経営学

CPUとは何か|CPUとメモリ|IT用語を簡単にわかりやすく解説|経営情報システム

キャッシュメモリ

CPUとは何か

CPU(シーピーユー)とは、Central Processing Unitの略であり、日本語では中央演算装置とよばれます。

CPUは簡単にいうとコンピューターの頭脳であり、このCPUがコンピューターにおけるいろいろな計算をする役割をします。

CPU(中央演算処理装置、Central Processing Unit)

演算と制御を行うコンピュータの主要構成要素の1つ

→コンピュータの頭脳

メモリとは何か

ですが、計算の能力だけではコンピューターとして成立しません。

たとえば、電卓で1+1=2という計算したとすると、2という答えをどこかに記憶しておかないといけません。

そうしないと、後でその計算結果を利用できないことになります。

そこで計算結果を記憶しておくための記憶装置が必要になります。

それがメモリになります。

メモリ

記憶装置のこと

→CPUが利用できる記憶装置には、①レジスタ、②主記憶装置、③キャッシュメモリがある

(記憶装置には他に、補助記憶装置(ハードディスク、DVD-ROMなど)がある)

CPUで計算した結果を保存する記憶装置には、①レジスタ、②主記憶装置、③キャッシュメモリなどがあります。

ここでは①から③についてみていきます。

①から③の主な違いは、速度つまりスピードです。

記憶されているデータを使うには、データを読み込む必要があります。

この読み込みのスピードがそれぞれのメモリで違います。

レジスタとは

レジスタ

CPU内部で一時的にデータの保存を行うための最も高速なメモリ(記憶装置)

レジスタはCPUの中にある最も早いメモリですが、その分値段も高くなります。

そのため、小さい容量しかないことが多いです。

パソコンの中の動きを机に向かって勉強する作業にたとえてみると、Windows(ウィンドウズ)などのOSにあたるソフトウェアは作業の対象となる本にたとえられます。

これに対し、本棚に当たるのがハードディスクで、実際に本を広げて作業をする机にあたるのが主記憶になります。

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この机と本棚の例でいえば、レジスタというのは、実際に作業をする人の頭の中の記憶力だとイメージされます。

机に向かって作業をする人間の頭脳をCPUだとすると、その頭脳の持っている記憶力がレジスタになるわけです。

主記憶装置

一方で、頭の中の記憶(レジスタ)だけでは覚えきれないので、本を広げて作業をする机の隅に覚えたいことをメモしておくとします。

それが②の主記憶装置になります。

机のメモ書き

レジスタに収まらない分を主記憶という記憶装置にメモして処理していくというわけです。

主記憶は作業をするときの机にあたり、この机は本(ソフトウェア)を広げて作業するのに使われます。

ですが、覚えておくことをメモすることにも使えるというわけです。

主記憶装置

CPUが直接アクセスできる記憶装置のこと

→主記憶装置には処理速度の速い半導体メモリ(DRAM)が使われる

このDRAMの処理速度は速いですが、レジスタよりは処理スピードが落ちます。

頭の中で即座に覚えるのと、1個1個机にメモしていくのでは処理のスピードが違うということです。

キャッシュメモリ

このレジスタと主記憶の処理のスピードのギャップが大きいと、情報の受け渡しのときに渋滞が生じてしまい全体の処理のスピードが落ちてしまいます。

それを解消するためのギャップを埋める役割をするのが③のキャッシュメモリです。

キャッシュメモリ

キャッシュメモリ

CPUと主記憶(メインメモリ)の速度ギャップを埋め、処理の高速化を図るための記憶装置

→一度アクセスしたデータを主記憶よりも高速なキャッシュメモリに記憶しておくことで、処理を高速化する

このように1度アクセスしたデータを一時的に記憶しておくことで、アクセスを高速化することをキャッシュ機能といいます。

以上をまとめると、一番速いのがレジスタで、次に速いのがキャッシュメモリ、一番遅いのが主記憶ということになります。

メモリスピード比較

以上がCPUとメモリについてのお話です。

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