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パソコンの知識が合ってるのか、確認お願いします

sio********さん

2018/12/2811:30:44

パソコンの知識が合ってるのか、確認お願いします

クロック周波数がよくわからないので教えてもらえると嬉しいです

•コア、スレッド
1コア2スレッドは一人で2つのフライパンを使うようなもの
2コア4スレッドは2人で4つのフライパンを
2コア2スレッドは2人で2つのフライパンを •プロセスルール
32nm、22nm、14nmなど、CPUの仕様に必ず出てくるのがプロセスルール。
単位はナノメートル。半導体回路の線幅を示しています。
微細化して行くことで発熱を下げてクロック数をあげる
•クロック周波数
1クロック 1Hz
1000クロック 1KHz
1億クロック 1MHz
10億クロック 1GHz
•bit数
ビット数ははどれだけ一度に処理できるかが決まっていてそれ以上の計算には2回、三回と複数回の計算をするので処理時間がかかる


クロック周波数の役割ってなんなんでしょうか?
1秒間に何回処理できるかって記事で読みましたし
でも他の記事では違ったりします
詳しい方教えてもらえると嬉しいです

コア数とスレッド数はこんな感じでしょ?ってイメージですがよくわかってません
パソコンやスマートフォンのスペックを読んで理解できるようになりたいです
どうかよろしくお願いします

補足ビット数とクロック数って関係あるんですか?
ビット数が64ビット クロック数が1GHz

1秒間に64ビット分の桁を10億回処理できるみたいな?

命令が64ビットに対応してる場合の話で

プロセスルール

半導体回路の線幅。微細化して 発熱が下がります クロック数を上げることで発熱が上がる(?)それで微細化して発熱を下げていくの繰り返しなんですか?

つまり今後どんどん微細化していくと?

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2018/12/2811:39:57

>1コア2スレッドは一人で2つのフライパンを使うようなもの
2コア4スレッドは2人で4つのフライパンを
2コア2スレッドは2人で2つのフライパンを

まあだいたいそういう解釈で合ってます。


>•プロセスルール
32nm、22nm、14nmなど、CPUの仕様に必ず出てくるのがプロセスルール。
単位はナノメートル。半導体回路の線幅を示しています。
微細化して行くことで発熱を下げてクロック数をあげる

そういう事です。


>•クロック周波数 1クロック 1Hz、1000クロック 1KHz、1億クロック 1MHz、10億クロック 1GHz

K=キロ。10の3乗=1000
M=メガ。10の6乗=100万
G=ギガ。10の9乗=10億
なので1MHzは100万クロック

クロック周波数は1秒間に動作する回数の事。3GHzのCPUなら1秒回に30億クロック動作する。1クロックでどれくらい命令を出せるか?をIPCという。インテルのコアシリーズとAMDのRyzenシリーズはIPCでほぼ並んでいるので1クロックあたりの性能はほぼ同じです。
スマホの場合はそもそも命令方法が異なるのでPCとは単純比較できません。

  • 質問者

    sio********さん

    2018/12/2811:43:37

    ビット数とクロック数って関係あるんですか?
    ビット数が64ビット クロック数が1GHz

    1秒間に64ビット分の桁を10億回処理できるみたいな?

    命令が64ビットに対応してる場合の話で

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yah********さん

2019/1/300:57:48

クロック周波数
1Hz 毎秒1回
1KHz 毎秒1,000回
1MHz 毎秒1,000,000回
1GHz 毎秒1,000,000,000回

クロック数は、計算のテンポなので、2倍になれば
所要時間は半分になります。

足し算、引き算、かけ算、割り算で
必要なクロック数は変わります。

64bit演算できるCPUなら、64bitを一度に足し算しますが、
32bit演算のCPUでは、32bit足し算を2回します。

メモリ上のデータを取ってくる時には、
メモリの応答を待つので、必要なクロック数が増えます。

y_t********さん

2018/12/2907:52:08

ハード面から説明すると、簡単なフリップフロップ回路を例にして、信号の立ち上がり時切り替わるのを利用して動かしているのです。
簡単なロジック回路を見ていただければわかると思います。

