CPUの違いと選び方

自作PC (自作パソコン)大図鑑

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CPUの基礎知識

CPUCPUとは、コンピューターの中央処理装置(Central Processing Unit)のことです。
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働きとして、入力装置や記憶装置からデータを受け取り、演算・加工した上で、出力装置や記憶装置に出力します。

難しく書きましたが、用は人間で言う「」の部分に当たるのがこのCPUです。パソコン内で行われているすべてのアプリケーションはCPUによって処理されているのです。
当然、CPUの性能がよいほどパソコン全体のスペックが向上するので、自作PCを作製する時はCPUを基準にしてパーツ構成を考えます。

一般的なパーソナルコンピュータ用のCPUは、このような四角形のチップ状になっています。基本的に取り外すことが出来、「ソケット」と呼ばれるCPUを取り付ける規格さえ同じなら換装することが可能。(一部のベアボーン機や、小型マザーボードにはCPUが組み込まれているものがあり、この場合は不可)
アルコールで除去

CPUの裏面には、データを入出力する端子がびっしり並んでいます。この面は、静電気や、物理的な衝撃に弱い構造になっているので、直接手で触ってはいけません。CPUを取り扱うときは、上記の写真のように、CPU側面をつまむように持ちます。
CPUの裏側


周波数(クロック周波数)

周波数は、CPU の命令実行タイミングを制御するもの。
2.0GHzや、3.4GHzの様に周波数「Hz」を単位にして表記されます。
同タイプのCPUを比較する場合、クロック周波数が高くなるほど処理速度も向上することになります。
ただし、クロック周波数が2倍になっても、処理速度が2倍になるとは限りません。処理速度はCPUだけでなく他のデバイスも影響するためです。

昔のCPUは、「Pentium4 3GHz」←このようにモデルナンバーに周波数が記入されていて一目で性能が分かるようになっていました。
しかし、最近のCPUは、「Core i7 870」←このようなモデルナンバーで表記されていて、 このCPUが一体何GHzなのか分かりません
(このCPUは2.93GHz、モデルナンバーの870が全く関係ない数字です。)

このようなややこしい表記方法には、高クロック化の限界と、クロック周波数以外の要因が性能を大きく左右するようになってきたためです。
Pentium4までは、新製品が登場するたびにクロック周波数が速くなっていました。ところが、これ以降に発売された新型CPUはクロック数の上昇は止まり、高クロックモデルでさえ3GHz後半ほどとなっています。
同じようなクロック数のモデルが乱立するので、製品名に採用するのは好ましくないというのが一つの理由。

もう一つの理由は、クロック数がCPUの性能を左右する決定的な要因ではなくなった事。
最新のCPUは演算の並列化による性能向上を重視しているので、クロック数が高いモデルよりも、並列化や、内部回路を最適化したモデルの方が高性能という逆転現象がごく当たり前に起きます。
結果的に、クロック数をモデルナンバーにすると、誤った認識をユーザーに与えてしまう恐れがあるからです。

現在のCPUはモデルナンバーの数字が大きいほど同製品の中で性能が優れているので解り易くなった半面、製品ナンバーの数字と性能は比例していないので、モデルナンバーだけで比較することが不可能です。

 

コア数

コア数とは、CPUの”メイン回路の数”のことです。
一昔前のCPUは一つのCPUに一つのコアしか持たない”シングルコア”でした。
ところが”Core 2 Duo”の登場以降、一つのCPUにコアを複数搭載するマルチコアシステムが主流になり、コアが二つある「デュアルコア」、三つある「トリプルコア」、4つある「クアッドコア」・・・というように、現在もコア数が増えています。

マルチコアの利点は、演算処理の分散化と並列処理
ネットサーフィンをしながら、MP3で音楽を聴いたり、一台のパソコンで同時に複数の処理を行うケースが多いとともいます。このように、複数のアプリケーションを同時に動かす時、コアが一つしかないとCPUの処理能力が分散されてしまい、極端に機能低下を起こします

たとえば、シングルコア1GHzのCPUが同時に2つのアプリケーションを動かすと、単純計算で0.5GHz(500MHz)の能力しか発揮できません。
ところが、デュアルコア1GHzのCPUなら、2つのアプリケーションを同時に起動しても、機能低下を起こすことはないのです。
(※解り易くする為にデフォルメして話しています)

また、一つのアプリケーションを動作させる時も、ソフトがマルチコアに対応していれば、処理をコア同士で分担しあうので、レスポンスが向上します。

このように、クロック数の上昇よりも、現在はコア数を増やして処理速度を上げる工夫がされています。
CPUのスペックを見るときは、コア数が多ければ多いほど高性能と考えて間違いありません

シングルコア

コア数・・・1

デュアルコア

コア数・・・2

クアッドコア

コア数・・・4

ヘキサコア

コア数・・・6

Celeron D
Celeron M
Pentium M
Pentium 4
Opteron
Athlon 64
Core i3
Core i5
Pentium Dual-Core
Celeron Dual-Core
Core 2 Duo
Athlon II X2 Dual-Core
Phenom
Turion 64 X2

Core i7
Core i5
Core 2 Quad

A6
A8
Phenom II X4
Athlon II X4 Quad-Core

Core i7
Phenom II X6
Opteron


よく見ると、同じCPUでも、コア数が異なるモデルがあることに注意!たとえばCore i5は2個のモデルと4個のモデルが混じっています
CPUを選ぶときは、スペックをよく確認することが大切です。
自作パソコン見積もり表のCPUのカテゴリから、コア数を指定して検索が出来るので是非使ってみてください。


