7. ✏️CPUの性能① ( 7 / 15 )
学習の目的
1. CPUの性能とは
2. クロック周波数
3. 使っているコンピュータのクロック周波数を調べよう(アクティビティ)
コンピュータはCPUという装置が命令を実行することで処理を進めることを学習しました。
CPUの性能の性能について学習しましょう。
CPUは人間でいうと「頭脳」にあたる部分です。CPUは次の特徴があります。
CPUは人間の頭脳に当たる部分ですが、人間と違うところは、プログラムなどの命令を実行する装置 というところです。
人とは違い、考えて処理をすることはしません。
コンピュータの凄いところは、高速に処理を行えるところです。コンピュータでの処理を担当するCPUの性能は、一般的には処理速度が速いほど良いといわれます。
処理速度について学習していきます。
CPUの性能を知るための重要な指標としてクロック周波数があります。
コンピュータの内部の装置にはCPUやメモリがあり、CPUの内部にはレジスタや演算装置などの多くの装置があります。これらの装置は単独で勝手に動いているのではなく、お互いにタイミングを合わせて動いています。
タイミングがあっていなかったらどうなるのですか？
タイミングがずれていると、話し手と聞き手が同時にしゃべったり黙ったりして、うまく会話できないようなものです。
コンピュータの場合は、データを渡しても受け取れなかったり、同じデータを何度も処理したりしてしまいます。
そのタイミングをそろえるために使われるのがクロック信号です。
クロック信号は「チクタクチクタク…」というリズムのような周期的な信号で、すべての装置がこのリズムに合わせて動きます。
また、クロック信号はクロック周波数で1秒間に何回信号が出されるか決まります。
周波数って聞いたことある。確かHz(ヘルツ)っていう単位を使うやつだ。
はい、よく覚えてましたね。周波数でできた波長の山と谷の1つの信号を1クロックと呼びます。
例えば、クロック周波数が1Hzの場合はクロック数は1秒間に1クロック、5Hzの場合のクロック数は1秒間には5クロックになります。
実際のパソコンはGHz(ギガヘルツ)単位のクロック周波数です。例えば1GHzの場合1秒間のクロック数は10億(1,000,000,000)個のクロックが発生します。
1GHzの場合、1秒間に10億クロックあるわけですが、1クロックはどのくらいの時間かかるかわかりますか？
1秒間に10億個だから･･･
すごく短い時間ってことはわかるけど、どのくらいなんだろう。
1Gは109だから1クロックの時間は1/109で1ns(ナノ秒)です。
亜美さん、よくできましたね。1ns=0.000000001秒です。0.000000001秒間隔でタイミングを合わせているということです。
超すごい！
コンピュータは、処理速度が速いほど良いとされていると話しましたが、クロック周波数が高いほど1秒間でタイミングを合わせて処理できる量が多いことになります。
そのため、一般的にクロック周波数が高い(1秒間で発生するクロック信号が多い)ほど、高性能のCPU(コンピュータ)ということになります。
クロックとは？
「クロック（clock）」は、英語で「時計」という意味です。
コンピュータの中の「クロック信号」も、時計のように正確なリズムで「チクタクチクタク…」と動きをつくります。
正確なリズムは、水晶(Quartz)という鉱物で実現されています。
水晶には、電気を流すと細かくふるえるという性質があります。 このふるえ方はとても正確で安定していて、毎秒何百万回、何十億回と同じテンポでふるえます。
コンピュータは、水晶を使いクロック信号を作っています。
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クロック信号 |
CPUやメモリなどコンピュータ内部の装置同士のタイミングをそろえるための合図やリズムのこと。 |
| クロック周波数 | 1秒間にクロック信号が何回出るかを表す値。Hzで表す。 |
これから、Raspberry Piや使っているコンピュータ(CPU)のクロック周波数を調べます。
ただし、macOSの場合は、パソコンなどから調べることができない場合があります。調べたい場合は、インターネットなどを利用して検索してみましょう。
使っているコンピュータのクロック周波数の調べ方は使用しているOSごとに異なります。
「Raspberry Pi」と「Windows11」では次のように確認を行います。
・Raspberry Piの場合
Raspberry Piで調べる場合はLXTerminalからコマンド「lscpu(エルエスシーピーユー)」を入力して行います。
lscpu
実行するとCPUの情報が表示され、「CPU max MHz：」がクロック周波数を示しています。
Raspberry PiではMHz(メガヘルツ)という単位で表示されるところに注意しましょう。
・Windows11の場合
Windows11では次のようにタスクマネージャから調べることができます。
「Ctrlキー」と「Shiftキー」を押しながら「ESCキー」を押してタスクマネージャーを表示し、「①パフォーマンス」、「②CPU」、と選ぶと「③基本速度」にクロック周波数が表示されます。
・macOSの場合
Apple社のmacOSではCPUのクロック周波数を調べることはできません！
調べたい場合は、インターネットなどで検索をしましょう。
LXTerminalを開いてコマンドを実行して「CPU max MHz」の値を答えてください。
CPU max MHzの値(○○MHzと単位も含めて記入してください)
学習で使っているコンピュータのOSの種類とCPUクロック周波数を調べましょう。調べることが難しい場合は何も記入せず、次のスライドに進みましょう。
OSの種類を答えてください(Windowsなど)
CPUのクロック周波数を答えてください(○○GHzと単位も含めて記入してください)
※この再現版では提出は行いません（送信先は未接続です）
