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CPU選びの知識(Central Processing Unit)

CPUを一言で言えば「パソコンの頭脳」であり、汎用的なデータを処理する電子回路です。このCPUが中心となりパソコン全体を制御しているので、パソコン選びで真っ先にチェックするパーツです。

基礎解説

プラットフォーム解説

ネットブックやタブレット用CPU解説

CPUに関するコラム

CPUのベンチマークテスト

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CPU(Central Processing Unit)とは

CPUとは、コンピュータシステムにおいて処理装置として中心的に働く電子回路パーツ。日本語では中央演算処理装置。集積回路として半導体マイクロチップを実装するため、マイクロプロセッサ(Micro Processing Unit)とも言います(プロセッサ、MPUとも)。

CPUはメインメモリからプログラムを取り込んで解読し処理しますが、「フェッチ、デコード、実行」という流れで命令処理を行います。(※フェッチ:命令の取り込み ※デコード:命令の解読と取り出し)
ほかに、デバイスの制御も行います。

マイクロアーキテクチャとは

CPUには実行ユニットとして、演算装置(ALU:Arithmetic Logic Unit)、浮動小数点演算処理装置(FPU:Floating Point Unit)を実装している。そして、フェッチやデコードを行う制御ユニット、データを格納するレジスタ、キャッシュメモリを実装する。装置と接続する経路がバスインターフェースである。
これらの仕組みを利用したCPU内部構造のことをマイクロアーキテクチャという。世代ごとに改良や刷新がされ、CPUの性能や電力効率を向上させていく。

CPUのタイプ

CPUの搭載例として、おおまかに「デスクトップPC用、ノートパソコン用、ネットブックやタブレットPC用」の3タイプに分類されます。

デスクトップPC用のCPU

CPU製品はパッケージ化
ほとんどのデスクトップ用CPUでは、カスタマイズ換装できるように、ソケットから着脱できるパーツとなっている。上面に放熱用の金属(ヒートスプレッダ)、内部に核となるダイを配置、そして底面ではソケットに接するピンが並び、CPU製品はパッケージ化されている。

ダイが組み込まれてパッケージ化されたのがCPU
ヒートスプレッダをこじ開けると、ダイが確認できる。ダイとは集積回路が焼き付けてあるシリコンウェハーチップである。(半導体チップ・ICチップ)

半導体を取り出すシリコンウェハ
ダイは「シリコンウェハ」と呼ばれるシリコン結晶の円盤スライス板に、数百個ほど形成される。この形成とは、シリコンウェハにトランジスタなどの素子や配線を焼き付けることである。シリコンウェハから切り出したダイを基板に載せ、加工したものがCPUである。

LGA(ランド・グリッド・アレイ)
CPUは規格に応じたソケットに設置する。インテルの場合、LGA(ランド・グリッド・アレイ)と呼ばれ、LGA 775、LGA 1156、LGA 2011などがあるが、これらの数字はピンの本数を表している。

CPUクーラー
CPUは発熱性が高いので、CPU上部に乗っかかる「CPUクーラー」によって冷却される。一般的なパソコンでは空冷式(ファン式)であり、上位クラスになると静音の水冷式がある。ヒートスプレッダを通してダイが冷却される。

ノートパソコン用のCPU

ヒートパイプやフィンの熱伝導を利用
一般的なノートパソコンでも基本はデスクトップ用と同じである。ただし、CPUの真上にクーラーを乗せると筐体が大きくなってしまうため、クーラーはやや離れた位置に設置され、ヒートパイプやフィンの熱伝導を利用して冷却する。

ファンレス構造の、ネットブックやタブレットPCのCPU

Atomのcpu
ネットブックやタブレットPCでは小型筐体ゆえファンレス構造が多く、クーラーなしでCPUが直付されている。(インテルAtomなど)

CPUのヒートスプレッダ
冷却対応はせいぜい放熱用のヒートスプレッダがカバー面にあるくらい。このような用途のCPUは極めて低消費電力かつ低発熱の設計がされている。

インテルとAMDの、2大メーカー

パソコン向けのCPUを開発・製造しているメーカーは「インテル」と「AMD」の大手2社で占めています。8割以上のパソコンがインテルCPUと言われます。インテルとAMDとでは、技術力に圧倒的な差があるわけではありません。インテルが営業戦略に長けていることが第一に挙げられます。パソコンメーカーはインテルCPUを採用したパソコンを多く投入するため、必然的にインテル仕様パソコンのユーザーが多いわけです。

インテル

AMDよりもインテルがいいのか
1968年に設立。CPUのほか、チップセット、フラッシュメモリなどを製造する半導体メーカー。インテルの「高いシェア」にメリットがあります。

ソフトウエアや周辺機器メーカーは、インテル製CPUを搭載したパソコンで検証されることが多いので、理論上での安心感が得られます。

CPU製品の展開ではチックタック戦略を採っている。2年ごとに新アーキテクチャ(前世代と互換性のない新基本設計)を登場させ、そのうちの1年目にはプロセスルールの微細化(設計はそのままで、半導体回路の配線の幅を微細化)を行なっている。単純に言うと、2年ごとに買えば新アーキテクチャである。新アーキテクチャ登場の1年後に買うと、互換性を持ったリニューアル製品と言える。

AMD(アドバンスト・マイクロ・デバイセズ)

インテルとAMDどっちにする
1969年に設立。CPUのほか、GPU、フラッシュメモリなどを製造する半導体メーカー。もとはインテルが開発した半導体を許諾生産(セカンドソース)するメーカーだったが、インテルの打ち切りを機に独自開発に乗り出す。

2006年にAMDはGPUメーカーだったATI社を買収しており、CPUとGPUの2大プロセッサを扱っているメリットがあります。同社製の組み合わせによって安定感や新テクノロジーに期待ができます。

ローエンドからハイエンドまで、性能に対するコストパフォーマンスがインテルよりも良い傾向にあります。メーカーパソコンではエントリーモデルにAMDを採用することが多い。

64bit CPUとは

2009年に登場したWindows 7あたりから急速に32bitから64bitへの移行が進みました。「64bit CPU」というのは64bit空間を制御できるCPUのことを言います。32bit CPUのアドレスでは4GBメモリまでの上限が有りますが、64bit CPUではその制約がなく、テラバイト単位の巨大なデータベースが扱えます。

64bitに拡張した命令セットアーキテクチャをx64(Intel 64命令セット・旧名ではEM64T)といいます。2003年ごろには実装が進んでおり、現行品ではほとんど対応済みです。32bitの命令セットである「x86」と互換性を持つことからx86-64と呼ぶ場合もあります。

本格ゲームにCPUのスペックは重要?

ゲーミングPCでは美麗な描写処理を担うグラフィックカード(単体GPU)が重視されますが、CPUも軽視できません。炎、煙、風、速度などの自然現象をシミュレーションする物理演算、NPC (non player character-プレイヤーが操作しないキャラクター)を動かす人口知能AIはCPUが担うからです。過剰なスペックは不要ですが、基準に満たない場合は見直したほうがいいでしょう。

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