演算装置とは？CPUの計算を担当する重要な仕組みを初心者向けにやさしく解説！
生徒
「CPUの中に演算装置という部分があると聞いたのですが、どんな働きをしているんですか？」
先生
「演算装置（読み方はエンザンソウチ）は、CPUの中で計算を担当する非常に重要な装置です。数値の計算だけでなく、条件に応じた判断なども行います。」
生徒
「条件の判断もしているんですか？ ただの計算機ではないんですね！」
先生
「その通りです。コンピュータの動作の多くは計算と判断が組み合わさって成り立っています。演算装置はその中心で動いている重要な部分なんですよ。」
生徒
「ますます興味が湧いてきました！ 演算装置についてもっと詳しく知りたいです！」
1. 演算装置とは？CPUの計算と判断を担当する中心的な装置
演算装置（読み方はエンザンソウチ）とは、CPU（読み方はシーピーユー）の内部で計算処理や論理判断を行う装置です。 コンピュータが行う処理のほとんどは数値の計算と論理の判断によって進むため、演算装置はコンピュータの性能に大きな影響を与える重要な仕組みです。
演算装置は、加算、減算、乗算、除算などの数値計算に加えて、AとBが等しいか、大きいか、小さいかといった比較や条件分岐の判断も行います。 これらの処理はすべてデジタルデータとして扱われ、コンピュータが正確で高速な動作を実現するために欠かせない働きをしています。
2. 演算装置が持つ代表的な機能
演算装置はさまざまな機能を持っていますが、代表的な役割は次のとおりです。
● 数値演算（読み方はスウチエンザン）
加算、減算、乗算、除算などの基本的な計算を行います。どんなアプリでも、裏側では多くの計算が行われており、その中心が演算装置です。
● 論理演算（読み方はロンリエンザン）
AND、OR、NOTなど、条件を判断するための計算を行います。数値ではなく「真（しん）か偽（ぎ）か」を扱うのが特徴で、プログラムの動作に欠かせません。
● 比較演算（読み方はヒカクエンザン）
AとBが同じか、どちらが大きいかなどを比較する処理です。この判断によって、プログラムは条件に応じた動きを実現できます。
● シフト演算（読み方はシフトエンザン）
デジタルデータのビットを左または右にずらす処理です。高速な計算や処理の最適化に利用される技術です。
3. 演算装置を構成する要素
演算装置は複数の内部機能から構成され、それぞれが協力して高速な計算処理を実現しています。
● ALU（算術論理演算装置）
ALU（読み方はエーエルユー）は、Arithmetic Logic Unitの略で、算術演算と論理演算を担当する演算装置の中心部分です。 演算装置と言えばALUを指すことが多く、CPUの中でも特に重要な部品です。
● レジスタ（読み方はレジスタ）
計算中のデータを一時的に保存する高速な記憶領域です。演算装置が効率よく計算を行うための作業スペースとして機能します。
● フラグ（読み方はフラグ）
演算結果に応じて立てられる状態情報で、ゼロかどうか、繰り上がりが発生したかなど、CPUが次の処理を判断する材料になります。
4. 演算装置が処理を進める仕組み
演算装置は制御装置からの指示を受けて動作します。制御装置が命令を解読し、どんな計算を行うべきか判断し、その後演算装置が実際に計算を行います。
計算結果はレジスタに保存され、その後の処理に利用されます。この高速なやりとりが常に行われていることで、コンピュータは複雑な計算もスムーズに実行できます。
例えば、スマートフォンでゲームをすると、位置の計算、当たり判定、アニメーションの描画など、多くの演算が同時に行われており、その中心が演算装置です。
5. 演算装置が活躍する身近な例
演算装置はパソコンだけでなく、スマートフォン、ゲーム機、家電、自動車など多くの機器で活躍しています。 スマートフォンのアプリ動作やカメラ処理も、演算装置が高速にデジタルデータを計算することで実現しています。
また、自動運転車では膨大なセンサ情報を演算装置が解析し、障害物の位置や走行ルートを判断します。 現代のデジタル技術を支える基盤として、演算装置は欠かせない存在です。
