neverjpのぶらり日記

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(17)CPU(2)



CPUは命令を判断して処理する演算装置と、各装置に必要な指示を与える制御装置2つの重要な役割を担っています。CPUのコア(核)は、ダイ*1という半導体のチップに数千万個〜1億個を超えるトランジスタで回路を形成したもので、オン/オフのスイッチの切り替えで「0」と「1」で組み合わされた命令を処理します。ダイはパッケージに組み込まれており、表面にはダイを保護し、熱伝導率が高くCPU動作時に放熱を助けるヒートスプレッダが取り付けられています。パッケージの裏面にはマザーボードのCPUソケットに差し込むピン(端子)が生け花の剣山のようにたくさん並んでいます。ただし、最近のCPUではCPU側には金属接点(ランド)があるのみでソケット側にピンが出ているタイプもあります。ダイの裏側になる部分には、電圧の安定を図るコンデンサキャパシタ)が取り付けられています。CPUの種類によってはパッケージの表側にコアを囲むようにコンデンサが付いているものもあります。(CPUの命令を処理する仕組み)ダイは、CPUとメモリとのプログラムやデータのやり取りを制御するバスインターフェース、メモリから読み込んだデータを蓄えておくキャッシュメモリ、要求された命令を読み込むフェッチ、読み込んだ命令を解読するデコーダ、命令を演算する演算(実行)ユニット、CPU内にある最速のメモリ、レジスタなど、複数のユニットに分かれ、それぞれの働きによって命令を処理しています。CPUは次の4ステージの動作を繰り返して命令を処理します。この過程を命令サイクルといいます。(1)命令の読み込み(フェッチ)、(2)命令の解読(デコード)、(3)命令の実行(エグゼキュート)、(4)結果の書き出し(ライトバック)です。

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*1:シリコンウェハという薄い半導体基板の上にレーザーを照射して、回路パターンを焼き付けて作られます。大きなシリコンウェハから一度に数百個が製造されます。