プロセッサー

最終更新日 2022年10月02日

プロセッサーとは

基礎

プロセッサーとは演算装置の別名です。コンピューターはデータを演算する演算装置、各装置を制御する制御装置、データを記憶する記憶装置、データを入力する入力装置、データの演算により出た結果を出力する出力装置に分けられます。

CPUを指す場合が多い

プロセッサーにはCPU、FPU、GPU、DSP等があります。演算装置と制御装置を組み合わせコンピューターの中枢部分となる装置をCPUと呼びますが、プロセッサーはCPUを指す場合が多いです。

マイクロプロセッサー

プロセッサーはマイクロプロセッサーを指す場合もあります。マイクロプロセッサーとは、CPUをLSI(大規模集積回路)に集めたものです。LSIはチップ(半導体チップ)上に作られるので、マイクロプロセッサーとはCPUがチップ化されたものです。

プロセッサーの種類

CPU

CPUとはCentral Processing Unitの略であり、演算装置と制御装置が組み合わさったものです。コンピューターの中心となる重要な装置です。日本語に訳して中央演算処理装置と呼びます。

マイクロプロセッサー

マイクロプロセッサーとは、CPUを1つのLSIに集めたものです。MPU(Micro Processing Unit)と呼ぶ場合もあります。

LSIとはLarge Scale Integrationの略であり、規模が大きいIC(集積回路)です。大規模集積回路とも呼びます。IC(集積回路)とは、1つの基板にトランジスター等の素子を多数集めて作った電子回路です。LSIはIC(集積回路)の一種なので、マイクロプロセッサーとはCPUを1つのIC(集積回路)に集めたものとも言えます。CPUを数個程度のIC(集積回路)に集めたものもマイクロプロセッサーと呼ぶ場合があります。

IC(集積回路)を作る基板は半導体であり、半導体チップ、IC(集積回路)チップ等と呼びます。IC(集積回路)は半導体チップ上に作るので、マイクロプロセッサーとは1つの半導体チップ上に集めたものとも言えます。

コプロセッサー

コプロセッサーとは、マイクロプロセッサー内部にあるFPU(Floating Point Unit)等、特定の処理を行う装置です。補助プロセッサー、副処理装置、補助処理装置と呼ぶ場合もあります。マイクロプロセッサーが実行する処理の補助または代行する役割を担います。

FPU

FPUとはFloating Point Unitの略であり、浮動小数点演算専用のプロセッサーです。浮動小数点演算装置と呼ぶ場合もあります。浮動小数点演算とは、例えば1.234×10の3乗のように仮数部1.234と指数部10の3乗に分けて扱い演算することです。

NDP、APU

昔はインテルとAMDどちらにもFPUが単体製品であり、インテルでは製品をNDP(Numeric Data Processor、数値演算プロセッサー)、AMDでは製品をAPU(Arithmetic Processing Unit)と呼びました。

DSP

DSPとは

DSPとはDigital Signal Processorの略であり、デジタル信号処理に特化したプロセッサーです。ディーエスピーと読みます。コンピューターにDSPがなくてもデジタル信号処理を実行できますが、DSPを使用する方が合理的な場合があります。

DSP使用が合理的な理由

マイコン(Microcontroller)とDSPを搭載する携帯電話を例にして、DSPの使用が合理的な理由を解説します。携帯電話は通話中にデジタル化した音声データを短時間かつ大量に処理する必要があります。マイコンでは性能が足りずDSPが処理します。DSPは音声データに限らず画像データ等の処理も担当します。画像データの処理でも音声データの場合と同様な処理が必要です。

マイコンでも性能を高めればDSPのように処理できますが、携帯電話では一部の用途のために高性能なマイコンを搭載するよりDSPを搭載し任せる方が合理的です。マイコンはDSPのようにデジタル信号処理を高速に処理する用途に向いていませんが、複雑な命令が必要な処理をする用途に向いています。DSPはデジタル信号処理のような簡単な命令で済む処理に向いています。

複雑な命令が必要な処理とは、例えば以下のような計算です。

(16ビットデータ×16ビットデータ)±(16ビットデータ×16ビットデータ)+64ビットデータ=64ビットデータ

マイコンだと複数の命令、複数のサイクルで処理しますが、DSPなら1命令1サイクルで処理できます。このような計算がデジタル信号処理で発生するのでDSPが適しています。マイコンでも可能ですが高性能なマイコンが必要です。

DSPは必須ではないがマイコンは必須

仮に携帯電話でデジタル信号処理を短時間かつ大量に処理する必要がなければDSPがなくてもよいです。DSPが必要でも不要でも汎用性が高いマイコンが必要です。マイコンは様々な用途に使用できるように機能が豊富です。携帯電話のマイコンは、インターネット通信を行い取得したデータを文字や画像情報として画面に表示する、アドレス帳のデータの読み書きをする等、様々な処理を行います。

ネットワーク・プロセッサー

ネットワーク・プロセッサーとは、ネットワークの通信データの処理に特化したプロセッサーです。英語でNetwork Processing Unitであり、略しNPUと呼ぶ場合もあります。その処理の実行が主な役割のコンピューターが搭載します。例えばルーターが搭載します。

互換プロセッサー

互換プロセッサーとは、以前から存在するプロセッサーの代わりに使用できるプロセッサーです。

ARM系プロセッサー

ARM系プロセッサーとは、ARMの設計を基盤とするプロセッサーです。様々なメーカーがARMからのライセンスを受けており、各メーカーがARM系プロセッサーと他にシステムで主要な機能を一つの半導体チップ上に集めたSoCを開発しています。このようなSoCもARM系プロセッサーと呼ぶ場合があります。SoCとはSystem on Chipの略で、システムの主要な機能を一つの半導体チップに集めたものです。

〜ビット・プロセッサー

〜ビット・プロセッサーとは、扱える情報量が〜ビットのプロセッサーです。4ビット、8ビット、16ビット、32ビット、64ビット等があり、パソコンでは64ビット・プロセッサーが主流です(2022/06/25時点)。ビット数が多いほど扱える情報量が大きく、プロセッサーの処理効率が高くなる、プロセッサーが扱えるメインメモリーの容量が大きくなる、プロセッサーとメインメモリーのデータ転送速度が速くなる等の向上があります。

メインプロセッサー

メインプロセッサーとは、複数のプロセッサーを搭載するコンピューターで主に処理を行うプロセッサーです。


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