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CPU(シーピーユー、英: Central Processing Unit)、中央処理装置(ちゅうおうしょりそうち)または中央演算処理装置(ちゅうおうえんざんしょりそうち)は、コンピュータの主要な構成要素のひとつで、コンピュータ内の他の装置・回路の制御やデータの演算などを行う装置[1]。演算装置と制御装置を統合したもの[1]。コンピュータにおける中心的な処理装置(プロセッサ)[2]。 「CPU」の意味は、厳密に言うと、「プロセッサ」[注釈 1]や「マイクロプロセッサ」とは意味が異なっており、範囲の違いがある。 もともとは、コンピュータの中央処理装置(CPU)は、ディスクリート(ダイオードやトランジスタなど、単機能の個別半導体で構成された電子回路)から成るかなり大きなサイズの電子回路で作られた。やがて集積回路を作れるようになると、それを使い中央処理装置を作るようになった。(なお、大型汎用機を指す「メインフレーム」という語は、もともとは多数の架(フレーム)から成る大型汎用機システムにおいてCPUの収まる主要部(メイン)、という所から来ている。) さらに大規模集積回路(LSI)を作れるようになると、やがてCPUの機能を含んだマイクロプロセッサを製造できるようになり、それがCPUとして使われている(ただしマイクロプロセッサはCPU以外の用途で使われているほうがはるかに数が多い。例えばPCの電源部に内蔵されている制御用マイクロコントローラはマイクロプロセッサの一種だが、PCのCPUではない。)@media all and (max-width:720px){.mw-parser-output .mod-gallery{width:100%!important}}.mw-parser-output .mod-gallery{display:table}.mw-parser-output .mod-gallery-default{background:transparent;margin-top:.3em}.mw-parser-output .mod-gallery-center{margin-left:auto;margin-right:auto}.mw-parser-output .mod-gallery-left{float:left;margin-right:1em}.mw-parser-output .mod-gallery-right{float:right}.mw-parser-output .mod-gallery-none{float:none}.mw-parser-output .mod-gallery-collapsible{width:100%}.mw-parser-output .mod-gallery .title,.mw-parser-output .mod-gallery .main,.mw-parser-output .mod-gallery .footer{display:table-row}.mw-parser-output .mod-gallery .title>div{display:table-cell;text-align:center;font-weight:bold}.mw-parser-output .mod-gallery .main>div{display:table-cell}.mw-parser-output .mod-gallery .gallery{line-height:1.35em}.mw-parser-output .mod-gallery .footer>div{display:table-cell;text-align:right;font-size:80%;line-height:1em}.mw-parser-output .mod-gallery .title>div *,.mw-parser-output .mod-gallery .footer>div *{overflow:visible}.mw-parser-output .mod-gallery .gallerybox img{background:none!important}.mw-parser-output .mod-gallery .bordered-images .thumb img{outline:solid #eaecf0 1px;border:none}.mw-parser-output .mod-gallery .whitebg .thumb{background:#fff!important}
概要
IBMのSystem/360のCPU。この箱の中身全体がCPU。
HP HP 9000 PA-RISC-NS2-CPU
CPUの例、ザイログ社のZ80。Z80をCPUとして採用したコンピュータについては英語版カテゴリen:Category:Z80-based home computers
MOS 6502。6502をCPUとして採用したコンピュータはen:Category:6502-based home computersが参照可。
Nintendo DMG CPU
AMDのRyzenシリーズ。RyzenのThreadripperシリーズには64コア、128スレッドの世界最速モデルがある(2021年?2022年時点)。
(Intel Core i7-6700K)FCLGA1151。
CPUの機能に加えて、さらに周辺チップの機能や高機能の回路を含むSoCの一例、Apple M1。高性能なうえに消費電力がとても小さく、たとえばApple M1搭載のMacBook Pro 13インチモデルはノートパソコンなのにバッテリーだけで最大連続稼働時間が20時間と驚異的な省電力性能を誇る。[4]
機能と動作
「コンピュータ#概要」を参照
CPUは記憶装置上にあるプログラムと呼ばれる命令列を順に読み込んで解釈・実行することで情報の加工を行なう。CPUはコンピュータ内での演算を行なう中心であり、CPUは通常はバスと呼ばれる信号線を介して主記憶装置や入出力回路に接続され、何段階かの入出力回路を介して補助記憶装置や表示装置、通信装置などの周辺機器が接続され、データやプログラムなど情報のやりとりを行なう。
このようなCPUを用いたプログラムによるコンピュータの逐次動作がほとんどのコンピュータの基本的な動作原理となっている。記憶装置上にプログラムを配置してから、プログラムを実行する方式をプログラム内蔵方式と言う。
現在のCPUは、部品としてはプロセッサの1種である。プロセッサの多くはマイクロチップとして実装されており、マイクロプロセッサやMPU (Micro Processing Unit) と呼ばれる。また、算術演算機能を強化し信号処理に特化したデジタルシグナルプロセッサ (DSP) や、メモリや周辺回路を搭載し組込機器制御を目的としたマイクロコントローラ(マイコン)などの展開種も登場している。
専用の電子回路に比べると実行速度は遅いが、プログラムを変えるだけで多様な処理が行なえることから、非常に多岐にわたる用途に使用できる汎用性と柔軟性が最大の特徴である。専用回路(ハードウェア)の変更・修正に比べれば、ソフトウェアの変更・修正は容易であり、物質的なコストがかからないため、システム設計・開発の試行錯誤もしやすい。このため、CPUはおよそあらゆるシステムに内蔵され、現代の産業や生活の屋台骨を支える存在にまで普及している。現在最も普及しているCPUアーキテクチャとしてARMアーキテクチャが挙げられる。ARMアーキテクチャベースのCPUは1991年から数え2008年初頭に出荷個数が100億個を超える[5]など、家電製品から工業製品、携帯機器などに至る多くのシステムに組み込まれ、機器制御を司っている。また、パーソナルコンピュータ (PC) など、現在の汎用コンピュータ製品における多くのシステムのメインCPUにx86アーキテクチャが用いられており、インテルのx86系CPU出荷数は1978年6月9日の8086発売から2003年までの25年で10億個を越えた[6]。
いわゆるノイマン型・プログラム内蔵方式のプロセッサの構造と基本動作は、世界で最初の実用的なノイマン型・プログラム内蔵方式のコンピュータであったEDSACの実装の時点で、すでに構造と基本動作が実装されている。CPUやCPU以外のプロセッサの発達には、プロセス技術の微細化による高速化、命令の各処理工程の並列実行(命令パイプライン、演算パイプライン)、命令の並列実行(スーパースケーラ、VLIW)、データ演算の並列化(SIMD演算)、複数プロセッサ・コアの実装(マルチコア)、複数スレッドの同時実行(同時マルチスレッディング)などやその他多数の要素がある。