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izu********さん

2018/12/2812:55:36

ものすごく大ざっぱな説明
CPUのビット数というのは複雑さ、高等さの指標であって速度を示すものではないです。

8ビットのCPUでは、1回の指示を8文字で表すことが出来ます。
「彼にお茶を出して」これで8文字です。

しかし、これでは「彼」がどこにいるのか分かりません。
そこで「二階の部屋にいる」という文章を追加するとします。
8ビットのCPUでは「二階の部屋にいる」「彼にお茶を出して」と、2回の指示を出さなくてはいけません。

これが16ビットになったら?
「二階の部屋にいる彼にお茶を出して」
なんと16文字の指示を出すことが出来て効率化されました!
しかし、ここでは「指示」が速いかどうかは定義されていません。
つまりビット数だけでは速度は分からないのです。
だから複雑さの指標だというわけです。

最もよく知られた8ビットCPU搭載機はファミコンです。
同様に16ビットだとスーパーファミコンです。
32ビットだとプレステやニンテンドーDSです。
なんとなくイメージできるでしょうか。

さてCPUは「指示」をどれくらい出すことができるのでしょうか?
それがクロック周波数です。
1GHzで10億とかは、その通りです。
クロック周波数が高い方が、多くの指示を出すことが出来るので、CPUの設計が全く同じならクロックが高い方が高性能です。しかし、世の中には無駄な指示を出す人や、回りくどい指示を出す人がいるように、CPUも指示する回数が多いだけでは速いとは限りません。これがIPCすなわちクロックあたりの速さです。

この点は、人間と違い基本的に新しい方が必ず改良されているので、同じクロック周波数でも性能に差が付きます。
たとえばPentium4 3GHzとCore i7 3GHzでは後者の大勝です。

またCore i7同士でも差があるので、IntelはCPUがモデルチェンジしたことを宣伝する方法を編み出しました。それが「xx世代」と言われている文言です。これは本当に宣伝のためのもので、なにをもって世代交代とするのかさえ、各世代で違っていますが、どんな人にも新しい製品だよと伝える手段としてはかなりうまい方法でしょう。

さてCPUが改良されていき、出す指示も効率化されてきました。
しかし、CPUが進歩するにつれ、だいたい高速化できそうな技術は全部使われてしまい、さらに性能を上げ続けるのが難しくなってきました。
そこで指示を出すCPUを1つから2つ人、3つ、4つ・・・と増やすことが考案されました。これが今の2コアとか4コアとかの、複数のコアが入ったCPUです。
この点についても人間と違う部分があり、人間では新しく来た人が同じ能力とは限りませんが、CPUは基本的に同じ能力のまま増やすことができます。ということはコア数が増えれば増えるほど、素直に性能が上がっていきます。後は各ソフトが増えたコアを活用できるかどうかにかかっています。

これに加えて、頭のいい人が更に効率化する方法を考えました。
実はCPUは指示を出している間、100%働き続けているわけではなく、一連の動作の中に忙しい部分と、そうでない部分があるのです。このことに目を付け、手が空いている部分に「もう1人CPUがいる」ように見せかける方法が編み出されました。
これをSMTと言い、「2コア4スレッド」のように、コア数よりも実際に実行されるスレッド数が多くなり、つまり4コアCPUのように動かすことができるのです。

ただし、あくまでも空いている時間を使うだけですから、本当にコアがもうひとつ存在しているよりは劣ります。
現実的には、0.5コア分ぐらいの性能向上でしょう。
つまり「2コア4スレッド」だったら、おおよそ3コアぐらいの性能だと思ってもらって構いません。

