CPU（中央処理装置）

背景・歴史

初期のコンピュータでは、計算を行う回路は真空管や、後にダイオード・トランジスタといった個別の電子部品を大量に組み合わせて作られており、部屋いっぱいの大きさになることも珍しくありませんでした。1970年代に、演算や制御の回路を1つの小さなチップにまとめる「集積回路（LSI）」の技術が発展し、CPUの機能を1つの半導体チップに収めた「マイクロプロセッサ」が誕生しました。これにより、コンピュータは劇的に小型化・高速化・低価格化し、パーソナルコンピュータやスマートフォンなど、身の回りのあらゆる機器にCPUが搭載される時代につながっていきました。

なぜこの考え方が使われるようになったのか

コンピュータが行う作業は、突き詰めると「データを読み込み、計算し、結果を書き出す」という処理の繰り返しです。この中心的な計算と制御を担う専用の部品を用意することで、他の部品（メモリ、入力装置、出力装置など）はそれぞれの役割に特化させることができ、全体として効率のよい分業体制が実現します。CPUを中心にハードウェアの役割を分担する設計は、コンピュータを高性能化・小型化していく上で欠かせない基本構造になっています。

もう少し詳しく見てみる

CPUは主に次のような働きをしています。

• 演算：数値の計算や、条件が真か偽かといった論理的な判断を行う。
• 制御：メモリや入出力装置とデータをやり取りするタイミングや手順を管理し、プログラムの命令を順番に実行する。

CPUは、オペレーティングシステムの管理のもとで、メモリに置かれたプログラムのデータを機械語の命令として読み込みながら動作しています。CPUが1秒間に処理できる命令の数（動作周波数など）や、同時に処理できる作業の数（コア数）は、コンピュータ全体の処理速度に大きく影響します。ただし、CPUの性能だけが速さを決めるわけではなく、メモリの容量や速度、プログラム自体の効率（アルゴリズムの良し悪し）とのバランスも重要です。

関連して知っておきたいこと

CPUが実際に扱っているデータは、すべて二進法で表現された数値です。プログラムの命令も、変数の値も、文字や画像のデータも、CPUにとってはすべて0と1の並びとして処理されています。人間が読み書きするプログラムのコードは、この二進数の命令列を人間に分かりやすく表現したものにすぎません。