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2020-07-22

パソコンに入ってるCPUって何をしてるの?

PCの内部
株式会社グローバルゲートのサーバ管理者をしている「タカ」です。

CPUとは、パソコンなどのハードウェア(マウス・キーボード・プリンターなどのデバイス)や
ソフトウェア(OS・オフィスソフト・Webブラウザ・メールソフトなど)から受け取る全ての
処理をする部品です。

CPUは「Cnetral Processing Unit」で日本語に直訳すると「中央演算処理装置」になります。


【CPUの役割ってなに?】


CPUはコンピュータではハードウェアを構成する重要な5大装置と呼ばれる
部品が存在しており、その中で「制御・演算」をする頭脳的な役目をするのがCPUです。

因みにコンピュータの5大装置とは「入力・出力・制御・演算・記憶」の5個です。


【CPUの中身ってどうなってるの?】

CPUはダイと呼ばれるシリコンウェハーの表面に数千~数億個ほどの数の
トランジスターの集積回路を焼き付けてあります。

トランジスターとは、電気回路のスイッチとして動作する役割と
小さな電流を増幅する機能があり、その中でもCPUは電気回路のスイッチの
ONとOFFを使って「0, 1」のデジタル信号として利用しています。

※詳細な内部構造は今回は割愛させていただきます。

【実際CPU内で何をしてるの?】


CPUの内部では、ひたすら計算をしています。
計算といってもCPUでは単純な四則演9算(足算、引算、乗算、除算)
をしているだけです。

多くの人間が計算をする場合は十進数を使います。
十進数とは0から9までのアラビア文字9以降は1繰り上がる仕組みで
時計なら「秒と分」が60進数で「時」が12進数または24進数を使います。

コンピュータでは先ほど説明したスイッチのON・OFFでしか表現できないため
「0」と「1」の2進数を使います。



コンピュータでは2進数での四則演算をひたすら行いますが
正確に言うとCPU内部では「足し算」しかできません。

では引算はどのように行ってるのかと言えば「補数」を加えて間接的に減算を行います。
補数とは、十進数ならば足して「10」になる数字で2進数なら足して「2」になる数字のこと。

十進数で説明すると「6の補数は4で3の補数は7」となります。

例)
9から6を引く場合
9に6の補数である4を足します。

9+4=13

この時、繰り上がった桁を無視して1桁だけを見ると3になります。
これにより「9-6=3」と割り出すことが出来ます。
引く対象の数の補数を足し上位の1桁を無視することにより引算ができるのです。
CPUが使う2進数でも同じことが言えます。

足算ができれば乗算もすることができ、引算ができれば除算も表現が可能となります。

【おわりに】

CPUには単純な四則演算以外にも
・浮動小数点数の演算
・ハードウェアーの制御
・データのコピー
・etc
などのさまざまな機能がありますが、それはまたの機会にご説明させていただきます。



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