

基本の問題(このページのために作った問題・本番と同じ四肢択一)

GPUの特徴として最も適切なものはどれか。

1. 多数の比較的単純な演算を並列に処理することを得意とする
2. 少数の複雑な処理を逐次実行することを主な目的とする
3. 主記憶と補助記憶の間でデータ転送だけを行うことを主な目的とする
4. 入出力装置からの割込み処理だけを専用に実行することを主な目的とする

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正解: 多数の比較的単純な演算を並列に処理することを得意とする

GPUは多数の比較的単純な演算を並列に処理する構成をもち、画像処理や機械学習などに利用される。少数の複雑な処理を幅広く実行する役割はCPUの特徴に近い。

まちがえやすい点: GPUはCPUと比べ、同種の演算を大量に並列処理する点が特徴である。