CPUのビット数とは?32ビットCPUと64ビットCPUの違い

最終更新日 2018年03月04日

CPU のビット数とは CPU が扱える情報量

ここでは CPU のビット数について言及しますが、CPU 内部の詳細な仕組みにまでは踏み込みません。

パソコンに搭載される CPU には32ビット CPU や64ビット CPU 等がありますが、CPU のビット数とは CPU が扱える情報量です。

CPU はデータを2進数で扱いますが、1ビットだと0と1の2種類の情報を扱えます。2ビットだと00、01、10、11の4種類の情報を扱えます。このように CPU のビット数が多いほど扱える情報量が大きくなります。

例えば CPU が0以上の数字を扱うとします。4ビット CPU では2の4乗で16種類の情報を扱えますので0〜15の範囲の数字を扱えます。同様に8ビット CPU では256種類の情報を扱えますので0〜255の範囲の数字を扱えます。

CPU を搭載するパソコンでは、CPU が扱える情報量を超える情報量を扱えますが、処理の効率が悪くなります。

例えば、8ビット CPU を搭載するパソコンで0以上の数字を扱い計算するとします。CPU は0〜255の範囲の数字を扱えますが、範囲外の数字でも数字を分割する、例えば32ビットで表された数字を8ビットずつに分割して計算を行いますが計算の効率が悪くなります。

32ビット CPU であれば1回の計算で済むところが、8ビット CPU だと4回の計算が必要となります。CPU の計算方法と私達人間の計算方法は違いますが、10進数の数字を筆算を利用して1桁ずつ計算していくようなイメージです。

CPU の処理の効率を高くするためには、CPU が1回の処理で扱える情報量が大きくする必要があります。CPU は、4ビット CPU、8ビット CPU、16ビット CPU、32ビット CPU、64ビット CPU とビット数が増えていき、CPU の性能はビット数だけで決まるものではありませんが、ビット数の増加が CPU の性能向上へ大きく貢献しました。

今では64ビット CPU が普及しており、その前は32ビット CPU が普及していました。16ビット CPU や8ビット CPU も過去にパソコンに搭載され使われました。

以下では、比較的新しい CPU に限り、32ビット CPU と64ビット CPU の違いについて記載します。

32ビット CPU と64ビット CPU は扱えるメインメモリー容量が違う

CPU のビット数の違いは他の PC パーツと関係してきますが、知っておく必要性が高いことは CPU のビット数の違いによって扱えるメインメモリー容量が違うことです。

CPU のビット数が大きいほど扱えるメインメモリー容量が大きいですが、メインメモリーの大容量化が進み、OS やアプリケーションが利用するメインメモリー容量が増えていったことも、CPU のビット数が増えていった要因の一つです。

あくまでも簡単で大雑把なイメージですが、メインメモリーにはデータを読み書きできる部分が大量にあり、それぞれに番号が割り振られています。

0から何番まで割り振ることができるのかは CPU のビット数によって決まり、32ビット CPU であれば2の32乗で0から約43億の範囲の数字を扱えますので、約43億番まで割り振れます。

メインメモリーのデータを読み書きできる部分では、それぞれ1バイトのデータを保持できますので、約43億バイトのメインメモリー容量を扱えます。ギガバイトに直すと4ギガバイトです。

よく32ビット CPU を使う場合は、扱えるメインメモリー容量は4ギガバイトまでと言われていますが、上記のように CPU が扱える情報量によって扱えるメインメモリー容量が決まるからです。

実際は32ビット CPU でも4ギガバイトを超えるメインメモリー容量を扱えるようにできる技術があり、その技術に対応している OS を利用すれば可能となります。

ちなみに64ビット CPU の場合は、同様に計算すると扱えるメインメモリー容量は16エクサバイトです。パソコンでは64ビット CPU が普及しましたが、実際は16エクサバイトもメインメモリー容量を扱えることはまずありません。

実用上16エクサバイトのメインメモリー容量が使われることはまずないので、64ビット CPU が扱えるメインメモリーの最大容量はもっと小さいです。また、扱えるメインメモリー容量はマザーボードや OS 等にもよりますので、パソコンで扱えるメインメモリー容量は CPU だけでは決まりません。

32ビット CPU と64ビット CPU は利用可能な OS のビット版が違う

CPU のビット数の違いは OS とも関係してきます。CPU のビット数により扱える OS が違ってきます。

CPU が搭載されたパソコンで OS を利用するには、CPU が扱う情報量と OS が扱う情報量が同じでなければならず、すなわち CPU のビット数と OS のビット数が一致している必要があります。

32ビット CPU では32ビット版 OS を使え、64ビット CPU では64ビット版 OS を使えます。

実際は CPU と OS が同時に32ビットから64ビットへ移行するわけではなかったので、たいていの普及している64ビット CPU は32ビット CPU としても使えるように互換性を維持しており、64ビット CPU で32ビット版 OS を使えます。


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