こんなところです。
なるべく分かりやすく書いてみたつもりですが、どうでしょうか。

2018/12/2812:41:43

「パソコンやスマートフォンのスペックを読んで理解できるようになりたい」人向けとして回答します。

•コア、スレッドは、それぞれ厨房と料理人に例える事が出来ます。
例えば、2コア,4スレッドの場合、2つの厨房に2人の料理人がそれぞれ居る状態です。
様々な料理が並ぶ懐石料理は多くの厨房と料理人が居る事で素早く調理できるかもしれません。でも、卵焼き1つを作る時間は何十人の料理人が居ても意味がありません。

•プロセスルールは、半導体製造時の配線の太さの差です。
例えば、32nm、22nm、14nm、7nmなど。
数字が小さい程集積度を上げる事が出来る事から、より高い性能の製品が生まれます。
副次的効果として、配線長が短くなる事で消費電力が減り、発熱も少なくなると言おうメリットもありますし、製造する側では不良率を減らす事が出来る等の良い事ばかりですが、微細化の為には高度な技術も必要で、そのための技術開発及び製造設備に莫大な費用が掛かります。

•クロック周波数は音楽のメトロノームと同じです。
早くすれば早くするほど多くの仕事が出来るようになります。
無限に早く出来る訳で無く、速いテンポで仕事をこなせる腕の良い料理人が必要になります。
「Hz」(ヘルツ)はパソコン等が動く時のメトロノームが1秒間に何セット往復したかを表す「周波数」の単位です。
AMラジオ等では「kHz」の単位を見かけますが、1kHzは1秒間に1000往復を差しています。
よくPCで見かける単位として「MHz」「GHz」等がありますが、
1MHz = 1000kHz
1GHz = 1000MHzを意味します。物凄い速さですね。

【オマケ】
CPUは命令と呼ばれる仕事を淡々とこなすように設計されています。
この命令の実行には概ね数クロックの時間が必要とされますので、システムの性能比較においてはクロック数だけでの判断はあまり意味を持ちません。
その指標として「MIPS」(Million Instructions Per Second)(ミプス)という単位があり、毎秒100万命令を実行できる物を「1MIPS」と表現します。
但し、分岐などの条件が無い、単純な命令の実行サイクルを基準とした数字なので、私たちが普段行うネットサーフィンや動画の閲覧時のそれとは大きく異なる数字になります。

•bit数は電卓の桁や道路のレーン数に例える事が出来ます。
昔(初期の)プロセッサには4bit等もありましたが、現代では、
8bit,16bit,32bit,64bitと倍々に増えています。
一度に取り扱える情報が増え、大量のデータをさばけるようになるので、処理の高速化もはかれます。
またbit数が増加する事で機能が高度化され、CPUの「便利な命令」が増えることで、例えば動画の再生など、様々な専用の命令セットが組み込まれる事で、より効率よい処理が行えるようになります。


どうでしょうか。
出来るだけわかりやすく書いたものの、まだまだ専門用語も多いので、何方かもっとわかりやすく書いて頂ければ幸いです。

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sil********さん

2018/12/2811:55:21

クロック周波数は「一秒間に何回デジタル信号をON/OFFにできるか」です。
CPUはデジタル処理ですから基本的にはbitを0にするか1にするかを組み合わせて命令を処理していきますので、クロック周波数が高いほど一秒間あたりの命令実行数が増えます。
ただ、クロック周波数を高める弊害として発熱や大電力の消費などがついて回るため、コアを増やして処理を分散させたり、プロセスルールを細かくして大量のユニットを詰め込んだり、低電力で稼働できるようにしたりと工夫しています。

bit数は「bitがいくつ並んだ命令を実行できるか」になります。
8bitなら0が8個並んだ命令を扱えます。0と1の2パターンの組み合わせで0が8個あると2の8乗で一つの命令で256の状態を表現できます。昔のPCが256色表示だったりしたのがこれですね。一つのドットの色情報が256パターンだったのです。
同様に64bitPCなら0が64個並んだ命令を扱えます。大容量メモリなどになるとメモリのどこにほしいデータがあるのかのメモリ番地情報ですら2の32乗(3.2G)程度では表せなくなるため、こうした能力が必要となります。

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