CPUとキャッシュメモリ

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CPUとキャッシュメモリの違い

CPU vs. キャッシュメモリ

Intel Core 2 Duo E6600) CPU（シーピーユー、Central Processing Unit）、中央処理装置（ちゅうおうしょりそうち）は、コンピュータにおける中心的な処理装置（プロセッサ）。 「CPU」と「プロセッサ」と「マイクロプロセッサ」という語は、ほぼ同義語として使われる場合も多いが、厳密には以下に述べるように若干の範囲の違いがある。大規模集積回路（LSI）の発達により1個ないしごく少数のチップに全機能が集積されたマイクロプロセッサが誕生する以前は、多数の（小規模）集積回路（さらにそれ以前はディスクリート）から成る巨大な電子回路がプロセッサであり、CPUであった。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。また、パーソナルコンピュータ全体をシステムとして見た時、例えば電源部が制御用に内蔵するワンチップマイコン（マイクロコントローラ）は、システム全体として見た場合には「CPU」ではない。. ャッシュメモリ は、CPUなど処理装置がデータや命令などの情報を取得/更新する際に主記憶装置やバスなどの遅延／低帯域を隠蔽し、処理装置と記憶装置の性能差を埋めるために用いる高速小容量メモリのことである。略してキャッシュとも呼ぶ。コンピュータは以前から記憶装置や伝送路の性能が処理装置の性能に追いつけず、この差が全体性能に対するボトルネックとされてきた（ノイマンズ・ボトルネック）。そしてムーアの法則に基づく処理装置の加速度的な高性能化により現在ではますますこの差が拡大されている。キャッシュメモリは、記憶階層の観点からこれを解消しようとするものである。 主に、主記憶装置とCPUなど処理装置との間に構成される。この場合、処理装置がアクセスしたいデータやそのアドレス、状態、設定など属性情報をコピーし保持することで、本来アクセスすべき記憶装置に代わってデータを入出力する。通常はキャッシュメモリが自動的にデータ保存や主記憶装置の代替を行うため、基本的にCPUのプログラムなど処理装置側がキャッシュメモリを意識する必要はない。 キャッシュの一般的な概念はキャッシュ (コンピュータシステム)を参照のこと。.

主記憶装置

主記憶装置（しゅきおくそうち）は、記憶装置の分類で、「補助記憶装置」が一般に外部バスなど比較的CPUから離れていて大容量だが遅い記憶装置を指すのに対し、コンピュータのメインバスなどに直接接続されている記憶装置で、レイテンシやスループットは速いが比較すると小容量である。特に、CPUが入出力命令によって外部のインタフェースを操作するのではなく、「ロード・ストア命令」や、さらには通常の加算などの命令において直接読み書きできる対象であるものを指す。メインメモリ、一次記憶装置とも。.

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ハーバード・アーキテクチャ

ハーバード・アーキテクチャの図 ハーバード・アーキテクチャとは、命令用とデータ用に物理的に分割された記憶装置と信号通路を持ち、命令用とデータ用で主記憶のアドレス空間が分かれているコンピュータ・アーキテクチャのことで、ノイマン型アーキテクチャと対比される。.

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バス (コンピュータ)

バス とは、コンピュータの内外、各回路がデータを交換するための共通の経路を指すコンピュータ用語である。.

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ムーアの法則

インテル製プロセッサのトランジスタ数の成長（各点）とムーアの法則（上線.

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ビット

ビット (bit, b) は、ほとんどのデジタルコンピュータが扱うデータの最小単位。英語の binary digit （2進数字）の略であり、2進数の1けたのこと。量子情報科学においては古典ビットと呼ばれる。 1ビットを用いて2通りの状態を表現できる（二元符号）。これらの2状態は一般に"0"、"1"と表記される。 情報理論における選択情報およびエントロピーの単位も「ビット」と呼んでいるが、これらの単位は「シャノン」とも呼ばれる（詳細は情報量を参照）。 省略記法として、バイトの略記である大文字の B と区別するために、小文字の b と表記する。.

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データ

データ（data）とは、事実や資料をさす言葉。言語的には複数形であるため、厳密には複数の事象や数値の集まりのことを指し、単数形は datum（データム）である。.

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CISC

CISC（しすく、Complex Instruction Set Computer）は、コンピュータの命令セットアーキテクチャ(ISA)の設計の方向性の一つである。単純な命令を指向したRISCが考案されたときに、対比して（レトロニム）従来のISAは複雑であるとして、"Complex" の語を用いた "CISC" と呼ばれる様になった。典型的なCISCのISAはしばしば、単一の命令で複数の処理を行う、可変長命令である、直交性がある、演算命令のオペランドにメモリを指定できる、などで特徴づけられる。 CISCを採用したプロセッサ(CPU)をCISCプロセッサと呼ぶ。CISCプロセッサに分類されるプロセッサとしては、マイクロプログラム方式を採用したSystem/360、PDP-11、VAXなどや、マイクロプロセッサの680x0、x86などがある。.

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記憶装置

GB SDRAM。一次記憶装置の例 GB ハードディスクドライブ(HDD)。コンピュータに接続すると二次記憶装置として機能する SDLT テープカートリッジ。オフライン・ストレージの例。自動テープライブラリで使う場合は、三次記憶装置に分類される 記憶装置（きおくそうち）は、コンピュータが処理すべきデジタルデータをある期間保持するのに使う、部品、装置、電子媒体の総称。「記憶」という語の一般的な意味にも対応する英語としてはメモリ（memory）である。記憶装置は「情報の記憶」を行う。他に「記憶装置」に相当する英語としてはストレージ デバイス（Storage Device）というものもある。.

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RISC

RISC（りすく、Reduced Instruction Set Computer、縮小命令セットコンピュータ）は、コンピュータの命令セットアーキテクチャ(ISA)の設計手法の一つで、命令の種類を減らし、回路を単純化して演算速度の向上を図るものである。なお、RISCが提唱されたときに、従来の設計手法に基づくアーキテクチャは対義語としてCISCと呼ばれるようになった。 RISCを採用したプロセッサ (CPU) をRISCプロセッサと呼ぶ。RISCプロセッサの例として、ARM、MIPS、POWER、SPARCなどが知られる。.

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