ベースクロック(FSB・QPI・DMI)

CPUとメモリや拡張スロットを接続するデータの通り道のこと(インテル独自の仕様です)。
Pentium Pro以降、2次キャッシュメモリとの接続をBSB(Back Side Bus)、チップセットとの接続をFSBと呼ぶようになりました。このFSBのクロック周波数が高ければ高いほど、CPUとチップセット、メモリなどとのデータのやり取りが高速化し、全体のパフォーマンスが向上します。
例えばPentium 4の場合、100MHzもしくは133MHzのベースクロックの4倍、400MHzか533MHzで動作する。
ここで、4倍というのは逓倍率のことである。これ以上は専門的な話になるため、割愛します。

また、Core i7を代表とする”メモリコントローラ統合CPU”にはFSBという概念自体がないので最近ではあまり耳にしなくなりました。
代わって、「QPI」、「DMI」といった接続方式となっています。

前項のFSBの場合、マザーボード側の対応FSB速度と合わせる必要がありましたが、QPI・DMIの場合CPUで通信が完結してしまうので特に気を付けなくても問題はありません。

とは言え、CPUの性能には大きく影響する項目なので、新しくCPUを購入するときは比較しましょう。(数字が大きいほど性能が上がります)


ハイパートランスポート(HyperTransport)

AMD社によって開発された、基板上でやり取りされるデータ量を転送速度を向上させる技術です。(インテルのQPIのような物)
PCIバスの後継に相当し、データ転送速度は最高で6.4GB/sで、PCI規格の132MB/s〜533MB/sより飛躍的に向上しています。また、既存のOSやアプリケーションソフトに対する互換性も考慮されているのが特徴です。

AMD製CPUでHTと表記されていたらこのことを指します。




キャッシュメモリ

CPUはメモリなどのチップセットと比べ、数倍の速度で動作しています。そのため、CPUの演算結果をいちいちメモリに書き込んでいると、CPUが長い時間待たされることになります。そのタイムラグを軽減しようとするのがキャッシュメモリと呼ばれるものです。キャッシュメモリはCPUの動作速度と同等の速さで動作するためタイムラグが発生しません。
ただし、CPUに組み込む為、容量は大きくありません。CPUのキャッシュは、”容量”の多い、少ない、で性能を評価します。
廉価版との差別化を図るため、キャッシュメモリは製品によって大きく変わり、なお且つ性能にも大きく影響します。

 一次キャッシュメモリはCPU内部の根本的な部分に置かれており、パソコンのメモリの中で、もっとも高速に動作することが出来ます。

 二次キャッシュメモリはCPUの基板上と、外部メモリとの中間に位置するメモリのことで、一時キャッシュほど高速には動作しませんが、外部メモリよりは遥かに高速で動作します。

 三次キャッシュメモリはマルチコアCPUで搭載されています。一次、二次メモリの延長と考えて良いでしょう。

CPUは一時キャッシュと二次キャッシュ、三次キャッシュをうまく使うことで、データ通信のタイムラグを最小限に抑えているのです。
一般的にこのメモリ容量が多いほど、計算速度が上がります。

32bitCPU・64bit CPU

CPUには32bitで動作するタイプと、64bitで動作するものがあります。
当然64bitで動作するCPUの方が一度に計算できるデータ幅が多いので性能は上です。
具体的には、一回に二進法で32桁(2の32乗)の計算を行えるCPUが32bitCPU、それに対し、64桁の計算を行えるのが64bitCPUです。64bitCPUではCPUがアクセスできるメモリ領域が圧倒的に増加するため、アプリケーションによってはレスポンスが飛躍的に向上します
さらに、メモリの最大使用量が増えることも大きなポイントです。32bitのCPUでは4GBまでのメモリ容量しか認識しませんが、64bitならMax192GBまで対応しています。
(Windows Vista Home Basic 8GB 、Home Premium 16GB 、Ultimate 128GBまで対応)

(Windows 7 Home Premium 16GB 、Professional 192GB  、Ultimate 192GBまで対応)

PentiumD以降のCPUであればすべて64bit対応なので今更bit数を気にすこともないでしょう。
ちなみにOSやソフトが64bitに対応していないと全く意味がありません


ハイパースレッディング(Hyper-Threading)

Intel社によって開発された、OS上で擬似的にCPUプロセッサを二つあるように見せかける技術です。
1つのスレッドが処理を進めている間には、レジスタやパイプラインなどに必ず空き時間が生じてしまいます。従来はこうした空き時間は無駄になっていましたが、これらのリソースを集めて1つのプロセッサに見せかけることにより、もう1つ別のスレッドの処理を進めるのがハイパースレッディングです。

これにより、2つの異なるアプリケーションを同時に実行したり、1つのアプリケーションを通常のシングルプロセッサマシンより高速に実行することができます。ただし、2つのアプリケーションが同じプロセッサ要素(演算器など)を同時に利用できないという制約があり、単純に性能が2倍になるわけではなく、現在はおおむね20%程度クロックあたり性能が向上すると言われています。

ハイパースレッディングに対応したOS(Windows Xp)で効果が期待できます
Intel製CPUでHTと表記されていたらこのことを指します


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