プロセッサ（processor）

分類: テクノロジ系コンピュータ構成要素
出る試験: 基本情報応用情報
重要度: ★★★★☆

命令を1つずつ取り出して解読し、計算を実行する部品。制御装置と演算装置からできている。

もう少し詳しい説明

プロセッサは、命令を1つずつ読んで、その通りに動く部品です。日本語では処理装置、パソコンの部品としてはCPU（中央処理装置）と呼ばれます。

プロセッサは、自分では何をすべきかを知りません。やることの一覧（プログラム）は主記憶に置かれていて、それを1つずつ取りに行って実行します。工場の現場が、作業指示書に書かれた手順を1行ずつ読みながら動くのと同じです。指示書そのものは手元になく、次の行が必要になるたびに見に行きます。

中身は2つの装置

プロセッサの中は、役割の違う2つの装置に分かれています。工場でいえば、指示を出す係と実際に機械を動かす係にあたります。

装置	何をするか	工場でいうと
制御装置	命令を取り出して解読し、各装置に指示を出す	作業指示書を読んで、現場へ「次はこれを加工する」と流す係
演算装置（ALU）	足す・引く・比べるなどを実際に行う	指示を受けて、機械を動かし実際に加工する作業者

制御装置は自分では計算しません。 指示を出す係が自分で加工しないのと同じです。計算をするのは演算装置だけで、ここが試験でよく問われる区別です。「命令を解読するのはどちらか」「四則演算を行うのはどちらか」という形で出ます。

分かれ目は「自分で計算するかどうか」です。制御装置は命令を読んで指示を出すだけで、計算はしません。工場で指示書を読んで現場に流す係が、自分では加工しないのと同じです。試験はこの区別をそのまま聞いてきます。

なぜ2つに分けるのか。 「次に何をするか決める」仕事と「決まったことを実行する」仕事では、必要な回路がまったく違うからです。前者は命令の形を読み取って、どの装置を動かすかを切り替える仕事。後者はひたすら足す・引く・比べるをくり返す仕事です。別々の装置にしたほうが、それぞれを単純な作りにできます。

このほかにレジスタという、計算の途中の値を置いておく小さな入れ物があります。机の上に出しておく付箋くらいの大きさで、数も少ないかわりに、プロセッサの中にあるので出し入れが最速です。計算の相手を主記憶まで取りに行くと時間がかかるので、いま使っている値だけは手元に置いておく、という役割です。

命令を実行する手順

1つの命令を終えるまでに、プロセッサは決まった手順を踏みます。

1つの命令を実行し終えるまでに、この4手順を踏みます。これを1周として、電源が入っているあいだ延々とくり返しているのがプロセッサです。前半2つが「読んで意味を取る」制御装置の仕事、後半2つが「計算する」演算装置の仕事です。

この1周を命令サイクルと呼びます。電源が入っているあいだ、プロセッサはこれをひたすらくり返しているだけです。1秒間に何周できるかが、そのプロセッサの速さになります。

「次に実行する命令が主記憶のどこにあるか」はプログラムカウンタというレジスタが覚えています。1周終わるたびに1つ進むので、命令が上から順に実行されていきます。分岐やくり返しは、このプログラムカウンタの中身を書き換えることで実現されています。

速くするには2つの方向しかない

プロセッサを速くする方法は、結局この2つに分かれます。

1拍を短くする … クロック周波数を上げる
1拍で進む量を増やす … パイプラインなどの高速化技術、またはプロセッサの数を増やす

2000年代までは前者が主役でした。ところが排熱が追いつかなくなります。周波数を上げると消費電力が増え、そのぶん発熱も増えるのですが、出た熱を外へ捨てる能力のほうには限りがあるからです。熱を捨てきれないとプロセッサは壊れてしまうので、そうなる前に自分で速度を落とす仕組みが働きます。冷却装置を大きくするにも限度があり、周波数を上げ続ける道はここで行き止まりになりました。

そのため現在は後者、とくにコアを増やす方向が中心です。

コアという言い方

コアは、プロセッサの中にある「命令を実行する一式」のことです。制御装置・演算装置・レジスタがひとまとまりになったものを1コアと数えます。

シングルコアプロセッサ … コアが1つ。一度に1つの命令の流れしか進められない
マルチコアプロセッサ … 1つの部品の中にコアが複数。同時に何本もの流れを進められる

「4コア8スレッド」のような表記を見たことがあるかもしれません。前の数字が実際のコアの数です。後ろのスレッド（プログラムの流れ1本ぶん）の数は、1つのコアに2本の流れを交互に受け持たせる工夫（ハイパースレッディング）を使ったときの本数で、コアが8つあるわけではありません。

名前の違い

同じものを指す言葉がいくつもあるので、整理しておきます。

CPU … 中央処理装置。コンピュータ全体の処理を受け持つプロセッサ
MPU … CPUを1つの集積回路（小さな板の上に、たくさんの回路をまとめて焼き付けた部品）に収めたもの。いまのCPUは実質すべてこれ
GPU … もともと画像処理用のプロセッサ。単純な計算を大量に並べて同時に行うのが得意で、機械学習にも使われる

CPUは何でもできるが同時に進められる数が少なく、GPUは単純な計算を大量に同時にこなせる、という住み分けです。

命令の作り方が2通りある

プロセッサが受け付ける命令の設計思想にも、2つの流派があります。

方式	命令の数	1命令の中身
CISC（シスク）	多い	複雑なことを1命令でできる。命令の長さもばらばら
RISC（リスク）	少ない	単純な命令だけ。長さがそろっていてパイプラインに向く

もとの言葉は、CISCが Complex Instruction Set Computer（複雑な命令の組を持つ計算機）、RISCが Reduced Instruction Set Computer（命令の組を減らした計算機）です。Complex（複雑）と Reduced（減らした）が、そのまま違いになっています。

RISCは「命令を単純にそろえて、流れ作業を効率よく回す」という考え方です。命令の長さがそろっていると、次の命令の取り出しを先に始められるので、パイプラインが効きます。

試験ではこう出る

科目A（旧・午前）では、制御装置と演算装置の役割を取り違えていないかがまず問われます。「命令を解読するのはどちらか」という形です。

次に多いのが命令の実行手順の並べ替え。命令フェッチ（命令を取り出す）→ 解読 → オペランド読出し（計算に使う値を読み出す）→ 実行の順です。プログラムカウンタの役割も単独で出ます。

CISCとRISCの比較も定番で、「命令の種類が少なく、長さがそろっている」のがRISCです。

応用情報では、プロセッサの性能計算（CPI・MIPS）や、高速化技術の仕組みまで踏み込んで問われます。

ミニクイズ

プロセッサの制御装置の役割はどれか。

正解は 1番：主記憶から命令を取り出して解読し、各装置に指示を出す

制御装置は、命令を取り出して意味を解読し、「次は何をしろ」と各装置へ指示を出す係です。四則演算や論理演算を実際に行うのは演算装置、データを一時的に置くのはレジスタ、プログラムを記憶するのは主記憶の役割です。制御装置は自分では計算しない、という点で区別してください。

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この分野をまとめて解く → コンピュータ構成要素とハードウェアのミニテスト（全33問）

最終更新：2026-10-12