プロセッサーのアーキテクチャ

• Uni Processor = Single Processor : 一つのコンピューター上に一つのCPUを搭載すること。
  • MP : Multi Processor : 一台のコンピュータシステムに複数のマイクロプロセッサ（CPU/MPU）を搭載すること。複数のプロセッサで異なるデータや命令を並列に処理することでシステム全体の処理能力を向上させることができる。各プロセッサが対等な立場で処理を分担する方式を対称型マルチプロセッシング（SMP）、複数のプロセッサの間で役割分担や制御-非制御の関係などが存在し、対称な関係になっていないような方式を非対称型マルチプロセッシング（AMP/ASMP）と分類される。また別の分類方法として、複数のプロセッサが同一の基板や筐体に収納され、電子回路のレベルで結合されたシステムを密結合マルチプロセッサ、複数のコンピュータを高速な通信路で結んで仮想的に一台のコンピュータのように振る舞わせるシステムを疎結合マルチプロセッサという。後者はクラスタシステムあるいはコンピュータクラスタと呼ばれる方が一般的である。一つのマイクロプロセッサに複数のプロセッサコア（CPUコア）を搭載し、マルチプロセッサと同じように並列処理が可能なプロセッサをマルチコアプロセッサ（multicore processor) という。
    • SMP : Symmetric Multi Processor (対称型マルチプロセッシング) : 物理メモリを共有して管理する「メモリ共有型並列コンピューティング（マルチプロセッシング）方式」。特定のCPUに非対称的に割り付けられた処理に依存する事無く、全てのCPUに対して対称的、均一的に処理が割り付けられた複数プロセッサによる並列処理方式のことを言う。1つのCPUが複数の均一コアを持つ場合やインテルのハイパースレッディング・テクノロジーなどもSMPに含まれる。オペレーティングシステム (OS) のカーネルとCPUキャッシュ同期機構により仮想化されたシステムメモリ、および各種資源を細かく管理するロック制御方式を持ち、ソフトウェア/ハードウェアレベルの割り込み処理を均一的にCPUに割付け、その処理単位に必要な資源をロックして処理を行う。そのため、サーバの外から見るとあたかもひとつのCPUにて動作するサーバのように見える。ただしコンピュータが行う処理のリソースが競合するような場合は逐次処理（SMPから見て非対称）とならざるをえず並列最適化は難しい。実際、多くのSMP構成サーバにおいて、ハードウェア割り込みを特定のCPUに割り付けたり、起動処理では特定のマスタブートCPUによりIPL（初期プログラムローダ）がOSのカーネルをメモリ上に展開した後、スレーブCPUが組み込まれる形をとるなど、完全な対称形とはならない。
  • ASMP : Asymmetric Multi Processor (非対称型マルチプロセッシング) : マルチプロセッシングの方式の一つで、複数のプロセッサの間で役割分担や制御-非制御の関係などが存在し、対称な関係になっていないような方式。「OSを実行するCPUとアプリケーションソフト実行するCPU」「システムを制御するCPUと周辺機器との入出力制御のためのCPU」といったように、機能や役割があらかじめ決まっている構成を指す。1960～70年代の大型コンピュータで性能向上のために2基目のCPUを搭載する際によく用いられた手法。
  • 密結合マルチプロセッサ (TCMP：Tightly Coupled Multi-Processor) : マルチプロセッサシステムの構成法の一つで、複数のプロセッサがメインメモリを共有し、一つのOSによって制御されるものを密結合マルチプロセッサという。共有メモリと各プロセッサ固有のメモリの2階層になっている場合もある。一つのプロセッサパッケージに複数の独立したプロセッサコアが搭載されているマルチコアプロセッサ (PCで使用されているインテルのプロセッサーなど。下記参照) は密結合マルチプロセッサの一種とみなされることがある。

参照 : インテルのマルチコア・プロセッサー (初めの数字がコアの数。N/Aはマルチコアではないもの。)

• 疎結合マルチプロセッサ (LCMP：Loosely Coupled Multi-Processor) : マルチプロセッサシステムの構成法の一つで、複数のプロセッサがそれぞれメインメモリなどを持ち、別々のOSインスタンスによって動作するものを疎結合マルチプロセッサという。ストレージ（外部記憶装置）など一部の装置を共用する場合もあるが、多くの場合、単体で完結して動作する独立したコンピュータを通信インターフェースを介して連携して動作させ、全体を一つのシステムとする構成が多い。このようなシステムはクラスタシステム（コンピュータクラスタ）とも呼ばれる。

インテル (Intel) 及びその他会社のPC用プロセッサー製造の歴史

CPU選択時のポイント

(1) 動作周波数 (クロック数)

例えば、2GHz CPUとは、1秒間に20億回の計算を行うことのできるプロセッサー。一回の計算を1/2000,000,000 (秒)即ち、0.5nsで行う。一般に数字が大きいほど計算能力は高い。2000年代前半までは周波数(クロック数)を上げて計算能力を高める競争が盛んであったが、やがて技術的に頭打ちとなったため、クロックあたりの性能を重視した路線(マルチコア構成で並行処理に優れたプロセッサーなど)へと転換していくことになる。

(2) キャッシュ容量

CPUの速度が高速になってもメモリーからのデータ転送がそれに追いつかないと十分な性能を発揮できない。これを補うためにキャッシュがある。CPUに近いほうから、一次(L1)、二次キャッシュ(L2)と数字が大きくなる。一次キャッシュの方が高速で高価なため容量は小さい。キャッシュ容量が大きいほどメモリーへのアクセスが減少し(即ち高速になり)コンピュータの性能が上がる。

(3) バス(経路)性能

• CPU内部バス : CPUのマイクロチップ内部の信号線
• CPU外部バス (システムバス) : CPUとチップセットをつなぐバス
  • FSB（Front Side Bus）: CPUとチップセット(ノースブリッジ)をつなぎ、Intel Core i3/i5/i7以前のCPUで使用されていた。
  • DMI (Direct Media Interconnect) : Core i7-800シリーズ以降では高速処理が求められるグラフィック機能をCPU本体に内蔵させ、データのやり取りはDMIと呼ばれる、従来はCPU内の２つの部分（チップセット）を接続していた方法で直接つなげるようにした。
    • I/Oバス : AGP、PCI Express (グラフィック・アダプターの接続が多い) などの比較的高速なバスは、ノースブリッジに直接接続される。一方、周辺機器との入出力のうち、PCI / IDE / USBなどの比較的低速なI/Oバスについては、「サウスブリッジ」と呼ばれるチップセットに接続され制御されている。

(3) ソケット形式

CPUをマザーボードに取り付ける口をソケットと呼ぶが、ソケット形状にはいくつかの種類があるため、CPUとマザーボードを購入する際は、ソケット形状を合わせる必要がある。数字はピンの数を表している。また、マザーボード側のCPUソケット(メス)とCPUのソケット(オス)が合致しても、必ず動作するというわけではなく、最終的な確認は、マザーボードの対応CPUの一覧などで行うこと。