CPUとは?メモリ、キャッシュメモリの関係は?

メモリ

CPUはコンピュータの中枢部で制御と演算を行う装置で、考えたり計算したりと人間で言うと頭脳にあたる部品です。

CPUはコンピュータ全体の動作を制御する部分と、四則演算をはじめとする各種演算を行う部分の両方を含む部品です。「人間でいうと~」などと書いていますが、コンピュータにとってもそのものズバリ「頭脳」にあたるので、この部品の性能がコンピュータの処理速度に大きく影響します。

CPUは主記憶装置からプログラムを読むと、そこに記された命令を解釈して処理を実行して、その結果に応じて各装置を制御します。

クロック周波数は頭の回転速度

コンピュータに色んな装置が入っています。それらがてんでバラバラに動いていてはまともに動作しませんので、「クロック」と呼ばれる周期的な信号にあわせて動くのが決まり事になっています。そうすることで、装置同士がタイミングを同調できるようになっているのです。

CPUも、このクロックという周期信号にあわせて動作を行います。チクタクチクタク繰り返される信号にあわせて動くわけですから、チクタクという1周期の時間が短ければ短いほど、より多くの処理ができる(すなわち性能が高い)ということになります。

クロックが1秒間に繰り返される回数のことをクロック周波数と呼びます。単位はHz。たとえば「クロック周波数1GHzのCPU」と言った場合には、1秒間に10億回(1Gは10の9乗=1,000,000,000回)チクタクチクタクと振動していることになります。

キャッシュメモリは脳のシワ

CPUは、コンピュータの動作に必要なデータやプログラムをメモリ(主記憶装置)との間でやり取りします。しかし、CPUに比べるとメモリは非常に遅いので、読み書きの度にメモリへアクセスしていると待ち時間ばかり発生してしまいます。

そこで、メモリとCPUの間に、より高速に読み書きできるメモリを置いて、速度差によるロスを吸収させます。これをキャッシュメモリと呼びます。キャッシュメモリにデータを渡したらすくに次の処理へと進むことで「書き込み待ち」の時間を発生させません。また、煩雑に参照するデータはキャッシュメモリから取得できるので、高速に読み込みを完了させることができます。