語彙
| English | 意味 |
|---|---|
| CPU/ˌsiː piː ˈjuː/ | 中央処理装置 |
| instructions/ɪnˈstrʌkʃnz/ | 命令 |
| ALU/ˌeɪ el ˈjuː/ | 演算論理部 |
| control unit/kənˈtrəʊl ˈjuːnɪt/ | 制御部 |
| registers/ˈredʒɪstəz/ | レジスタ |
| buses/ˈbʌsɪz/ | バス |
| cache/kæʃ/ | キャッシュ |
| embedded system/emˈbedɪd ˈsɪstəm/ | 組込みシステム |
| clock speed/klɒk spiːd/ | クロック速度 |
CPU（中央処理装置）
- CPUはデータを処理し命令を実行し、每秒数百万回のサイクルを繰り返します。
- 内部にはALU、制御ユニット、レジスタがあり、バスで接続されています。
- すべてのプログラムを**fetch–execute cycle（ fetch-実行サイクル）**で動作させます。
CPUの構成要素
- ALU — 計算と論理比較を行います。
- 制御ユニット (CU) — 全構成要素を管理するための制御信号を送信します。
- レジスタ — 非常に小さい高速メモリで、各1値を保持します。
- メモリとの接続に3つのバスを使用します：アドレスバス（一方向）、データバス（双方向）、制御バス。
現代のCPUは制御ユニット、ALU、レジスタを内蔵した単一チップです。
実践
CPU内のALU：
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
算術論理ユニットが数学と論理を行い、制御ユニットが各部分を管理する。
レジスタとfetch–execute cycle
- 特殊レジスタ：PC（次の命令のアドレス）、MAR（アクセス先のアドレス）、MDR（取得されたデータ/命令）、CIR（現在実行中の命令）、ACC（ALUの結果）。
- サイクルは3段階を繰り返します：Fetch（命令をCPUへコピー、PC+1）→ Decode（CUが意味を理解）→ Execute（実行）。
CPUがすべての命令に対して繰り返すfetch–decode–execute cycle。
探索
フェチ・エグゼキューションサイクル
CPUが秒間数十億回繰り返すループを追え——命令を取得し、その意味をデコードし、実行し、すべてを再び行う。
実践
各CPUの構成要素与其作用を对应させてください。
難易度 2/5 · 140 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
ALUが計算し、制御ユニットが指示し、PCが次の命令を追跡し、キャッシュがホットなデータを近くに保つ。
実践
サイクルの工程を順序立てて記せ。
難易度 3/5 · 200 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
命令を取得し、その意味をデコードし、実行する——これを継続的に繰り返す。
キャッシュ、パフォーマンス、組込みシステム
- キャッシュはCPU近くの非常に高速な少量メモリで、頻繁に使用するデータを保持し、CPUの待機時間を短縮します。
- パフォーマンスはコア数、キャッシュ容量、クロック速度（每秒サイクル数）に依存します。
- 組込みシステムとは、特定の固定タスク（洗濯機、電子レンジなど）のためにデバイス内に組み込まれた小型コンピュータです。
キャッシュとメインメモリ（RAM）はCPU近くに配置され、高速でデータを供給します。
実践
どの変更がCPU性能を向上させるか？
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
コア数の増加、大容量キャッシュ、高クロック速度はすべて性能を向上させる。
実践
キャッシュは小さく非常に高速なメモリで、よく使われるデータをCPU近くに保持するため、メインメモリから読み込むよりも待たせる時間が少なくなる。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
大容量キャッシュ、多くのコア、高クロック速度はすべて性能を高める——キャッシュはデータの待ち時間を短縮することで貢献する。
理解できましたか
Key idea
- CPU = ALU（数学/論理）+ CU（制御信号）+ レジスタ、アドレス/データ/制御バスで接続
- 主要レジスタ: PC (次の命令)、MAR/MDR (メモリ)、CIR (現在の実行中)、ACC (結果)
- ループ: fetch → decode → execute
- パフォーマンス: コア数、キャッシュ容量、クロック速度; キャッシュ = CPU近くの高速メモリ